Электронагревательное устройство для тепловой обработки призабойной зоны пласта

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающей промышленности, и преимущественно предназначена для тепловой обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважины с высоковязкой нефтью. Технический результат заключается в расширении зоны охвата нагревом призабойной зоны пласта как по высоте ствола скважины, так и по глубине, за счет выполнения нагревателя протяженным и за счет одновременного увеличения мощности и теплоотдачи. Сущность: устройство закреплено в скважине напротив зоны перфорации пласта 1 на конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) 2. Устройство состоит, по меньшей мере, из двух секций нагревателя (на фиг.3 показано три секции нагревателя). Каждая секция нагревателя состоит из герметичного металлического корпуса 3, выполненного в форме трубчатого цилиндра, частично заполненного водным раствором электролита 4. Верхняя часть корпуса оборудована узлом ввода 5 токопроводящего (силового или греющего) кабеля 6 внутрь корпуса, соединенного с последним резьбовым, либо фланцевым соединением 21. В узле ввода 5 также выполнена резьба 7 для подсоединения секции нагревателя к колонне НКТ 2 через муфту 8. В узле ввода 5 закреплен датчик температуры 9. В корпусе 3 размещены три электрода 10, 11 и 12 (фиг.1 и фиг.2). На фиг.3 размещено по одному электроду в каждой секции, причем устройство состоит из трех секций нагревателя. Причем по длине электродов установлены термостойкие центраторы-изоляторы 13. Для подключения токоведущих жил 14 токопроводящего кабеля 6 к трем электродам 10, 11, 12 под устройством ввода 5 установлен изолятор 15 с контактным зажимом 16. В нижней части корпуса 3 электроды 10, 11, 12 нанизаны на насадку 17, выполненную из диэлектрического материала, для исключения контакта электродов и корпуса. Верхняя часть корпуса 3, образует паровую зону 18 электронагревателя. Для увеличения площади контакта электролита 4 и электродов 10, 11, 12 в корпусе устройства могут быть размещены металлические диски 19 с перфорациями (фиг.2; разрез А-А), поочередно соединенные с электродами 10, 11, 12, причем в местах возможного контакта диска 19 и корпуса 3, диска 19 и не подсоединенных электродов установлены термостойкие изоляторы 20, для исключения контакта электродов друг с другом и корпусом. Токопроводящий кабель 6 может проходить внутри корпуса 3 секции нагревателя, либо проходить по его внешней поверхности. В последнем случае он закреплен и защищен протекторами. 1 н.п. ф-лы; 8 з.п. ф-лы; 3 ил.

Полезная модель относится к области нефтегазодобывающей промышленности, и преимущественно предназначена для тепловой обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважины с высоковязкой нефтью.

Известно электронагревательное устройство для тепловой обработки призабойной зоны скважин, содержащее корпус нагревателя, силовой кабель питания, диски-электроды, установленные на токопроводе (Патент РФ 2169830).

Известное устройство отличается простотой и надежностью. Однако недостатком этого устройства является недостаточная мощность и теплоотдача из-за размещения на внутренней поверхности корпуса термостойких изоляторов. Кроме того, среди недостатков этого устройства можно выделить невозможность прогрева широких призабойных зон пласта, из-за малой длины устройства и невозможности ее увеличения.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является скважинный электродный нагреватель (Патент РФ 2119577), содержащий электрод, выполненный в виде трубчатого корпуса, частично заполненный электролитом, и установленный соосно в корпусе второй электрод, нижний конец которого рабочей частью размещен в электролите и снабжен насадкой.

Основным недостатком этого устройства является малая мощность ввиду однофазного питания, а также недостаточная площадь нагрева призабойной зоны пласта, которая ограничена только длиной корпуса нагревателя.

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в расширении зоны охвата нагревом призабойной зоны пласта как по высоте ствола скважины, так и по глубине, за счет выполнения нагревателя протяженным и за счет одновременного увеличения мощности и теплоотдачи.

Указанный технический результат достигается предлагаемым электронагревательным устройством для тепловой обработки призабойной зоны скважины, включающим секцию нагревателя, состоящую из корпуса, выполненного в виде герметичного трубчатого цилиндра, частично заполненного водным раствором электролита, из размещенного в корпусе внутреннего электрода, выполненного в виде металлического стержня, погруженного рабочей частью в указанный электролит, из токопроводящего кабеля, соединяющего источник питания с электродом, и из узла ввода токопроводящего кабеля в корпус, соединенного с последним, при этом новым является то, что внутри корпуса размещен, по меньшей мере, один электрод, который снабжен термостойким центратором-изолятором, при этом устройство состоит, по меньшей мере, из двух соединенных токопроводящим кабелем, обеспечивающим подачу на электроды трехфазного переменного тока, секций нагревателя, которые смонтированы в скважине на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб НКТ последовательно непосредственно друг за другом или на расстоянии в длину одной секции НКТ друг от друга, причем соединяющий секции нагревателя токопроводящий кабель проходит внутри корпуса секции нагревателя или по его внешней поверхности.

В преимущественных вариантах выполнения предлагаемого устройства:

- оно состоит из идентичных или из различающихся конструктивно по количеству электродов секций нагревателя;

- секции нагревателя соединены друг с другом посредством муфтового или фланцевого соединения;

- корпус секции нагревателя снабжен центрирующим элементом; - внутри узла ввода токопроводящего кабеля в корпус секции нагревателя размещен, по меньшей мере, один датчик контроля давления и/или температуры, питание и снятие показателей с которого происходит через токопроводящий кабель;

- в качестве токопроводящего кабеля оно содержит силовой или греющий кабель;

- для увеличения площади контакта электролита и электродов, в корпусе устройства размещены металлические диски с перфорациями, поочередно соединенные с электродами, причем в местах возможного контакта диска и корпуса, диска и не подсоединенных электродов установлены термостойкие изоляторы;

- оно размещено в скважине в зоне призабойной зоны пласта;

- при размещении токопроводящего кабеля по внешней поверхности корпуса, указанный кабель закреплен и защищен протекторами.

Поставленный технический результат обеспечивается за счет следующего.

Благодаря тому, что внутри корпуса размещен, по меньшей мере, один электрод, а значит, в том числе, может быть и несколько электродов, на которые посредством токопроводящего кабеля подается трехфазный переменный ток, обеспечивается повышение мощности электронагревательного устройства, и как следствие этого, увеличивается зона нагрева призабойной зоны пласта по глубине.

Снабжение электрода (электродов) термостойким центратором-изолятором позволяет защитить корпус от контакта с электродом (ами) и контакта электродов между собой, что повышает надежность работы устройства и исключает аварийные ситуации, вызванные замыканием.

Благодаря тому, что заявляемое устройство состоит, по меньшей мере, из двух секций нагревателя, обеспечивается расширение зоны охвата нагревом призабойной зоны пласта по высоте ствола скважины, за счет выполнения нагревателя протяженным. Причем эта цель достигается и путем размещения секций нагревателя непосредственно друг за другом, и путем размещения их на расстоянии длины одной секции НКТ друг от друга, в зависимости от скважинных условий. Использование при этом идентичных секций нагревателя или различных по конструктивным особенностям (например, по числу электродов, или по наличию или отсутствию металлических перфорированных дисков) позволяет обеспечить разный по мощности нагрев на различных участках ствола скважины в зависимости от технологических условий. Это позволяет оптимизировать условия нагрева и обеспечить энергосберегающий расход электроэнергии.

Выполнение при этом соединения секций нагревателя (на конце корпуса и узла ввода выполнена резьба) посредством традиционного муфтового соединения, которое применяется при компоновке колонны НКТ, позволяет просто и надежно произвести монтаж встраивания предлагаемого устройства в колонну. То же относится и к унифицированному фланцевому соединению.

Наличие в предлагаемом устройстве узла ввода токопроводящего кабеля в корпус секции нагревателя обеспечивает надежную защиту кабеля и датчиков контроля от повреждения.

Размещение соединяющего секции нагревателя токопроводящего кабеля внутри корпуса секций или по его внешней поверхности позволяет учесть скважинные условия установки устройства, например, диаметр лифтовой колонны.

Причем в преимущественном варианте при размещении токопроводящего кабеля по внешней поверхности корпуса, предлагается указанный кабель закрепить и защитить протекторами для исключения его повреждения. В качестве протекторов рекомендуется использовать традиционные протекторы, например, описанные в патентах РФ 82468 и 82469.

Снабжение корпуса секции нагревателя центрирующим элементом позволяет точно установить электронагревательное устройство внутри НКТ, а также позволит избежать контакта корпуса со стенками лифтовой колонны, что исключит повреждение корпуса.

Размещение внутри узла ввода токопроводящего кабеля в корпус секции нагревателя датчика контроля давления и/или температуры, позволяет контролировать работу устройства. А благодаря тому, что питание и снятие показателей с указанного датчика производится через токопроводящий кабель, обеспечивается простота получения информации.

Причем использование в качестве токопроводящего кабеля силового или греющего кабеля обеспечивает унификацию работы заявляемого устройства без привязки к конкретному виду кабеля.

Благодаря тому, что в корпусе устройства могут быть размещены металлические диски с перфорациями, поочередно соединенные с электродами, причем в местах возможного контакта диска и корпуса, диска и не подсоединенных электродов установлены термостойкие изоляторы, обеспечивается увеличение площади контакта электролита и электродов, а значит - увеличивает мощность нагревателя, что обеспечит тепловое воздействие на большую глубину призабойной зоны.

Заявляемое электронагревательное устройство для тепловой обработки призабойной зоны скважины поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез секции нагревателя устройства; на фиг.2 - продольный разрез секции нагревателя устройства с металлическими дисками с перфорациями; на фиг.3-продольный разрез устройства, смонтированного в колонну НКТ.

Предлагаемое электронагревательное устройство закреплено в скважине напротив зоны перфорации пласта 1 на конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) 2. Устройство состоит, по меньшей мере, из двух секций нагревателя (на фиг.3 показано три секции нагревателя). Каждая секция нагревателя состоит из герметичного металлического корпуса 3, выполненного в форме трубчатого цилиндра, частично заполненного водным раствором электролита 4. Верхняя часть корпуса оборудована узлом ввода 5 токопроводящего (силового или греющего) кабеля 6 внутрь корпуса, соединенного с последним резьбовым соединением посредством соединительного узла 21. В узле ввода 5 также выполнена резьба 7 для подсоединения секции нагревателя к колонне НКТ 2 через муфту 8. В узле ввода 5 закреплен датчик температуры и/или давления 9. Возможно размещение нескольких разноплановых датчиков 9. В корпусе 3 размещены три электрода 10, 11 и 12 (фиг.1 и фиг.2). На фиг.3 размещено по одному электроду в каждой секции, причем устройство состоит из трех секций нагревателя. При этом по длине электродов установлены термостойкие центраторы-изоляторы 13 (на фиг.3 не показаны). Для подключения токоведущих жил 14 токопроводящего кабеля 6 к трем электродам 10, 11, 12 под устройством ввода 5 установлен изолятор 15 с контактным зажимом 16. В нижней части корпуса 3 электроды 10, 11, 12 нанизаны на насадку 17, выполненную из диэлектрического материала, для исключения контакта электродов и корпуса.

Верхняя часть корпуса 3, образует паровую зону 18 электронагревателя. Для увеличения площади контакта электролита 4 и электродов 10,11,12 в корпусе устройства могут быть размещены металлические диски 19 с перфорациями (фиг.2; разрез А-А), поочередно соединенные с электродами 10,11, 12, причем в местах возможного контакта диска 19 и корпуса 3, диска 19 и не подсоединенных электродов установлены термостойкие изоляторы 20, для исключения контакта электродов друг с другом и корпусом.

Токопроводящий кабель 6 может проходить внутри корпуса 3 секции нагревателя, либо проходить по его внешней поверхности. В последнем случае он закреплен и защищен протекторами (на чертеже не показаны).

Предлагаемое электронагревательное устройство для тепловой обработки призабойной зоны скважины работает следующим образом.

По силовому кабелю 6 (или по греющему кабелю), на электроды 10, 11, 12, размещенные в корпусе секции нагревателя, заполненном токопроводящей жидкостью 4 (водным раствором электролита), подается напряжение в виде трехфазного переменного тока, после чего от электродов 10, 11, 12 через жидкость 4 к корпусу 3 потечет ток, вызывая нагрев электролита, его кипение и образование пара, что в свою очередь приведет к теплообмену между стенкой корпуса 3 и внутрискважинной жидкостью, производя в дальнейшем тепловую обработку призабойной зоны.

При работе происходит рост давления внутри корпуса 3 нагревателя, электролит 4 превращается в пар и происходит снижение его уровня и уменьшение тока устройства, за счет уменьшения площади контакта электролита 4 с электродами 10, 11, 12, что косвенно определяет соотношение объемов вода-пар и позволяет судить о параметрах термодинамического процесса. При остывании и конденсации пара уровень электролита 4 в корпусе 3 восстанавливается, сопротивление электронагревателя принимает первоначальное значение.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить мощность нагрева и теплоотдачу, соответственно, за счет питания трехфазным переменным током и иного размещения термостойких изоляторов, не препятствующих теплоотдаче пласту, в результате чего увеличивается прогрев пласта вглубь.

А благодаря использованию в заявляемом устройстве системы последовательно соединенных секций нагревателя обеспечивается увеличение протяженной зоны нагрева по стволу скважины.

1. Электронагревательное устройство для тепловой обработки призабойной зоны скважины, включающее секцию нагревателя, состоящую из корпуса, выполненного в виде герметичного трубчатого цилиндра, частично заполненного водным раствором электролита, из размещенного в корпусе внутреннего электрода, выполненного в виде металлического стержня, погруженного рабочей частью в указанный электролит, из токопроводящего кабеля, соединяющего источник питания с электродом, и из узла ввода токопроводящего кабеля в корпус, соединенного с последним, отличающееся тем, что внутри корпуса размещен, по меньшей мере, один электрод, который снабжен термостойким центратором-изолятором, при этом устройство состоит, по меньшей мере, из двух соединенных токопроводящим кабелем, обеспечивающим подачу на электроды трехфазного переменного тока, секций нагревателя, которые смонтированы в скважине на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб НКТ последовательно непосредственно друг за другом или на расстоянии в длину одной секции НКТ друг от друга, причем соединяющий секции нагревателя токопроводящий кабель проходит внутри корпуса секции нагревателя или по его внешней поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно состоит из идентичных или из различающихся конструктивно по количеству электродов секций нагревателя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что секции нагревателя соединены друг с другом посредством муфтового или фланцевого соединения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус секции нагревателя снабжен центрирующим элементом.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри узла ввода токопроводящего кабеля в корпус секции нагревателя размещен, поменьшей мере, один датчик контроля давления и/или температуры, питание и снятие показателей с которого происходит через токопроводящий кабель.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве токопроводящего кабеля оно содержит силовой или греющий кабель.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для увеличения площади контакта электролита и электродов, в корпусе устройства размещены металлические диски с перфорациями, поочередно соединенные с электродами, причем в местах возможного контакта диска и корпуса, диска и не подсоединенных электродов установлены термостойкие изоляторы.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно размещено в скважине в зоне призабойной зоны пласта.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при размещении токопроводящего кабеля по внешней поверхности корпуса указанный кабель закреплен и защищен протекторами.