Электрический нагреватель для разрушения асфальтосмолистых, гидратно- парафиновых и ледяных отложений в нефтяных и газовых скважинах

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а более конкретно к технике интенсификации добычи нефти и газа путем разрушения асфальтосмолистых, гидратно-парафиновых и ледяных отложений в скважинах. Электрический нагреватель содержит корпус с приборной головкой в его верхней части, электрод с проводом и электронагревательный элемент, помешенные в корпусе, и электрическую изоляцию. Электронагревательный элемент представляет собой слой между корпусом и электродом из тугоплавких металлов, их сплавов или композиционных составов с механическими примесями из токопроводяших и/или изоляционных материалов, либо из твердых электролитов, коллоидных растворов и их смесей на основе металлов и окислов с добавлением кислот и щелочей, полученных смешиванием или в результате химического синтеза, с переменным по длине электрическим сопротивлением. Для нагревателя характерным является эквидистантость и плотный контакт поверхностей корпуса, электронагревательного элемента и электрода при любой форме их исполнения. Электрический нагреватель при использовании имеет технический результат, выражающийся в надежности электронагревательного элемента, в высоком удельном тепловыделении, усиленном в носовой части нагревателя, а также в устранении теплопотерь. Этим достигается интенсивное разрушение асфальтосмолистых, гидратно-парафиновых и ледяных отложений в скважинах. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а более конкретно к технике интенсификации добычи нефти и газа путем разрушения асфальтосмолистых, гидратно-парафиновых и ледяных отложений (АСГПиЛО) в скважинах.

Известные устройства для разрушения АСГПиЛО содержат энергоноситель и средства его доставки к АСГПиЛО. В качестве энергоносителя используются пар, вода, химические реагенты, электрический ток, механические инструменты и т. п. ; в качестве средств доставки энергоносителя используются насосно-компрессорные трубы (НКТ), трубы другого сортамента, шланги, геофизический кабель и т.п. (см..например, Хорошилов В.А..Малышев А.Г. Предупреждение и ликвидация гидратных отложений при добыче нефти. -М.: ВНИИОЭНГ, 1986. Обзорная информация нефтяной промышленности. Серия "Нефтепромысловое дело". Выпуск 15/122).

Наиболее удобным для разрушения АСГПиЛО является нагреватель, в котором энергоносителем служит электрический ток. Электрический нагреватель, принятый за прототип настоящего изобретения, содержит корпус с приборной головкой в его верхней части, электрод, электронагревательный элемент и провод, помещенные в корпусе, электрическую изоляцию (см. ,например, RU, патент N 2006571, МПК E 21 B 36/04. 1994, 4 с.).

Недостатками этого нагревателя является быстрый выход из строя электронагревательного элемента, недостаточная температура нагрева корпуса нагревателя, особенно в его носовой части. Причина этого заключена в конструкции и материале электронагревательного элемента, а также в наличии изоляционного слоя между электронагревательным элементом и корпусом нагревателя. Таким образом, коэффициент полезного действия такого нагревателя невысок.

Задачей изобретения является создание электрического нагревателя, лишенного указанных недостатков, имеющего минимальные теплопотери и надежный, теплостойкий электронагревательный элемент с высоким удельным тепловыделением в тех частях нагревателя, которые непосредственно контактируют с АСГПиЛО, разрушая их.

Технический результат достигается тем, что в известном электрическом нагревателе, содержащем корпус с приборной головкой в его верхней части, электрод на проводе и электронагревательный элемент, помещенные в корпусе, электрическую изоляцию, согласно изобретению электронагревательный элемент расположен в виде слоя между корпусом и электродом с условием эквидистантности и плотного контакта всех трех поверхностей с исполнением цилиндрической, конусной или фигурной формы и выполнен из тугоплавких металлов, их сплавов или композиционных составов (металлокерамика, углеграфитокерамика) с механическими примесями из токопроводящих (графита, угля и др.) и/или изоляционных (цемента, кварца, силиката, корунда, гипса и др.) материалов с переменным по длине электрическим сопротивлением; электронагревательный элемент выполнен из твердых электролитов, коллоидных растворов и их смесей на основе металлов и окислов с добавлением кислот и щелочей, полученных смешиванием или в результате химического синтеза, с переменным по длине электрическим сопротивлением; электрод и электронагревательный элемент выполнены в виде единого (цельного или полого) элемента из одного материала или различных по длине конструкции материалов.

Достижение технического результата в предложенном изобретении обеспечено тем, что электронагревательный элемент выполнен из материалов высокой теплостойкости, с большим удельным тепловыделением, с изменением электрического сопротивления по его длине, обеспечивающим максимальное тепловыделение в носовой части нагревателя. Расположение электронагревательного элемента в плотном контакте и эквидистантно с корпусом и электродом независимо от формы их исполнения исключает наличие изоляционного слоя, а значит, и потери тепла на нагрев изоляционного слоя. Надежность и стойкость электронагревательного элемента обусловлена его выполнением в виде слоя, т.е. с кольцевым сечением значительного диаметра.

На фиг. 1 - 5 представлены продольные разрезы электрических нагревателей для разрушения АСГПиЛО в нефтяных и газовых скважинах: фиг. 1 - с цилиндрическим исполнением корпуса, электрода и электронагревательного элемента; фиг. 2 - с коническим исполнением корпуса, электрода и электронагревательного элемента; фиг. 3 - с фигурным исполнением корпуса, электрода и электронагревательного элемента; фиг. 4 - с электродом и электронагревательным элементом, выполненными в виде единого цельного элемента; фиг. 5 - с электродом и электронагревательным элементом, выполненными в виде единого полого элемента.

Электрический нагреватель содержит корпус 1, верхней частью соединенный с приборной головкой 2. В корпусе 1 расположен электрод 3 на проводе 4. Между корпусом 1 и электродом 3 установлен электронагревательный элемент 5. Поверхности корпуса 1, электрода 3 и электронагревательного элемента 5 выполнены эквидистантными и могут иметь цилиндрическую, коническую или фигурную форму. Электронагревательный элемент 5 выполнен из тугоплавких металлов с большим электрическим сопротивлением (вольфрам или его заменители), их сплавов, композиционных составов (металлокерамика, углеграфитокерамика) или любых смесей (механических, химических, коллоидных) электропроводных материалов (графит, уголь и др.) с неэлектропроводными материалами (кварц, силикат, корунд, шпат, цемент, магнезит, гипс, шамот, барит и др.). Также материалами электронагревательного элемента 5 могут быть карбиды, оксиды, окислы и соли металлов твердые электролиты, коллоидные растворы и их смеси на основе металлов и окислов с добавлением кислот и щелочей, полученные смешиванием или в результате химического синтеза. Электрическое сопротивление электронагревательного элемента 5 различно в разных его частях: оно уменьшается по направлению от приборной головки к носовой части нагревателя. Необходимые параметры электронагревательного элемента 5 определяются выбором материалов и технологией изготовления. Возможно выполнение электрода 3 и электронагревательного элемента 5 в виде единого элемента (цельного или полого) с поверхностью, эквидистантной поверхности корпуса 1, при этом материалом данного элемента может быть как один материал, так и материалы, различные в разных его частях. Между проводом 4 и приборной головкой 2 расположена электрическая изоляция 6.

Нагреватель работает следующим образом. Закрепленный с помощью приборной головки 2 на геофизическом кабеле электрический нагреватель опускают в скважину. Включают подачу электрического тока, который проходит по проводу 4 через электрод 3 на электронагревательный элемент 5. Тепло от последнего передается непосредственно корпусу 1. К носовой части электронагревательного элемента 5 за счет уменьшения в этом направлении его электрического сопротивления направляется основной поток электрического тока, что приводит к значительному разогреву именно этого участка электрического нагревателя.

Таким образом, достигается высокий коэффициент полезного действия предложенного электрического нагревателя.

Формула изобретения

1. Электрический нагреватель для разрушения асфальтосмолистых, гидратно-парафиновых и ледяных отложений в нефтяных и газовых скважинах, содержащий корпус с приборной головкой в его верхней части, электрод с проводом и электронагревательный элемент, помещенные в корпусе, электрическую изоляцию, отличающийся тем, что электронагревательный элемент расположен в виде слоя между корпусом и электродом с условием эквидистантности и плотного контакта всех трех поверхностей с исполнением в цилиндрической, конусной или фигурной форме и выполнен с постоянным или переменным по длине электрическим сопротивлением из тугоплавких металлов, их сплавов или композиционных составов с механическими примесями из токопроводящих и/или изоляционных материалов.

2. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что электрод и электронагревательный элемент выполнены в виде единого цельного или полого элемента из одного материала или различных в разных его частях материалов.

3. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве токопроводящих материалов для механических примесей композиционных составов использованы уголь, графит.

4. Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что в качестве изоляционных материалов для механических примесей сплавов или композиционных составов использованы цемент, кварц, силикат, корунд, гипс, шамот, барит.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5