Скважинный электронагреватель

(19) 01) 43/2 1)5 Е с, 3 ВИДЕТЕЛЬОТ лоннои внутри Направ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРР 883354, кл, Е 21 В 43/24, 1980,Авторское свидетельство СССР9 1480399, кл, Е 21 В 43/24, 1984 54) СКВА%1 ННЫЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛ 57) Изобретение относится к неф обыче и позволяет повысить эффе 2 тивность работы путем улучшения использования активных материалов, Электронагреватель включает охваченный кожухомкорпус (К) 1 с размещенным в нем каркасом 2 с уложенной в пазы обмоткой 3 в виде короткозамкнутых секций. Между ними размещены постоянные магниты 4, Внутри каркаса 2 в направляющей 6 размещен рабочий элемент (РЭ) 5, выполненный из магнитного материала в виде изогнутой по винтовой поверхности ленты, которая связана с обеих концов с конасосных штанг, размещенных насосно-компрессорных труб. ляющая 6 связана с ведущей ко1585503 15 нической шестерней (Ш) 8, соединенной через промежуточную Ш 9 с ведомой конической Ш 10, связанной с К 1, Кожух 7 с обеих сторон соединен5 с насосно-компрессорными трубами, а через две вращательные кинематические пары - с К 1. При движении нефти между кожухом 7 и К 1, каркасом 2 и РЭ 5 последний совершает возврат но-поступательное движение в зоне изобретение относится к нефтедобыче, в частности к устройствам дляснижения вязкости нефти при ее добыче путем его нагрева в скважине,и предназначается для использования 20при эксплуатации, преимущественно,малодебитных скважин штанговыми глубиннонасосными установками.Целью изобретения является повышение эффективности работы путем 25улучшения использования активныхматериалов.На Фиг. 1 приведен скважинныйэлектронагреватель, про(ольный разрез; на фиг. 2 - схема скважинногоэлектронагревателя в комплекте соштанговым глубиннонасосным обору.дованием скважины; на фиг, 3 - сечение А-А на Фиг. 1; на Фиг. 4сечение Б-Б на фиг. 1 без каркаса иобмотки; на фиг, 5 - развертка скважинного электронагревателя со стороны открытия пазов,Скважинный электронагреватель содержит цилиндрический магнитный кор-, 40пус 1 с размещенным в нем каркасом2, обмотку 3, постоянные магниты 4,рабочий элемент 5, установленный внаправляющей 6, цилиндрический кожух7, ведущую 8, промежуточную 9 и ведомую 10 конические шестерни и двевращательные кинематические пары,состоящие иэ кольца 11, тел 12 вращения и торцовой поверхности 13 (корпусаа 1 ) Для ОДНОЙ ки не матичес к ОЙ пары 0и торцовой поверхности 14 (ведущейконической шестерни 8) для другойвращательной кинематической пары.Обмотка 3 электродвигателя собрана в виде секций, шаг обмотки диаметральный, и уложена в продолЬные55пазы 15 (фиг, 4 и 5), Каждая секцияобмотки 3 электронагревателя выполнена короткозамкнутой и состоит из расположения обмоток 3 и магнитов 4,Одновременно К 1 вращается в кожухе7, В противоположную ему сторонупроисходит обкатывание РЭ 5 каркаса 2, В результате магнитный поток,сцепленный с обмоткой 3, изменяется.В ней наводится ЭДС индукции от пересечения с РЭ 5. Возникающий в обютке 3 ток нагревает ее. Тепло передается нефти, снижая ее вязкость. 5 ил. и последовательно соединенных витковПродольные пазы 15 (их боковые стенки) сформированы при помощи постоянных магнитов 4 на основе систем Ге - А 1 - М (Фиг, 5). Постоянные магниты получены литьем. Внешняя поверхность постоянных магнитов 4 охвачена ярмом из магнитного материала с малой коэрцитивной силой - корпусом 1, Внутренняя поверхность постоянных магнитов 4 отделена от протекающей через электронагреватель жидкости каркасом 2, выполненным из диамагнитного материала (например, сталь нержавеющая).Рабочий элемент 5 электронагревателя выполнен в Форме геликоида из магнитного материала с малой коэрцитивной силой, Винтовая поверхность геликоида сформирована путем вращения прямоугольника с постоянной угловой скоростью вокруг некоторой неподвижной оси, проходящей через центр, образованный линиями, исходящими из внутренних углов прямоугольника; прямоугольник пересекает ось движения под постоянным углом Ы (в данном случае х = 90) и одновременно перемещается поступательно вдоль этой оси, Причем период геликоида определяется скоростью перемещения прямоугольника вдоль этой оси. Внешние поверхности рабочего .элемента 5 обращены в сторону пазов 15Ширина каждого паза 15 в каркасе 2 выполнена не более толщины геликоида - рабочего элемента 5, Форма открытия каждого паза 15 выполнена соответственно направляющей геликоида и представляет собой винтовую поверхность с периодом геликоида.В развертке (фиг, 5) винтовые поверхности (пазы) представлены прямыми линиями, параллельными между5503 10 5 158собой и сдвинутыми на угол поворотапрямоугольника, которым сформирована винтовая поверхность геликоида.При этом количество винтовых поверх.костей (продольных пазов 15) всегдачисло четное при диаметральном шагеобмотки. Число пазов 15 определяетсяисходя из величины открытия паза 15и ширины постоянного магнита 4. Поэтому весь рабочий элемент 5 иличасть его всегда будет повторена впазах 15.Рабочий элемент 5 электронагревателя связан с обоих концов с колонной насосных штанг 16 посредствоммуфт (фиг. 2).Рабочий элемент 5 установлен внаправляющей 6, форма отверстия которой соответствует поперечному сечению рабочего элемента 5 (фиг. 3) .Боковые стенки отверстия направляющей 6 выполнены с наклоном, причемугол наклона соответствует наклонубоковой поверхности геликоида. Направляющая 6 установлена в ведущейконической шестерне 8, которая находится в зацеплении с промежуточнойконической шестерней 9, находящейсяв зацеплении с ведомой коническойшестерней 10, Ведомая коническаяшестерня 10 посредством винтов (непоказаны) крепится к торцовой поверхности корпуса 1. Внутренний диаметр ведомой шестерни 10 равен внутреннему диаметру каркаса 2. Промежуточная шестерня 9 установлена на оси17, которая жестко крепится к кожуху 7.Корпус 1 с размещенным в нем каркасом 2 с уложенной в пазы 15 обуткой 3 и установленными между секциями обмотки 3 постоянными магнитами4 охвачен кожухом 7. Кожух 7 электронагревателя отделяет затрубноепространство скважины от добываемойжидкости. Кожух 7 крепится с обоихконцов при помощи муфт 18 к насосно-компрессорным трубам 19, на которых электронагреватель спускается вскважину, Кожух 7 соединен с корпусом 1 через вращательные кинематические пары,Вращательная кинематическая пара, установленная ниже корпуса 1,включает кольцо (диск) 11, котороекрепится к внутренней боковой поверхности цилиндрического кожуха 7при помощи сварки, тела 12 вращения 15 20 25 30 35 40 45 50 55 61 и торцовую поверхность 13 корпуса 1. Тела 12 вращения перекатываются в круговых канавках, которые выполнены на торцовых поверхностях кольца 11 и корпуса 1,Лругая вращательная кинематическая пара, установленная выше корпуса 1, включает кольцо 11, которое крепится к внутренней боковой поверхности цилиндрического кожуха 7 посредством резьбового соединения, тела 12 вращения и торцовую поверхность 14 ведущей конической шестерни 8Тела 12 вращения перекатываются в круговых канавках, которые выполнены на торцовых поверхностях кольца 11 и ведущей шестерни 8.Электронагреватель собирается в следующей последовательности. На каркасе 2 крепятся постоянные магниты 4. В полученные углубления (пазы 15) укладывается обмотка 3 с диаметральным шагом. Полученная конструкция охватывается корпусом 1, Рабочий элемент изготавливается из сплошной полосы магнитного материала с малой коэрцитивной силой путем изгиба этой полосы в валках стана. Затем рабочий элемент 5 устанавливается в направляющей 6, которая установлена в корпусе ведущей конической шестерни 8, Ведущую шестерню 8 вводят через промежуточную шестерню 9 в зацепление с ведомой шестерней 1 О, причем ведомая шестерня 1 О крепится к корпусу посредством винтового соединения. Затем корпус 1 и рабочий элемент 5 вводятся в кожух 7. Центровка каркаса 2 и корпуса 1 во внутренней полости кожуха 7 обеспечивается телами 12 вращения, размещенными в углублениях, Затем кожух при помощи муфт 18 крепится к насосно.-. компрессорным .трубам 19.Скважинный электронагреватель работает следующим образом.При возвратно-поступательно движении колонны насосных штанг 16 глубинный насос 20 откачивает скважинную жидкость (нефть), которая движется между внутренней поверхностью кожуха 7 и внешней поверхностью корпуса 1 и между внутренней поверхностью каркаса 2 и внешней поверхностью рабочего элемента 5. При этом рабочий элемент 5, связанньй посредством муфт с колонной насосных штанг 1 Ь, совершает возвратно-посту 158550310 15 пательное движение в зоне расположения обмоток Э и постоянных магнитов 4, Поскольку рабочий элемент установлен в направляющей 6, которая через ведущую 8, промежуточную 9 и ведомую 1 О шестерни связана с корпусом 1, в котором установлен каркас 2 с обмоткой 3 и постоянными магнитами 4, то одновременно с поступательным движением рабочего элемента 5 происходит вращение корпуса 1 относительно неподвижного кожуха 7, причем обкатывание рабочим элементом 5 внутренней поверхности каркаса 2 происходит в сторону, противоположную направлению вращения корпуса 1 по отношению к неподвижному кожуху 7, При смене направления движения рабочего элемента 5 на противоположное меняется на противоположное и направление вращения корпуса 1.На фиг, 1 стрелками показано направление движения корпуса 1 и шестерен 8-10. При движении рабочего элемента 5 вниз корпус 1 с каркасом 2 вращается, например, по часовой стрелке. Тогда при движении рабочего элемента 5 вверх корпус 1 с, каркасом вращается против часовой стрелки (верхняя стрелка соответствует направлению движения рабочего элемента 5 вниз). При ходе колонны насосных штанг 16 вверх либо вниз происходит набегание продольных пазов 15 каркаса 2 на торцовые поверхности рабочего элемента 5. При этом рабочий элемент 5 через ведущую 8, промежуточную 9 и ведомую 10 конические шестерни вращает корпус 1 с каркасом 2 и обмоткой 3 в сторону, противоположную направлению обкатывания рабочим элементом 5 внутренней поверхности каркаса 2,; Относительная скорость вращения корпуса 1 по отношению к рабочему .элементу 5 складывается из скорости обкатывания рабочим элементом 5 неподвижного кожу 20 25 301 35 40 45 50 ха 7 и скорости вращения подвижного корпуса 1.В результате магнитный поток, сцепленный с витками обмотки 3, изменяется. В обмотке 3 наводится ЭДС индукции от пересечения витков рабочим элементом 5, А так как обмотка Э выполнена короткозамкнутой, то в ней возникает ток, нагревающий ее. Тепло, вызванное током обмотки 3 электронагревателя, передается скважинной жидкости, в результате чего вязкость ее снижается.Формула изобретенияСкважинный электрона греватель, включающий корпус с размещенным в нем каркасом с уложенной в пазы обмоткой в виде секций, каждая из кото рых выполнена короткозамкнутой, постоянные магниты, размещенные между секциями обмотки, и рабочий элемент, выполненный из магнитного материала в виде ленты, изогнутой по винтовой поверхности, и установленный во внутренней полости каркаса и связанный с обоих концов с колонной насосных штанг, расположенных внутри насос- но-компрессорных труб, при этом ширина паза в каркасе выполнена равной толщине ленты, а форма каждого паза выполнена соответственно форме ленты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения эффектив- / ности работы путем улучшения использования активных материалов, он снабжен кожухом, направляющей, двумя вращательными кинематическими парами и ведущей, промежуточной и ведомой коническими шестернями, при этом рабочий элемент установлен в направляющей, которая связана с ведущей конической шестерней, соединенной через промежуточную шестерню с ведомой конической шестерней, а последняя соединена с корпусом, причем последний размещен внутри кожуха корпуса, который с обоих сторон соединен с насосно-компрессорными трубами и че" рез вращательные кинематические пары - с корпусом.1585503 оставитель В. Борискин ехред М.Ходанич Редактор Т. Лазор рректор О.Ципл 9 писно КНТ ССС зо Р оизводстненцо-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 аказ 2312 ТиражНИИПИ Государственного комитета113035, Москва, Ж етениям и открытиям п шская наб., д. 4/5