Скважинный электронагреватель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 703810 А 5 Е 21 В 43/2 ИСАНИ ЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по проблемам освоения нефтяных и газовых ресурсов континентального шельфа (72) С,И,Исупов и И.И.Лаптев(56) Нефтяное хозяйство. 1978. В 10. с. 59- 62.Авторское свидетельство СССР йт 1627671, кл, Е 21 В 36/04. 1988,(57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче нефти, газоконденсата и газа из скважйн, разбуренных в зоне распространения вечномерзлых пород. Цель изобретеИзобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к добыче нефти, газоконденсата и газа из скважин, разбуренных в зоне вечной мерзлоты.Добыча жидких и газообразных углеводородов иэ скважин, раэбуренных в зоне вечной мерзлоты, из-за сильного охлаждения осложняется за счет значительного повышения вязкости нефти вплоть до полного ее застывания и увеличения скорости отложения парафинов и гидратов на стенках насосно-комп рессорных труб (НКТ), Разрушение гидратных пробок, парафинов и застывшей в НКТ нефти с целью повышения производительности скважин осуществляют, как правило, путем их нагрева. ния - повышение скорости разрушения гидратов, застывшей нефти и парафинов путем нагрева разрушаемых компонентов за счет как теплопередачи, так и принудительного теплообмена между горячими продуктами разрушения и холодной разрушаемой средой. Электронагреватель снабжен насосом с приводом, размещенными в верхней части трубчатого корпуса (ТК), и дроссельной шайбой (ДШ) с отверстиями, установленной в нижней части ТК. Непосредственно над ДШ в ТК выполнены дополнительные отверстия под углом к оси нагревателя (Н), При работе Н создается принудительная циркуляция расплавленных компонентов по контуру: отверстия в верхней части ТК - насос - внутренняя, полость ТК - отверстия в нижней части ТК и отверстия в ДШ - кольцевое г ро странство между Н и внутренней стенкой ТК, 1 ил. Известен применяемый для разрушения гидратных пробок, парафинов и застывшей в НКТ нефти скважинный электронагреватель. содержащий герметичный цилиндрический корпус с равномерно размещенными по его длине нагревательными элементами. В нижней части (со стороны контакта с разрушающей средой) нагреватель снабжен головкой. соединенной с корпусом. Верхняя часть корпуса герметично соединена с токо- вводом,Недостатками известного электронагревателя являются низкие скорость разрушения гидратных пробок, застывшей нефти и парафинов и надежность работы. При этом низкая скорость разрушения объясняется тем, что в известном электронагревате 170381010 15 20 25 3035 40 45 5055 ле не предусмотрена возможность концентрации отбора тепла с нижней его части, контактирующей с холодной неразрушенной средой. По этой же причине низка и надежность его работы. потому что теплосъем с нижней части нагревателя осуществляется мало нагретой разрушенной средой и нижняя часть нагревательных элементов работает в ненапряженном тепловом режиме. По мере расплава среды и спуска нагревателя вниз разрушенная среда от контакта с горячим корпусом нагревается, и теплосъем в верхней части нагревателя осуществляется уже относительно горячей средой, Как следствие, верхняя часть нагревательных элементов работает в более напряженном относительно нижней части тепловом режиме.Известен также скважинный нагреватель, содержащий токоввод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом, причем нагревательный элемент размещен по длине корпуса неравномерно с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу, а в верхней части корпуса выполнены отверстия.Недостатком известного скважинного электронагревателя является низкая скорость разрушения гидратов, застывшей нефти и парафинов. Объясняется это тем, что нагрев разрушаемых сред при применения известного электронагревателя осуществляется передачей тепловой энергии от нагревателя к среде только за счет теплопроводности, в нем не обеспечена возможность конвективного теплообмена между нагретыми продуктами разрушения и разрушаемой средой.Целью изобретения является повышение скорости разрушения гидратов, застывшей нефти и парафинов.Указанная цель достигается за счет того, что скважинный электронагреватель, содержащий токоввод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом с увеличением шага спиралиот конца корпуса по направлению к токовводу и с выполнением отверстий в верхней части корпуса, снабжен насосом с приводом, размещенными внутри корпуса в верхней его части, а в нижней части корпуса выполнены дополнительные отврестия, под которыми жестко установлена дроссельная шайба с отверстиями, отношение суммы площадей которых к сумме площадей дополнительных отверстий в корпусе прямо пропорционально отношению площадей поперечного сечения внутренней полости нагревателя и кольцевого пространства между нагревателем и внутренней стенкой НКТ.Предлагаемый нагреватель снабжен также насосом с приводом, размещенными в верхней части внутренней полости трубчатого корпуса, и дроссельной шайбой с отверстиями, установленной под дополнительными отверстиями, выполненными в нижней части корпуса нагревателя. При этом количество и диаметры дополнительных отверстий в корпусе нагревателя и отверстий в дроссельной шайбе выбирают в зависимости от площадей поперечного сечения внутренней полости нагревателя и кольцевого пространства между нагревателем и стенкой НКТ.Предлагаемый скважинный электронагреватель обладает высокой скоростью разрушения в НКТ гидратов, застывшей нефти и парафинов путем их нагрева как за счет теплопередачи от поверхности нагревателя разрушаемой среде, так и за счет конвективного теплообмена между нагретыми продуктами разрушения и разрушаемой средой.На чертеже приведен предлагаемый скважинный электронагреватель, общий вид,Электронагреватель содержит трубчатый корпус 1 с размещенным на его поверхности по спирали с неравномерным шагом длинномерным нагревательным элементом 2, В верхней части корпуса выполнены отверстия 3, а в нижней - дополнительные отверстия 4. Под последними в корпусе 1 жестко установлена шайба 5 с отверстиями б, Во внутренней полости трубчатого корпуса 1, в верхней его части установлены насос 7 и его привод 8. Нагреватель снабжен штыревыми центраторами 9, четыре из которых установлены на токовводе 10, герметично соединенном с корпусом 1, и четыре - в центральной части корпуса между витками нагревательного элемента 2, Электропитание нагревателя и привода насоса осуществляют по грузонесущему кабелю 11,Разрушение в НКТ гидратов, застывшей нефти и парафинов с применением предлагаемого электронагревателя осуществляют следующим образом.Нагреватель спускают в колонну 12 Н КТ на глубину начала отложения застывших компонентов на грузонесущем кабеле 11. По кабелю на нагревательный элемент 2 и на привод 8 насоса 7 подают питающее напряжение. Температура нагревательного элемента 2 и контактирующего с ним корпуса 1 повышается. Тепловая энергия от нагретых элемента 2 и корпуса 1 передается10 15 разрушаемым гидрэтам, застывшей нефти и парафину, Последние в зоне контакта с нагревателем расплавляются, Нагреватель под действием сил тяжести опускается. Расплавленные компоненты гидратов, застьвшей нефти и парафинов поднимаются через кольцевое пространство между нагревателем и внутренней стенкой НКТ, а также по внутренней полости корпуса нагревателя до достижения лопаток насоса 7,Как только расплавленные компоненты гидратов, застывшей нефти и парафиновдостигают лопаток насоса 7 создается их принудительная циркуляция по контуру: внутренняя полость трубчатого корпуса нагревателя - дополнительные отверстия 4 в нижней части корпуса и отверстия б в дроссельной шайбе 5 - кольцевое пространство между нагревателем и внутренней стенкой НКТ - отверстия 3 в верхней части корпуса нагревателя (на чертеже направление циркуляции расплавленных компонентов показано стрелками), С созданием принудительной циркуляции расплавленных компонентов скорость разрушения гидратов, застывшей нефти и парафина повышается, потому что нагрев их осуществляется уже как за счет передачи тепловой энергии от нагретых элемента 2 и корпуса 1, так и за счет конвективного теплообмена между расплавленными компонентами и разрушаемой средой.Отверстия 3 в верхней части корпуса нагревателя выполняют у приема насоса 7 за последними витками нагревательного элемента 2 с тем, чтобы довести температуру расплавленных компонентов. поднимающихся по кольцевому пространству. до максимально возможной, что обеспечивается при условии контакта расплавленной среды со всеми витками нагревательного элемента, Дополнительные отверстия 4 выполняют под углом, например, 45 к оси нагревателя в корпусной части низа корпуса с тем, чтобы расплавленные компоненты, истекающие из них, способствовали в первую очередь нагреву и разрушению остатков застывших компонентов в пристеночной области НКТ, За счет истекания расплавленных компонентов через отверстия б дроссельной шайбы 5 достигают увеличения скорости нагрева и разрушения застывших компонентов в зоне осевого контакта с нагревателем, При этом, чтобы достичь равно- эффективного воздействия конвективного теплообмена на нагрев и разрушение застывших компонентов в пристеночной области НКТ и в зоне осевого контакта с нагревателем, количество и диаметры отверстий 6 ввайбе 5 и дополнительных отвер 20 25 30 35 40 45 50 55 стий 4 выбирэюттаким чтобы суммы гл; эдей их соотносились между с:б;и пр,-: пропорционально отношению пл щэ ей поперечного сечения внутренней г;л; т, трубчатого корпуса нагревателя и кольцев:- го пространства, т.е. чтобы бь ло справедливо соотношение Х Ьаш.где Ь о.ш, Я) д.о площади поперечногосечения -го отверстия в дроссельной шайбеи )-го дополнительного отверстия в корп,:енагревателя,1= 1,2, ) = 1.2 : Янагр, Я кольца - площади поперечного сечения внутренней полости коряуса нагревателя и кольцевого пространстваИз отношения (1) следует, что при малой площади кольцевого пространства (малом объеме застывших компонентов в пристеночной области НКТ), мала сумма площадей дополнительных отверстий 4 (мэл расход через отверстия 4 расплавленных компонентов, способствующих нагреву и разрушению застывших компонентов в пристеночной области НКТ), В противоположность этому велика площадь поперечного сечения внутренней полости нагревателя (велик объем застывших компонентов в направлении осевого контакта с нагревателем) и велика сумма площадей отверстий б в дроссельной шайбе 5 (велик расход через отверстия б расплавленных кол 1 понентов. способствующих нагреву и раз, вению большого объема застывших компонентов в направлении осевого контакта с нагревателем), и наоборот,При конкретном исполнении электронагревателя дополнительные отверстия 4 выполняют одинакового диаметра. размещая их по окружности конусной части низа корпуса равномерно. Отверстия б в дроссельной шайбе 5 выполняют с разными диаметрами, размещая в центральной части шайбы отверстия с большил 1 и диэл 1 етрал 1 и. а в периферийной - с меньшими, Дроссельную шайбу выполняют с возможностью быстрой замены. например на резьбовом соединении. В комплект электронагревателя поставляют набор шайб с разными суммарными площадями отверстий, При постоянных диаметре нагревателя и суммарной площади дополнительных отверстий в зависимости от внутреннего диаметра НКТ в нагреватель для обработки конкретной скважины устанавливают такую шайбу, суммарная площадь отверстий кото 1703810рой наилучшим образом соответствует соотношению (1),Увеличение с применением нагревателя скорости разрушения в НКТ гидратов, застывшей нефти и парафина приводит к снижению времени ремонта сквжины и к добыче за счет этого дополнительного объема нефти. Формула изобретенияСкважинный электронагреватель, содержащий токоввод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу и отверстия в верхней части корпуса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что 5 с целью повышения скорости разрушениягидратов, застывшей нефти и парафинов, он снабжен дроссельной шайбой с отверстиями, насосом с приводом, размещенным внутри корпуса в верхней его части, а в ниж ней части корпуса выполнены дополнительные отверстия, под которыми жестко установлена дроссельная шайба с отверстиями, причем отверстия в верхней части корпуса выполнены у приема насоса,15