RU2198284C2

RU2198284C2 - Downhole induction heater

Info

Publication number: RU2198284C2
Application number: RU2001104737A
Authority: RU
Inventors: А.Е. Гладков; В.Ф. Мека; А.И. Тышко
Original assignee: Гладков Александр Еремеевич; Мека Владимир Федорович; Тышко Анатолий Иванович
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2003-02-10

Abstract

FIELD: oil producing industry, particularly, electric heaters applicable in recovery of paraffin and viscous oils. SUBSTANCE: induction heater comprises body, induction coil, contact unit with current supplying cable. Tubing pipe provided with metal slotted rings serves simultaneously as a heater body and magnet core. Laid through slots are induction coil wires. Coil is wound on heater body external surface. It is good practice to make induction coil with two layers and three windings of wires with heatproof insulation. EFFECT: higher temperature of recovered oil due to conversion of electric energy into heat energy and reduction of metal usage due to use of tubing pipe in capacity of electric heater body. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к электронагревателям, применяемым при добыче парафинистых и вязких нефтей. The invention relates to the oil industry, in particular to electric heaters used in the extraction of paraffinic and viscous oils.

Известен индукционный нагреватель, состоящий из ферромагнитного корпуса и кожуха, между которыми размещены индукционные катушки (патент США 275739, 1955 г.) В нагревателе поток жидкости омывает как внутреннюю, так и внешнюю поверхности нагревателя за счет имеющегося дополнительного наружного корпуса. Known induction heater, consisting of a ferromagnetic casing and a casing, between which are placed induction coils (US patent 275739, 1955). In the heater, the fluid flow washes both the inner and the outer surfaces of the heater due to the existing additional outer casing.

Недостатком нагревателя является невозможность его использования в скважинах с уменьшенным диаметром обсадных колонн. The disadvantage of the heater is the impossibility of its use in wells with a reduced diameter of the casing strings.

Известен также индукционный нагреватель, включающий полый корпус, концентрично установленный относительно корпуса кожух, в котором размещены индукционные катушки (патент РФ 2010954, 1994 г.). Такой нагреватель может работать только в скважинах, оснащенных центробежными диафрагменными насосами. Also known is an induction heater including a hollow housing concentrically mounted relative to the housing, the housing in which the induction coils are placed (RF patent 2010954, 1994). Such a heater can only work in wells equipped with centrifugal diaphragm pumps.

Более близким по технической сущности является индукционный нагреватель (патент РФ 2086759, 1995 г.), состоящий из кожуха, корпуса и трех отдельных индукционных катушек (по одной на каждую фазу) с тремя радиаторами. Полость между корпусом и кожухом заполнена трансформаторным маслом. Наличие радиаторов, по мнению авторов патента, позволяет увеличить передачу тепла от электроизоляционной жидкости к продукции скважины. Недостатком данного нагревателя является сложность конструкции, неэффективный способ преобразования электрической энергии в тепловую за счет вихревых токов и, соответственно, повышенное потребление электроэнергии (до 50 кВт/час). Closer in technical essence is an induction heater (RF patent 2086759, 1995), consisting of a casing, a housing and three separate induction coils (one for each phase) with three radiators. The cavity between the housing and the casing is filled with transformer oil. The presence of radiators, according to the authors of the patent, allows to increase the transfer of heat from the insulating fluid to the production of the well. The disadvantage of this heater is the design complexity, an inefficient method of converting electrical energy into heat due to eddy currents and, accordingly, increased electricity consumption (up to 50 kW / h).

Решаемая изобретением задача - предотвращение асфальто-смолопарафиновых отложений при добыче нефти с использованием штанговых насосов, когда внутреннее пространство насосно-компрессорных труб (НКТ) перекрыто постоянно движущейся колонной штанг, а также разогрев и очистка прискважинной зоны продуктивного пласта при ремонте скважин старого фонда. The problem solved by the invention is the prevention of asphalt-resin-paraffin deposits during oil production using sucker rod pumps, when the internal space of tubing is blocked by a constantly moving string of rods, as well as heating and cleaning the borehole zone of the reservoir during the repair of old wells.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения - повышение температуры извлекаемой нефти за счет преобразования электрической энергии в тепловую и снижение металлоемкости конструкции за счет использования в качестве корпуса насосно-компрессорной трубы. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is an increase in the temperature of the extracted oil due to the conversion of electrical energy into heat and a decrease in the metal consumption of the structure due to the use of a tubing as a body.

Поставленная изобретением задача с достижением указанного технического результата в известном индукционном нагревателе, включающем корпус, индукционную катушку, контактный узел с токоподводящим кабелем, согласно изобретению, корпусом и одновременно магнитным сердечником служит насосно-компрессорная труба, оснащенная металлическими кольцами с разрезами, через которые проложены провода обмоток индукционной катушки. The task of the invention to achieve the specified technical result in a known induction heater including a housing, an induction coil, a contact node with a current-carrying cable, according to the invention, a housing and at the same time a magnetic core, is a tubing equipped with metal rings with cuts through which the wires of the windings are laid induction coil.

Возможен дополнительный вариант осуществления заявленного устройства, в котором целесообразно, чтобы:
- индукционная катушка имела три обмотки из проводов с термостойкой изоляцией.An additional embodiment of the claimed device is possible, in which it is advisable that:
- the induction coil had three windings of wires with heat-resistant insulation.

Указанные преимущества и особенности настоящего изобретения станут понятными при рассмотрении лучших вариантов его исполнения с прилагаемыми чертежами. These advantages and features of the present invention will become apparent when considering the best options for its implementation with the accompanying drawings.

Фиг.1 изображает общий вид индукционного электронагревателя;
фиг.2 - электрическую схему индукционного электронагревателя.Figure 1 depicts a General view of an induction electric heater;
figure 2 is an electric circuit of an induction electric heater.

Индукционный скважинный электронагреватель содержит корпус 1, являющийся НКТ, нагревательный элемент 2 в виде трехпроводной двухслойной катушки, которая намотана по наружной поверхности корпуса 1, теплоизолятор 3, контактный узел 4 с токоподводящим кабелем 5. На корпусе 1 установлены металлические кольца 6 с разрезами, через которые проложены провода обмоток индукционной катушки. Корпус электронагревателя (НКТ) 1 одновременно является магнитным сердечником нагревательного элемента 2 и выполнен диаметром 2-2.5', длиной 7-8 м, на котором установлены через 0.8 м и закреплены сваркой металлические кольца 6 наружным диаметром 105 мм и толщиной 10 мм. Металлические кольца предназначены для обеспечения защиты обмоток электронагревателя от механических повреждений при спуске его в скважину. Изоляция проводов катушки выполнена фторопластовой, например, Ф40Ш или Ф40Ш4МБ. Теплоизолятор, выполненный из четырех слоев стеклоткани, например, Ф40Д-Э01 или материала с аналогичными свойствами, снижает рассеяние тепла в окружающую среду и направляет тепловой поток к внутреннему объему электронагревателя. An induction borehole electric heater contains a housing 1, which is a tubing, a heating element 2 in the form of a three-wire two-layer coil that is wound on the outer surface of the housing 1, a heat insulator 3, a contact assembly 4 with a current-carrying cable 5. Metal rings 6 are installed on the housing 1 with cuts through which the wires of the windings of the induction coil are laid. The housing of the electric heater (tubing) 1 is at the same time the magnetic core of the heating element 2 and is made of 2-2.5 'in diameter, 7-8 m long, on which metal rings 6 with an outer diameter of 105 mm and a thickness of 10 mm are installed after 0.8 m and fixed by welding. Metal rings are designed to protect the windings of the heater from mechanical damage when it is lowered into the well. The insulation of the coil wires is made of fluoroplastic, for example, F40Sh or F40Sh4MB. A heat insulator made of four layers of fiberglass, for example, F40D-E01 or a material with similar properties, reduces heat dissipation into the environment and directs the heat flux to the internal volume of the electric heater.

Контактный узел выполнен из нефтестойкой резины и обеспечивает герметизацию места соединения обмоток нагревателя и токоподводящего кабеля. Токоподводящий кабель представляет собой трехжильный бронированный геофизический кабель, например, КГЗ-60-90 или его аналог. The contact node is made of oil-resistant rubber and provides sealing of the junction of the heater windings and the power cable. The current-carrying cable is a three-core armored geophysical cable, for example, KGZ-60-90 or its analogue.

Электронагреватель спускают в скважину с колонной НКТ и устанавливают непосредственно перед штанговым насосом или выше - перед началом интервала, где прогнозируются отложения парафина и подводят к нему электроэнергию по токоподводящему кабелю 5, который крепится по наружной поверхности спускаемой колонны труб с помощью "клямц". Работает электронагреватель следующим образом. The electric heater is lowered into the well with the tubing string and installed directly in front of the sucker rod pump or higher - before the start of the interval where paraffin deposits are predicted and electricity is supplied to it via the power supply cable 5, which is fastened to the outer surface of the pipe string with the help of "mallets". The electric heater works as follows.

Переменное электрическое напряжение прикладывается через токоподводящий кабель к началу обмоток А, Б, С. Под действием этого напряжения в обмотках катушки течет переменный электрический ток, который возбуждает в сердечнике переменный магнитный поток. Последний индуцирует в обмотках катушки э.д.с. индукции. Электрический ток в обмотках возрастает, так как создается совместным действием прикладываемого напряжения и э.д.с. индуктируемой магнитным потоком. Возросший ток производит локальный нагрев обмоток катушки и магнитного сердечника нагревателя (трубы НКТ). Подбором величин напряжения на концах обмотки катушки и соответственно электрического тока устанавливается оптимальная температура нагрева проводов, т.е. оптимальное значение температуры теплового равновесия, когда тепло, выделяемое током равно теплу, отдаваемому проводником в окружающую среду. Для обеспечения длительной и надежной работы нагревателя в скважине, значение температуры равновесия для проводов, используемых в нагревателе не должно превышать, с учетом температуры в скважине, +150 - +160^oС. Такой температуры нагревателя при его значительных линейных размерах будет достаточно, чтобы нагреть проходящий через него поток нефти выше температуры, при которой происходит отложение парафина.An alternating electric voltage is applied through the current-supply cable to the beginning of windings A, B, C. Under the influence of this voltage, alternating electric current flows in the coil windings, which excites an alternating magnetic flux in the core. The latter induces an emf in the windings of the coil induction. The electric current in the windings increases, as it is created by the combined action of the applied voltage and the emf. induction magnetic flux. The increased current produces local heating of the coil windings and the magnetic core of the heater (tubing). By selecting the voltage values at the ends of the coil winding and, accordingly, the electric current, the optimum heating temperature of the wires is established, i.e. the optimum value of the temperature of thermal equilibrium, when the heat generated by the current is equal to the heat transferred by the conductor to the environment. To ensure long-term and reliable operation of the heater in the well, the value of the equilibrium temperature for the wires used in the heater should not exceed, taking into account the temperature in the well, +150 - +160 ^o C. Such a temperature of the heater with its significant linear dimensions will be enough to heat the oil flow passing through it is higher than the temperature at which paraffin is deposited.

Claims

1. Induction borehole electric heater, including a housing that is simultaneously a magnetic core, a heating element in the form of an induction coil wound on the outer surface of the housing, a contact node with a current-supply cable, characterized in that the tubing, which is also a magnetic core, is a tubing, equipped with metal rings with cuts through which the wires of the windings of the induction coil are laid.

2. Induction borehole electric heater according to claim 1, characterized in that the induction coil is made of two layers and has three windings of wires with heat-resistant insulation.