Скважинный электронагреватель

 

Изобретение относится к нефтедобыче и позволяет повысить эффективность работы путем улучшения использования активных материалов. Электронагреватель включает охваченный кожухом 7 корпус (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 колонной насосных штанг, размещенных внутри насосно-компрессорных труб. Направляющая 6 связана с ведущей конической шестерней /Ш/ 8, соединенной через промежуточную Ш 9 с ведомой конической Ш 10, связанной с К 1. Кожух 7 с обеих сторон соединен 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 возвратно-поступательное движение в зоне расположения обмоток 3 и магнитов 4. Одновременно К 1 вращается в кожухе 7. В противоположную ему сторону происходит 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 обмотке 3 ток нагревает ее. Тепло передается нефти, снижая ее вязкость. 5 ил.

СВОЗ СОВЕТСНИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК щ)S Е 21 В.43/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3844820/22-03 (22) 18 ° 01.85 (46) 15.08.90. Вюл, У 30 (71) Пермский государственный на учно-.исследовательский и проектный институт нефтян и прмишленности (72) В.В. Семен а и Г.А, Чазов (53) 622.245.78 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ð 883354, кл, Е 21 В 43/24, 1980, Авторское свиде"ельство СССР

9 1480399, кл. Е 21 В 43/24, 1984. (54) СКВАЖ1ННЪЦ1 ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЪ (57) Изобретение относится к нефтедобыче и позволяет повысить эффекÄÄSU ÄÄ 1585503

2 тивность работы путем улучшения использования активных материалов.

Электронагреватель включает охваченный кожухом ? корпус (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 колонной насосных штанг, размещенных внутри насосно-компрессорных труб.

Направляющая 6 связана с ведущей ко-.

1585503 нической шестерней (Ш) 8, соединенной через промежуточную Ш 9 с ведомой конической Ш 10, связанной с

К 1. Кожух 7 с обеих сторон соединен

5 с насос но-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- 1р но-поступательное движение в зоне изобретение относится к нефтедобыче, в частности к устройствам для снижения вязкости нефти при ее добыче путем его нагрева в скважине, и предназначается для использования 20 при эксплуатации, преимущественно, малодебитных скважин штанговыми глубиннонасосными установками.

Целью изобретения является повышение эффективности работы путем улучшения использования активных материалов.

На фиг. 1 приведен скважинный электронагреватель, продольный разрез; на фиг. 2 — схема скважинного электронагревателя в комплекте со штанговым глубиннонасосным обору.дованием скважины; на фиг. 3 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 сечение Б-Б на фиг. 1 без каркаса и обмотки, на фиг. 5 — развертка скважинного электронаrpевателя со стороны открытия пазов.

Скважинный электронагреватель содержит цилиндрический магнитный кор-, 4p пус 1 с размещенным в нем каркасом

2, обмотку 3, постоянные магниты 4, рабочий элемент 5, установленный в направляющей 6, цилиндрический кожух

7, ведущую 8, промежуточную 9 и ведомую 10 конические шестерни и две вращательные кинематические пары, состоящие иэ кольца 11, тел 12 вращения и торцовой поверхности 13 (корпуса 1) для одной кинематической пары 50 и торцовой поверхности 14 (ведущей конической шестерни 8) для другой вращательной кинематической пары.

Обмотка 3 электродвигателя собрана в виде секций, шаг обмотки диаметральный, и уложена в продолЬные

55 пазы 15 (фиг. 4 и 5). Каждая секция обмотки 3 электронагревателя выполнена короткозамкнутой и состоит из расположения обмоток 3 и магнитов 4.

Одновременно К 1 вращается в кожухе

7. В противоположную ему сторону происходит обкатывание РЭ 5 каркаса 2, В результате магнитный поток, сцепленный с обмоткой 3, изменяется.

В ней наводится ЭДС индукции от пере сечения с РЭ 5. Возникающий в обьютке 3 ток нагревает ее. Тепло передается нефти, снижая ее вязкость. 5ил. и последовательно соединенных витков °

Продольные пазы 15 (их боковые стенки) сформированы при помощи постоянных магнитов 4 на основе систем

Fe — Al — Ni (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 d (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 15 ° Ширина 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. S) винтовые поверхности (пазы) представлены прямыми линиями, параллельными между

5503

5 158 собой и сдвинутыми на угол поворота прямоугольника, которым сформирована винтовая поверхность геликоида.

При этом количество винтовых поверхI костей (продольных пазов 15) всегда число четное при диаметральном шаге обмотки. Число пазов 15 определяется исходя из величины открытия паза 15 и ширины постоянного магнита 4. Поэтому весь рабочий элемент 5 или часть его всегда будет повторена в пазах 15.

Рабочий элемент 5 электронагревателя связан с обоих концов с колонной насосных штанг 16 посредством муАт (фиг. 2) .

Рабочий элемент 5 установлен в направляющей 6, Аорма отверстия которой соответствует поперечному сечению рабочего элемента 5 (фиг. 3) .

Боковые стенки отверстия направляющей 6 выполнены с наклоном, причем угол наклона соответствует наклону боковой поверхности геликоида. Направляющая 6 установлена в ведущей конической шестерне 8, которая находится в зацеплении с промежуточной конической шестерней 9, находящейся в зацеплении с ведомой конической шестерней 10. Ведомая коническая шестерня 10 посредством винтов (не показаны) крепится к торцовой поверхности корпуса 1. Внутренний диаметр ведомой шестерни 10 равен внутреннему диаметру каркаса 2. Промежуточная шестерня 9 установлена на оси

17, которая жестко крепится к кожуху 7.

Корпус 1 с размещенным в нем каркасом 2 с уложенной в пазы 15 обмоткой 3 и установленными между секциями обмотки 3 постоянными магнитами

4 охвачен кожухом 7. Кожух 7 электронагревателя отделяет затрубное пространство скважины от добываемой жидкости. Кожух 7 крепится с обоих концов при помощи муфт 18 к насосно-компрессорным трубам 19, на которых электронагреватель спускается в скважину. Кожух 7 соединен с корпусом 1 через вращательные кинематичес1 кие пары.

Вращательная кинематическая пара, установленная ниже корпуса 1, включает кольцо (диск) 11, которое крепится к внутренней боковой поверхности цилиндрического кожуха 7 при помощи сварки, тела 12 вращения

I5

6

1 и торцовую поверхность 13 корпуса 1.

Тела 12 вращения перекатываются в круговых канавках, которые выполнены на торцовых поверхностях кольца 11 и корпуса 1.

Другая 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 8 ° Тела 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 коэрцнтивной 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 10 причем ведомая шестерня 10 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, раэмещенньтми 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 муАт с колонной насосных штанг 16 совершает возвратно-посту1585503

15 пательное движение в зоне расположения обмоток 3 и постоянных магнитов 4. Поскольку рабочий элемент установлен в направляющей 6, которая через ведущую 8, промежуточную 9 и ведомую 10 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,icapкасом 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 кожу20

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

3 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 и э о б р е т е н и я

Скважинный электронагреватель, 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 насосно-компрессорных труб, при этом ширина паза в каркасе выполнена равной толщине ленты, а форма каждого паза выполнена соответственно форме ленI ты, отличающийся тем, I 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 через вращательные кинематические пары — с корпусом.

l585503

1585503

Составитель В. Борискина

Техред М.Ходанич Корректор О.Ципле

Редактор Т. Лазоренко

Заказ 2312 Тираж 479 Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101