Скважинный электродный нагреватель

 

Изобретение относится к нагревателям электродным, применяемым при добыче высоковязских парафинистых нефтей. Для повышения надежности и одновременно мощности нагревателя трубчатый металлический корпус, являющийся электродом, выполнен в виде единой герметичной камеры. Внутри камеры соосно установлен металлический стержень-электрод. Нижний конец стержня изолирован насадкой из диэлектрического материала и вставлен в центрирующий паз корпуса. При этом необходимое рабочее давление в камере определяется расчетным соотношением высоты диэлектрической насадки, объема электролита, максимального объема камеры и прочностных характеристик корпуса. В предлагаемом устройстве давление паров и температура стабилизируются на рабочей величине независимо от глубины спуска нагревателя. Нагрев автоматически прекращается при аварийном малом теплоотводе. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к добыче высоковязких парафинистых нефтей.

Известен применяемый для разрушения гидратных пробок, парафинов и застывшей нефти скважинный электродный нагреватель, содержащий корпус, выполняющий роль электрода, электрод, размещенный внутри корпуса, разделитель, установленный над электролитом с возможностью осевого перемещения и образующий герметичную камеру, частично заполненную электролитом (см. а.с. 1613588, кл. E 21 B 43/24).

Недостатками указанного нагревателя являются низкая скорость разрушения гидратных пробок, парафинов и застывшей нефти в верхних слоях скважин и ненадежность работы. Причиной этого является негерметичность корпуса, вследствие чего в герметичной камере повышается давление и температура кипения электролита при увеличении глубины погружения нагревателя в скважину. Данный напряженный тепловой режим требуется для работы нагревателя в верхних слоях скважин, а не в нижних. Кроме того, в полость корпуса попадает нефть, содержащая различные отложения, которые затрудняют перемещение разделителя поршня и снижают надежность работы нагревателя.

Известен также скважинный электродный нагреватель, содержащий электрод, выполненный в виде корпуса, частично заполненного электролитом, установленный в корпусе второй электрод, верхняя часть которого выполнена в виде пружины, и поршень, установленный над электролитом с возможностью осевого перемещения, разделяющий корпус на две герметичные камеры (см. патент 2023144, кл. E 21 B 43/24).

Недостатком указанного нагревателя является невозможность обеспечить подвижное и одновременно герметичное соединение поршня с рабочей частью корпуса в условиях эксплуатации, характеризующихся высоким давлением и температурой пара, что снижает надежность работы. Следующим недостатком является нерациональное использование рабочей камеры нагревателя. Корпус разделен на две герметичные камеры, одна из которых занята пружиной, и только объем второй камеры используется для рабочего процесса, что значительно снижает мощность нагревателя в момент закипания электролита в результате малого количества раствора (электролита).

Преимуществами заявляемого устройства является повышение надежности работы за счет упрощения конструкции с одновременным повышением его мощности.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что в заявляемом устройстве, содержащем электрод, выполненный в виде трубчатого корпуса, частично заполненного электролитом, и установленный соосно в корпусе второй электрод, нижний конец которого размещен в электролите и снабжен насадкой, корпус выполнен в виде единой герметичной камеры, второй электрод представляет собой металлический стержень, насадка которого выполнена из диэлектрического материала и вставлена в центрирующий паз корпуса. Необходимое рабочее давление в камере определяется расчетным соотношением высоты насадки, объема электролита, максимального объема камеры и прочностных характеристик корпуса.

На чертеже представлена схема выполнения устройства.

Скважинный электродный нагреватель содержит герметичный корпус 1, который выполняет также роль электрода, и электрод 2, выполненный в виде металлического стержня, установленный в корпусе 1. Конец электрода 2 выполнен из диэлектрического материала в виде насадки 3 и вставлен в центрирующий паз 4 корпуса 1. Корпус 1 частично заполнен электролитом 5.

Электродный нагреватель работает следующим образом.

При подаче напряжения на электроды 1 и 2 электролит 5 нагревается и закипает. Температура кипения электролита зависит от давления паров раствора в корпусе нагревателя, а давление повышается за счет герметичности корпуса. С ростом температуры электролит 5 закипает, переходит в парообразное состояние. Уровень электролита 5 понижается, давление в камере корпуса 1 увеличивается, площадь соприкосновения электрода 2 с электролитом 5 уменьшается.

В момент, когда уровень электролита 5 понижается до верхней кромки насадки 3, электрическая цепь прерывается, нагрев электролита 5 прекращается, давление пара падает. Пар частично конденсируется, в результате чего уровень электролита 5 повышается и вновь достигает рабочей (проводящей) части электрода 2. Электрическая цепь замыкается, возобновляется нагрев электролита 5. Цикл повторяется. Давление паров и температура нагревателя стабилизируются на рабочей величине.

Технико-экономическим преимуществом предлагаемого скважинного электродного нагревателя является упрощение конструкции путем сокращения количества деталей, а также увеличение надежности и срока работы за счет исключения подвижных и одновременно герметизирующих узлов. Надежность устройства повышается также благодаря креплению нижней части электрода за счет помещения насадки в паз, что позволяет избежать применения центрирующих шайб, испытывающих нагрузки давлением пара. Максимальный объем рабочей камеры позволяет использовать большее количество электролита, что увеличивает мощность нагревателя в момент закипания электролита. Расчетным соотношением высоты насадки, объема электролита и максимального объема камеры с учетом прочностных характеристик корпуса определяется необходимое рабочее давление в камере. Герметичность корпуса позволяет поддерживать одинаковую температуру независимо от глубины спуска нагревателя. Испытания заявленного устройства показали его эффективность и работоспособность при добыче высоковязких парафинистых нефтей в скважине до 1200 метров.

Нагреватель прост и безопасен в эксплуатации, т.к. расчетная высота насадки обеспечивает автоматическое выключение нагревателя при аварийном малом теплоотводе в момент, когда в камере образуется давление, не превышающее допустимое прочностными характеристиками корпуса. Отключение происходит за счет прерывания электрической цепи, когда уровень электролита понижается до верхней кромки насадки.

Формула изобретения

Скважинный электродный нагреватель, содержащий электрод, выполненный в виде трубчатого корпуса, частично заполненного электролитом, установленный соосно в корпусе второй электрод, нижний конец которого размещен в электролите и снабжен насадкой, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде единой герметичной камеры, второй электрод представляет собой металлический стержень, насадка которого выполнена из диэлектрического материала и вставлена в центрирующий паз корпуса, при этом необходимое рабочее давление в камере определяется расчетным соотношением высоты насадки, объема электролита, максимального объема камеры и прочностных характеристик корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1