Призабойный скважинный нагреватель

Авторы патента:

E21B36/04 - с использованием электронагревателей

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для теплового воздействия на призабойную зону и нефтяной пласт для предупреждения образования парафиногидратных отложений в зоне перфорации и под насосным оборудованием, увеличения проницаемости нефтяного коллектора и повышения нефтеотдачи в целом. Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением является повышение надежности конструкции его корпуса. Техническая задача достигается тем, что предлагается использование гидрозащиты корпуса нагревателя. Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение срока эксплуатации скважинного нагревателя, повышение его надежности и повышение безопасности эксплуатации скважины.

ПРИЗАБОЙНЫЙ СКВАЖИННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ

Тепловая обработка призабойной зоны продуктивного пласта предназначена для расплавления и удаления парафино- и асфальтосмолистых отложений, для повышения фильтрационных свойств горной породы слагающих нефтяной пласт и понижения вязкости пластовой нефти.

Прогрев призабойной зоны скважинными нагревателями способствует расплавлению парафиновых и смоляных отложений и увеличению проницаемости призабойной зоны, снижению вязкости нефти и улучшению ее текучести.

В настоящее время существует несколько типов различных устройств для теплового воздействия на пласт:

- электродные электронагреватели (Патент на полезную модель 92087, 125249, Патенты 2206717, 2208145, Заявки 95107491/03, 2004111016/03, 96123652/03.

Недостаток - нагрев посредством токов электролита, что существенно ограничивает температуру нагревателя и снижает надежность, сложен контроль за состоянием нагревателя и самим электролитом, причем у электролитов с повышением температуры увеличивается проводимость, что будет приводить нежелательному эффекту - увеличению тепловой мощности нагревателя по мере роста температуры. Эти эффекты потребуют установки в нагревателе датчиков температуры, организации контроля температуры нагревателя наземной аппаратурой, что приведет к усложнению системы в целом.

- индукционные электронагреватели за счет наведенных индуктивных токов осуществляют нагрев корпуса нагревателя, специальных трубок, в которые уложены проводники или непосредственно погружного скважинного оборудования - насосно-компрессорных труб или обсадных колонн [Патент RU 2200228, RU 2249096]. Недостаток - сложная наземная аппаратура, токи высокой частоты, соответственно большие потери.

- электрогазохимические - используют тепло химических реакция [Патент RU 2235870], электричество необходимо только для запуска тепловыделяющих процессов. Недостаток - короткое время действия.

- прокачки теплового агента с поверхности скважины [Патент RU 2471064]. Недостаток - большие потери во время транспортировки теплового агента. Необходимость еще одного гидравлического канала для доставки теплоносителя на забой скважины.

- электрические, основанные на принципе преобразования электрической энергии в тепловую. Электрические нагреватели наиболее просты из всех вышеперечисленных. Они могут выполняться как для динамических процессов - проведении спуско-подъемных операций для удаления парафино-гидратных пробок путем их расплавления, так и для стационарной установки, например в призабойную зону скважины для теплового воздействия и увеличения нефтеотдачи.

Известен скважинный электронагреватель [Патент RU 120697], содержащий полый корпус с электрическим нагревательным элементом и токовводом, отличающийся тем, что корпус выполнен проточным с открытым нижним торцом и верхними боковыми отверстиями, а электрический нагревательный элемент выполнен в виде коаксиальной с корпусом укладки.

Известен электрический скважинный нагреватель [Патент RU 24854] для удаления гидратопарафиновых образований в нефтяной или газовой скважине, содержащий ТЭН, волнообразный корпус, диаметр волн которого увеличивается от носовой части корпуса, приборную головку для подсоединения к кабельной головке, отличающийся тем, что на волнах корпуса изготовлены наклонные пазы, угол наклона которых выполнен из условия перекрытия просвета паза на входе в него и выходе из него в направлении, параллельном оси корпуса, а направление наклона пазов на соседних волнах корпуса выполнено в одну или в разные стороны.

Известен нагреватель [Патент RU 37521], содержащий корпус с трубчатым электронагревателем (ТЭН) внутри, кабельную головку, средства токоподвода к ТЭН с уплотнением токоведущих жил кабеля, отличающийся тем, что в кабельной головке выполнен конус с направлением вершины конуса внутрь нагревателя и с перегородкой, в которой изготовлены отверстия под токоведущие жилы кабеля, в конус кабельной головки вмонтирована коническая пробка из упругого материала и с отверстиями под токоведущие жилы, между кабельной головкой и ТЭН установлена нажимная втулка, на корпусе нагревателя расположен центратор.

Наиболее близким к предлагаемому является скважинный электронагреватель по патенту [Патент RU 2006571], включающий полый цилиндрический корпус с нагревательным элементом и токовводом в верхнем своем торце, отличающийся тем, что он снабжен металлическим теплопроводящим сердечником, расположенным внутри полого цилиндрического корпуса, и монолитным металлическим излучателем тепловых потоков направленного действия, расположенным в нижнем торце полого цилиндрического корпуса, причем электронагревательный элемент размещен на внешней поверхности металлического теплопроводящего сердечника, монолитный металлический излучатель тепловых потоков направленного действия имеет контакт с металлическим теплопроводящим сердечником, а полость цилиндра заполнена теплоизоляционным материалом.

Имеющиеся в настоящее время конструкции скважинных нагревателей снабжены массивным корпусом, необходимым для того, чтобы выдержать значительное внутрискважинное давление, достигающее 300 бар. Недостатком известных изобретений является их низкая надежность. Эти положения объясняются тем, что нагревателю необходимо преобразовать электрическую энергию в тепловую и передать ее скважинной жидкости. При этом перегрев нагревателя способен вызвать его выход из строя, например, за счет значительного расширения теплоносителя, и нарушить безопасность работ на скважине.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением является повышение надежности конструкции его корпуса.

Техническая задача достигается тем, что предлагается использование гидрозащиты для корпуса нагревателя.

Предлагается использовать гидрозащиту, заключающуюся в следующем - скважинная жидкость через каналы в корпусе воздействует на эластичную диафрагму, заполненную жидким теплоносителем [Каплан Л.С. Оператор по добыче нефти и попутного газа. Уфа. 2005 г]. Деформация диафрагмы влечет уменьшение объема и повышение давления теплоносителя. Происходит выравнивание внешнего и внутреннего давлений нагревателя и соответственно разгрузка корпуса от механических напряжений.

Кроме того, увеличение температуры теплоносителя вызывает его расширение, что может привести к повреждению корпуса. Гидрозащита позволит решить и эту проблему.

На фиг. 1 изображен скважинный нагреватель.

На фиг. 2 изображен скважинный нагреватель с гидрозащитой.

Согласно фиг. 1 скважинный нагреватель состоит из головки 1 с внутренней или внешней резьбой для соединения с колонной насосно-компрессорных труб или наконечником шлангокабеля, жестко связанной с головкой 1 трубой 2, находящимся на головке 1 токоввода 3, с проводами 4, присоединенными к нему одним концом, а вторым - к нагревательным элементам 5, закрепленных на трубе 2 посредством держателей 6. На головке 1 закреплен корпус 7 с прикрепленной к нему втулкой 8. В пространстве, ограниченном головкой 1, трубой 2, корпусом 7 и втулкой 8 находится теплоноситель 9, для заливки которого в головке 1 предусмотрены отверстия, закрывающиеся пробками 10. Между головкой 1 и корпусом 7, а так же между корпусом 7 и втулкой 8 установлены уплотнительные элементы 11.

Предлагаемый скважинный нагреватель работает следующим образом: после присоединения головки 1 к колонне насосно-компрессорных труб или наконечнику шлангокабеля с соответствующим подключением силовой линии к токовводу 3, скважинный нагреватель доставляется в нуждающуюся для подогрева зону, после чего подается электрический ток на нагревательные элементы 5, тепло от которых передается посредством теплоносителя 9 корпусу 7, головке 1 и втулке 8, за счет чего осуществляется подогрев призабойной зоны. Кроме того от нагревательных элементов 5 через держатели 6 тепло передается трубе 2, подогревающей проходящую через нее скважинную жидкость.

Согласно фиг. 2 скважинный нагреватель состоит из головки 1 с внутренней или внешней резьбой для соединения с колонной насосно-компрессорных труб или наконечником шлангокабеля, жестко связанной с головкой 1 трубой 2, находящимся на головке 1 токоввода 3, с проводами 4, присоединенными к нему одним концом, а вторым - к нагревательным элементам 5, закрепленных на трубе 2 посредством держателей 6. На головке 1 закреплен корпус 7 с прикрепленной к нему промежуточной втулкой 12, на которой в свою очередь закреплен нижний корпус 13, имеющий отверстия 14 с прикрепленной к нему втулкой 8. На промежуточной втулке 12 посредством хомута 15 закреплена верхняя часть эластичной диафрагмы 16, нижняя часть которой прикреплена хомутом 15 посредством втулки 17 к трубе 2. В пространстве, ограниченном головкой 1, трубой 2, корпусом 7, промежуточной втулкой 12 и эластичной диафрагмой 16 находится теплоноситель 9, для заливки которого в головке 1 и промежуточной втулке 12 предусмотрены отверстия, закрывающиеся пробками 10. В местах контакта корпуса 7 с головкой 1 и промежуточной втулкой 12 установлены уплотнительные элементы 11.

Принцип работы такого скважинного нагревателя аналогичен вышеописанному предлагаемому за исключением того, что при погружении скважинного нагревателя в скважину, скважинная жидкость через отверстия 14 попадает внутрь нижнего корпуса 13 и оказывает давление на эластичную диафрагму 16, что вызывает уменьшение ее объема и соответствующее увеличение давления теплоносителя 9 до значения приблизительно равного значению давления скважинной жидкости. Кроме того, при нагреве, теплоноситель 9 расширяется и оказывает давление на эластичную диафрагму 16, что вызывает увеличение ее объема и позволяет снизить нагрузку на корпус 7.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение срока эксплуатации скважинного нагревателя, повышение его надежности и повышение безопасности эксплуатации скважины.

Скважинный нагреватель, включающий цилиндрический или трубчатый корпус с нагревательными элементами и токовводом в верхней части, отличающийся тем, что имеет дополнительно установленное устройство гидрозащиты, представляющее собой эластичную диафрагму, заполненную жидким теплоносителем, причем верхняя часть эластичной диафрагмы закреплена посредством хомута на промежуточной втулке, прикрепленной к корпусу, а нижняя часть прикреплена хомутом посредством втулки к трубе, теплоноситель находится в пространстве, ограниченном головкой, трубой, корпусом, промежуточной втулкой и эластичной диафрагмой.