RU2620820C1 - Induction well heating device - Google Patents
Induction well heating device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620820C1 RU2620820C1 RU2016105414A RU2016105414A RU2620820C1 RU 2620820 C1 RU2620820 C1 RU 2620820C1 RU 2016105414 A RU2016105414 A RU 2016105414A RU 2016105414 A RU2016105414 A RU 2016105414A RU 2620820 C1 RU2620820 C1 RU 2620820C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- core
- heater
- teeth
- induction
- Prior art date
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 59
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 abstract description 38
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 9
- 238000013021 overheating Methods 0.000 abstract description 8
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 20
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000028016 temperature homeostasis Effects 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B36/00—Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
- E21B36/04—Heating, cooling or insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones using electrical heaters
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
- E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
- E21B43/2401—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection by means of electricity
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Description
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, для увеличения проницаемости нефтяного коллектора и повышения нефтеотдачи в целом.The invention relates to the oil industry and is intended for thermal effects on the bottomhole zone and the oil reservoir to prevent the formation of paraffin hydrate deposits in the perforation zone and under pumping equipment, to increase the permeability of the oil reservoir and increase oil recovery in general.
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.Heat treatment of the bottom-hole zone of the reservoir is intended to melt and remove paraffin and asphalt-tar deposits, to increase the filtration properties of the rocks that make up the oil reservoir, and lower the viscosity of the reservoir oil.
Прогрев призабойной зоны скважинными нагревателями способствует расплавлению парафиновых и смоляных отложений и увеличению проницаемости призабойной зоны, снижению вязкости нефти и улучшению ее текучести.Bottom-hole heating of the bottom-hole zone helps to melt the paraffin and tar deposits and increase the permeability of the bottom-hole zone, reduce the viscosity of the oil and improve its fluidity.
Из уровня техники известен ряд индукционных нагревателей. Например, известен скважинный индукционный нагреватель, включающий кожух, несущий элемент с размещенными на нем индукционными катушками, при этом несущий элемент выполнен в виде стержня, который соосно размещен в кожухе, индукционные катушки снабжены ферритовыми магнитопроводами, а стержень и кожух выполнены из немагнитного и неэлектропроводящего материала (Патент РФ №2200228).A number of induction heaters are known in the art. For example, a well-known induction heater is known, including a casing, a bearing element with induction coils placed on it, the bearing element being made in the form of a rod that is coaxially placed in the casing, induction coils are provided with ferrite magnetic circuits, and the rod and casing are made of non-magnetic and non-conductive material (RF patent No. 2200228).
Недостатком данного известного устройства является его низкая эффективность при разрушении парафино- и асфальтосмолистых отложений (АСПО), так как нагрев передается только через стенки насосно-компрессорной трубы (НКТ), что значительно снижает скорость очистки скважины, а ликвидацию так называемых "глухих" пробок делает невозможным. Кроме того, конструкционные материалы в этом известном нагревателе выбраны неферромагнитными, вследствие чего образован большой немагнитный зазор и существенно ослабляется магнитное поле в зоне своего действия - эксплуатационной колонне. При питании данного нагревателя токами высокой частоты происходит их интенсивное ослабление в питающем кабеле. Нагревательный кабель и токоввод в нагревателе ненадежно герметизированы, термочувствительный элемент, встроенный в нагреватель, не является помехоустойчивым и не может обеспечить терморегулирование нагревателя.The disadvantage of this known device is its low efficiency in the destruction of paraffin and asphalt-tar deposits (AFS), since the heat is transmitted only through the walls of the tubing (tubing), which significantly reduces the speed of well cleaning, and the elimination of the so-called “dead” plugs impossible. In addition, the structural materials in this known heater are non-ferromagnetic, as a result of which a large non-magnetic gap is formed and the magnetic field is significantly weakened in the zone of its operation - the production casing. When this heater is powered by high-frequency currents, they are intensively attenuated in the supply cable. The heating cable and current lead in the heater are not securely sealed, the heat-sensitive element integrated in the heater is not noise-resistant and cannot provide thermal control of the heater.
Из патента РФ №2198284 также известен индукционный электронагреватель, включающий корпус, которым служит насосно-компрессорная труба, являющийся одновременно магнитным сердечником, нагревательный элемент в виде индукционной катушки, размещенной на наружной поверхности корпуса, металлические кольца с разрезами, размещенные на корпусе, через которые проложены провода обмоток индукционной катушки, контактный узел (токоввод) с токоподводящим кабелем. Индукционные катушки соединены в три обмотки, т.е. схема обмоток является трехфазной.An induction electric heater is also known from the patent of the Russian Federation No. 2198284, including a casing, which is a tubing, which is also a magnetic core, a heating element in the form of an induction coil located on the outer surface of the casing, metal rings with cuts placed on the casing through which wires of windings of an induction coil, contact node (current lead) with a current-carrying cable. Induction coils are connected in three windings, i.e. winding circuit is three-phase.
Недостатком данного известного электронагревателя является его низкая эффективность и низкая надежность, что является следствием:The disadvantage of this known electric heater is its low efficiency and low reliability, which is a consequence of:
- разомкнутости магнитопровода и его большого магнитного сопротивления, что снижает индуктивный перенос мощности в магнитопровод и обуславливает перегрев обмоток;- open circuit of the magnetic circuit and its large magnetic resistance, which reduces the inductive transfer of power to the magnetic circuit and causes overheating of the windings;
- катушки обмоток каждой фазы выполнены многорядными и разделяются по длине корпуса (магнитного сердечника) только двумя металлическими кольцами, т.е. магнитный поток каждой фазы обмотки проходит, замыкаясь на сердечник, только через эти два металлических кольца, что обуславливает возможность режима насыщения зубцов и дополнительного увеличения магнитного сопротивления магнитопровода, а также уменьшает поверхность теплоотвода от катушек и их перегрев;- the coils of the windings of each phase are multi-row and are separated along the length of the housing (magnetic core) by only two metal rings, i.e. the magnetic flux of each phase of the winding passes, locking on the core, only through these two metal rings, which makes it possible to saturate the teeth and increase the magnetic resistance of the magnetic circuit, as well as reduce the surface of the heat sink from the coils and their overheating;
- отсутствие надежной гидрозащиты обмоток и токоввода, необходимой при высоких давлениях в скважине;- lack of reliable hydroprotection of the windings and current lead, necessary at high pressures in the well;
- отсутствует контур циркуляции охлаждающей жидкости в полости расположения катушек;- there is no coolant circuit in the cavity of the location of the coils;
- отсутствует система термоконтроля и терморегуляции индукционного нагревателя.- there is no system for thermal monitoring and thermoregulation of the induction heater.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является индукционный нагреватель по патенту (Патент РФ №2010954), включающий полый корпус, концентрично установленный относительно корпуса кожух, образующий с корпусом кольцевую полость, размещенные в ней индукционные катушки и установленный в полости корпуса сердечник, при этом сердечник выполнен полым, а индукционные катушки установлены относительно кожуха с зазором, причем полость сердечника связана с кольцевой полостью между корпусом и кожухом. Сердечник выполнен из ферромагнитного материала, корпус - из немагнитного материала.Closest to the proposed invention is the induction heater according to the patent (RF Patent No. 2010954), comprising a hollow housing concentrically mounted relative to the housing, forming an annular cavity with the housing, induction coils placed therein and a core installed in the housing cavity, the core being hollow and induction coils are installed relative to the casing with a gap, and the cavity of the core is connected with the annular cavity between the casing and the casing. The core is made of ferromagnetic material, the casing is made of non-magnetic material.
Однако данному индукционному нагревателю присущи следующие недостатки:However, the following disadvantages are inherent in this induction heater:
- перегрев индукционных катушек при работе вследствие того, что магнитная цепь нагревателя оказывает недопустимо большое сопротивление магнитному потоку, так как включает большие немагнитные зазоры между индукционными катушками и сердечником, между индукционными катушками и кожухом, а также корпус из немагнитного материала. Кроме того, снижение магнитного сопротивления не обеспечено включением в магнитную цепь ферромагнитных зубцов. В связи с чем существенно снижена индуктивная составляющая мощности и увеличен резистивный нагрев индукционных катушек.- overheating of induction coils during operation due to the fact that the magnetic circuit of the heater has an unacceptably high resistance to magnetic flux, since it includes large non-magnetic gaps between the induction coils and the core, between the induction coils and the casing, as well as a housing made of non-magnetic material. In addition, a decrease in magnetic resistance is not ensured by the inclusion of ferromagnetic teeth in the magnetic circuit. In this connection, the inductive component of power is significantly reduced and the resistive heating of induction coils is increased.
Индукционные катушки являются наиболее уязвимым элементом конструкции и их возможный перегрев, во-первых, существенно ограничивает допустимую мощность нагревателя, во- вторых, снижает его эффективность и надежность.Induction coils are the most vulnerable structural element and their possible overheating, firstly, significantly limits the allowable power of the heater, and secondly, reduces its efficiency and reliability.
- кроме того, в конструкции нагревателя обусловлена концентрация магнитного поля по краям катушек, что приводит к локальному перегреву нагревателя, снижая его надежность;- in addition, the design of the heater determines the concentration of the magnetic field at the edges of the coils, which leads to local overheating of the heater, reducing its reliability;
- нагреватель является проточным, не обеспечен ненадежной системой герметизации и защиты в условиях скважины с высоким давлением,- the heater is flow-through, not provided with an unreliable system of sealing and protection in a well with high pressure,
- не обеспечено центрирование нагревателя и, следовательно, возможно его магнитное залипание к эксплуатационной колонне труб.- not provided centering of the heater and, therefore, it is possible magnetic sticking to the production string of pipes.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности и эффективности нагревателя за счет оптимизации магнитной цепи, увеличения индукционной составляющей мощности и предотвращения перегрева индукционных катушек, улучшения теплопередачи, обеспечения надежной герметизации и защиты в скважине при высоких давлениях.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability and efficiency of the heater by optimizing the magnetic circuit, increasing the induction component of the power and preventing overheating of the induction coils, improving heat transfer, ensuring reliable sealing and protection in the well at high pressures.
Дополнительным техническим результатом является повышение безопасности эксплуатации скважины, оборудованной предлагаемым нагревателем, за счет гарантированного исключения попадания высокого напряжения на насосно-компрессорные трубы (далее - НКТ).An additional technical result is to increase the operational safety of the well equipped with the proposed heater, due to the guaranteed elimination of high voltage on the tubing (hereinafter - tubing).
Поставленный технический результат обеспечивается предлагаемым индукционным скважинным нагревателем, включающим корпус, соосно размещенный в нем полый ферромагнитный сердечник, и индукционные катушки, провода обмоток которых последовательно соединены друг с другом, и установленную с одной стороны корпуса переходную муфту, выполненную с возможностью присоединения нагревателя к колонне насосно-компрессорных труб и снабженную токовводом для присоединения питающего кабеля к обмоткам индукционных катушек, новым является то, что сердечник размещен в корпусе с образованием кольцевой полости, выполненной сообщающейся с полостью сердечника посредством сквозных отверстий в стенке сердечника на его концевых участках, при этом корпус выполнен ферромагнитным, в кольцевой полости вмонтированы чередующиеся индукционные катушки и кольцевые ферромагнитные зубцы, причем указанные кольцевые зубцы выполнены с равноглубокими прорезями по периметру, через которые проложены изолированные провода, для соединения индукционных катушек в фазные обмотки, а также - спицы-вставки, фиксирующие кольцевые зубцы от осевого перемещения, при этом катушки обмоток каждой фазы выполнены двурядными и распределены по длине каждого полюсного деления поочередно с зубцами при равном соотношении их количеств, при этом торцы корпуса герметизированы выполненной с одной стороны корпуса заглушкой, снабженной перепускным клапаном, соединенным с кольцевой полостью, а с другой стороны, переходной муфтой, дополнительно снабженной обратным клапаном, проходной канал которого соединен с полостью сердечника.The technical result is provided by the proposed induction borehole heater, comprising a housing coaxially placed in it a hollow ferromagnetic core, and induction coils, the wires of the windings of which are connected in series with each other, and an adapter sleeve mounted on one side of the housing, configured to connect the heater to the pump string -compressor pipes and equipped with a current lead for connecting the supply cable to the windings of induction coils, new is that the nickel is placed in the housing with the formation of an annular cavity made in communication with the core cavity through the through holes in the core wall at its end sections, while the housing is made ferromagnetic, alternating induction coils and ring ferromagnetic teeth are mounted in the ring cavity, said ring teeth being made with equally deep slots around the perimeter, through which insulated wires are laid, for connecting induction coils to phase windings, as well as insert spokes, fix ringing teeth from axial movement, while the coils of the windings of each phase are made in two rows and distributed along the length of each pole division alternately with the teeth with an equal ratio of their quantities, while the ends of the housing are sealed by a plug made on one side of the housing, equipped with an overflow valve connected to the annular cavity, and on the other hand, a transition sleeve, additionally equipped with a check valve, the passage channel of which is connected to the core cavity.
Кольцевая полость и полость сердечника заполнены диэлектрическим маслом под избыточным давлением, поддерживаемым со стороны муфты обратным клапаном, а со стороны заглушки - перепускным клапаном.The annular cavity and the core cavity are filled with dielectric oil under overpressure supported by a check valve from the coupling side, and a bypass valve from the plug side.
Внутренняя поверхность корпуса, наружная поверхность сердечника и торцевые поверхности индукционных катушек снабжены диэлектрическими прокладками.The inner surface of the housing, the outer surface of the core and the end surfaces of the induction coils are provided with dielectric gaskets.
Внешняя поверхность корпуса снабжена центрирующими ребрами.The outer surface of the housing is provided with centering ribs.
Толщина стенок сердечника и корпуса составляет 3-8 мм.The wall thickness of the core and the housing is 3-8 mm.
Катушки обмоток каждой фазы распределены по длине каждого полюсного деления поочередно с зубцами в количестве от двух до двенадцати пар катушка-зубец на каждое полюсное деление.The coils of the windings of each phase are distributed along the length of each pole division in turn with teeth in an amount from two to twelve pairs of coil-tooth for each pole division.
Указанный технический результат достигается за счет следующего.The specified technical result is achieved due to the following.
Благодаря тому, что корпус, сердечник и зубцы выполнены из ферромагнитного материала, обеспечивается выделение максимального тепла именно в этом ферромагнитном массиве, и так как при этом данные элементы становятся термогенерирующими, то площади теплоотдачи существенно увеличиваются, что и обеспечивает высокую эффективность прогрева призабойной зоны скважины. Это было доказано исследованиями.Due to the fact that the body, core and teeth are made of ferromagnetic material, maximum heat is generated in this ferromagnetic array, and since these elements become thermally generating, the heat transfer areas increase significantly, which ensures high efficiency of heating the bottom-hole zone of the well. This has been proven by research.
Опытные испытания опытного образца предлагаемого нагревателя проводились при различных напряжениях и токах как на воздухе, так и в ванне, заполненной гидравлическим маслом. Напряжение питания нагревателя изменялось с помощью лабораторного трехфазного автотрансформатора (ЛАТР 0 - 450V, 27А). Для измерения сопротивления Roe между фазами нагревателя использовался калибратор АМ-7030. Для измерения температуры корпуса и сердечника применялись калиброванные термопары, установленные на поверхностях ферромагнитных массивов.Pilot tests of the prototype of the proposed heater were carried out at various voltages and currents both in air and in a bathtub filled with hydraulic oil. The heater supply voltage was varied using a laboratory three-phase autotransformer (LATR 0 - 450V, 27A). To measure the resistance of Roe between the phases of the heater, an AM-7030 calibrator was used. To measure the temperature of the case and core, calibrated thermocouples mounted on the surfaces of ferromagnetic arrays were used.
Для измерения всех необходимых параметров использовался модуль ввода параметров электронной сети МЭ110-220.3М, позволяющий измерять все необходимые величины в режиме реального времени, с последующей обработкой данных на персональном компьютере.To measure all the necessary parameters, the ME110-220.3M electronic network parameter input module was used, which allows you to measure all the necessary values in real time, with subsequent data processing on a personal computer.
Полученные результаты приведены в таблицах 1 и 2.The results are shown in tables 1 and 2.
Из таблиц 1 и 2 видно, что параметры схемы замещения одной фазы нагревателя существенно зависят от величины питающего напряжения и температуры нагрева. Потери трехфазной обмотки индуктора, по сравнению с потерями ферромагнитного массива предлагаемого нагревателя, состоящего из корпуса, сердечника и зубцов, значительно меньше и составляют 8-16%, в зависимости от режимов работы. Таким образом, 84-92% всей потребляемой активной мощности выделяется не в обмотке индуктора, а в указанном ферромагнитном массиве в виде тепла. Эта мощность передается в массив с помощью магнитного поля, то есть индукционным путем.From tables 1 and 2 it can be seen that the parameters of the equivalent circuit of one phase of the heater significantly depend on the magnitude of the supply voltage and the heating temperature. The losses of the three-phase winding of the inductor, compared with the losses of the ferromagnetic array of the proposed heater, consisting of a housing, core and teeth, are much smaller and amount to 8-16%, depending on the operating conditions. Thus, 84-92% of all consumed active power is allocated not in the inductor winding, but in the indicated ferromagnetic array in the form of heat. This power is transmitted to the array using a magnetic field, that is, by induction.
Коэффициент полезного действия (КПД) предлагаемого индуктора составляет практически 100%, так как вся потребляемая активная мощность, как в массиве, так и в обмотке индуктора, выделяется в виде тепла.The efficiency factor (efficiency) of the proposed inductor is almost 100%, since all the consumed active power, both in the array and in the winding of the inductor, is released in the form of heat.
Коэффициент мощности Cosφ, находится в пределах 0,84-0,91. Это очень высокий показатель для данного вида электромагнитных устройств.Power factor Cosφ, is in the range of 0.84-0.91. This is a very high indicator for this type of electromagnetic devices.
Максимальная активная мощность модуля предлагаемого нагревателя составляет 9609 Вт при токе фазы обмотки индуктора 20 А. Эта мощность выделяется на длине 0,6 метра активной части индуктора. При этом плотность тока в обмотке индуктора составляет 6,6 А/мм2, что допустимо для медного провода.The maximum active power of the module of the proposed heater is 9609 W with a current of the inductor winding phase of 20 A. This power is allocated over a length of 0.6 meters of the active part of the inductor. The current density in the inductor winding is 6.6 A / mm 2 , which is permissible for a copper wire.
Этими испытаниями было доказано, что предлагаемый нагреватель характеризуется высокой эффективностью нагрева призабойной зоны пласта (ПЗП), за счет существенного увеличения индуктивной составляющей мощности, а также поверхностей теплоотдачи и коэффициентов теплопередачи.These tests proved that the proposed heater is characterized by high efficiency of heating the bottom-hole formation zone (PZP), due to a significant increase in the inductive component of power, as well as heat transfer surfaces and heat transfer coefficients.
Предлагаемый нагреватель является маслонаполненным, как и нагреватель прототипа. Но в заявляемом нагревателе создается своего рода гидрозащита, включающая перепускной клапан в заглушке и обратный клапан в переходной муфте, обеспечивающие заполнение внутренних полостей нагревателя (кольцевую полость и полость сердечника) маслом под давлением. За счет этого происходит выравнивание внешнего (скважинного) и внутреннего давления нагревателя, при этом корпус нагревателя разгружается от механических напряжений, что повышает надежность работы. При нагреве масло, находящееся в полостях нагревателя, конвектирует, благодаря наличию сквозных отверстий в стенке на концевых участках сердечника, и за счет этого улучшается теплоотдача. То есть в предлагаемом нагревателе создан контур циркуляции охлаждающей жидкости - диэлектрического масла, в полости расположения катушек, что обеспечивает хороший теплоотвод с них.The proposed heater is oil-filled, as is the prototype heater. But in the inventive heater, a kind of hydroprotection is created, including a bypass valve in the plug and a check valve in the adapter sleeve, which fill the internal cavities of the heater (annular cavity and core cavity) with oil under pressure. Due to this, the external (downhole) and internal pressure of the heater are equalized, while the heater body is unloaded from mechanical stresses, which increases the reliability of operation. When heated, the oil located in the cavities of the heater convects due to the presence of through holes in the wall at the end sections of the core, and thereby the heat transfer improves. That is, in the proposed heater, a circulation loop of the cooling liquid — dielectric oil — is created in the cavity of the location of the coils, which ensures good heat removal from them.
Благодаря замыканию магнитного потока через 2-12 кольцевых ферромагнитных зубцов, которые дополнительно выполняют термогенерирующую функцию, не только снижается сопротивление магнитному потоку, но и увеличивается индукционная составляющая мощности, а также поверхность теплоотдачи.Due to the closure of the magnetic flux through 2-12 ring ferromagnetic teeth, which additionally perform a thermogenerating function, not only the resistance to the magnetic flux is reduced, but also the induction component of the power and the heat transfer surface are increased.
Благодаря снабжению внутренней поверхности корпуса, наружной поверхности сердечника и торцевых поверхностей индукционных катушек диэлектрической прокладкой, обеспечивается изоляция между внутренней контактной поверхностью корпуса и контактными поверхностями индукционных катушек.By supplying the inner surface of the housing, the outer surface of the core and the end surfaces of the induction coils with a dielectric gasket, insulation is ensured between the inner contact surface of the housing and the contact surfaces of the induction coils.
Благодаря тому, что катушки обмоток каждой фазы выполнены двухрядными и распределены по длине каждого полюсного деления поочередно с кольцевыми зубцами, при питании переменным трехфазным током обеспечивается равномерное распределение магнитного потока в сердечнике, зубцах и корпусе, равномерный нагрев и их эффективная теплоотдача по всей длине нагревателя.Due to the fact that the coils of the windings of each phase are double-row and distributed along the length of each pole division in turn with ring teeth, when supplied with alternating three-phase current, uniform distribution of the magnetic flux in the core, teeth and housing, uniform heating and their effective heat transfer along the entire length of the heater are ensured.
В ходе испытаний были исследованы нагреватели с катушками обмоток каждой фазы, разделенными по длине корпуса в пределах полюсного деления шестью, или девятью, или двенадцатью зубцами, причем чередование их с катушками обмоток каждой фазы тоже составляло шесть, или девять, или двенадцать соответственно. Результаты всех указанных нагревателей оказались в пределах данных, приведенных в таблицах 1 и 2.During the tests, heaters with winding coils of each phase, divided along the length of the casing within the pole division by six, or nine, or twelve teeth, were studied, and their alternation with the winding coils of each phase was also six, or nine, or twelve, respectively. The results of all these heaters were within the data given in tables 1 and 2.
Повышение надежности обеспечивается за счет надежной защиты фазных обмоток от перегрева.The increase in reliability is provided due to the reliable protection of the phase windings from overheating.
А повышение безопасности эксплуатации скважины будет обусловлено тем, что гарантированно исключается попадание высокого напряжения на колонну НКТ.And the increase in the safety of well operation will be due to the fact that the hit of high voltage on the tubing string is guaranteed to be excluded.
Толщина стенок сердечника и корпуса выбирается от 3-х до 8-ми миллиметров, что по прочности для скважин соответствует ГОСТ 633-80 "Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним", а по сечению достаточно для прохождения магнитного потока без насыщения.The thickness of the walls of the core and body is selected from 3 to 8 millimeters, which according to the strength for the wells corresponds to GOST 633-80 "Pump-compressor pipes and couplings to them", and the cross-section is sufficient for the passage of magnetic flux without saturation.
Предлагаемая конструкция индукционного нагревателя иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная схема нагревателя; на фиг. 2 - показана схема фазных обмоток индукционных катушек предлагаемого электронагревателя.The proposed design of the induction heater is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a schematic diagram of a heater; in FIG. 2 - shows a diagram of the phase windings of the induction coils of the proposed heater.
Согласно фиг. 1, скважинный нагреватель состоит из следующих элементов:According to FIG. 1, the downhole heater consists of the following elements:
- Муфта 1 - это переходная муфта, с одной стороны крепится к корпусу нагревателя, а с другой стороны предназначена для крепления к НКТ в скважине. В теле муфты 1 размещены Токоввод 6 и Клапан обратный 7;- The coupling 1 is a transitional coupling, on the one hand it is attached to the heater body, and on the other hand it is intended for fastening to the tubing in the well. In the body of the coupling 1 there is a
- Корпус 2 изготовлен из ферромагнитной стали. В электрическом плане предназначен для замыкания магнитных полей и преобразования энергии магнитного поля в тепловую энергию. В преимущественном варианте может его внешняя поверхность может быть снабжена центрирующими ребрами для исключения «залипания» нагревателя в обсадной колонне и для защиты токоввода при спуске в скважину;-
- Сердечник 3 изготовлен из ферромагнитной стали и установлен соосно внутри корпуса 2 с образованием кольцевой полости между стенками корпуса и сердечника. Предназначен для замыкания магнитного потока и преобразования энергии магнитного поля в тепловую энергию, а также служит дополнительной полостью для заполнения и циркуляции диэлектрического масла - теплоносителя. Посредством сквозных отверстий 13 на концевых участках сердечника, его полость соединена с кольцевой полостью, образованной между корпусом 2 и сердечником 3, с образованием контура циркуляции охлаждающей жидкости в полости расположения катушек, что обеспечивает хороший теплоотвод;- The
- Заглушка 4 является запорной частью нагревателя;- The
- Клапана перепускные 5 в теле заглушки 4 служат для прокачки масла в нагревателе;-
- Токоввод 6 предназначен для герметичного сопряжения питающего электрического кабеля и индукционных катушек 9 нагревателя;-
- Клапан обратный 7, установленный в теле переходной муфты 1, служит для закачки масла в полость сердечника 3;- The
- Кольцевые зубцы 8 являются элементом магнитопровода, который состоит из корпуса 2, сердечника 3 и указанных зубцов 8;-
- Катушки индукционные 9, соединенные последовательно, образуют фазные обмотки нагревателя и одним концом присоединены к токовводу 6, другими концами соединяются в нулевую точку «звезды». Катушки обмоток каждой фазы выполнены двухрядными и распределены по длине каждого полюсного деления поочередно с зубцами, по периметру которых выполнены прорези, при равном соотношении их количеств, например, от 2 до 12;-
- Прокладка диэлектрическая 10 является изолятором между внутренней контактной поверхностью корпуса 2 и контактными поверхностями индукционных катушек 9;- The
- Кольца опорные 11 нагревателя торообразной формы. Используются по назначению;- Rings supporting 11 heater toroidal shape. Used as intended;
- Электроизолирующая жидкость 12, например, масло диэлектрическое, применяется в предлагаемом маслонаполненном индукционном нагревателе с целью изоляции и охлаждения нагревающихся частей.- The insulating
На фиг. 2 показана заявляемая схема обмоток в предлагаемом индукционном нагревателе (фиг. 1). В этом примере в каждом полюсном делении последовательно соединяются по шесть индукционных катушек фаз А, В, С (но может быть и больше). Катушки разделены зубцами, количество которых соответствует количеству катушек. Это, соответственно, увеличивает длину полюсного деления, в данном случае, в шесть раз. Такой конструктивный прием позволил уменьшить магнитное сопротивление ферромагнитных зубцов, обеспечить равномерное распределение магнитного потока по длине индукционного нагревателя и эффективный процесс индукционного нагрева феромагнитного магнитопровода. Начала обмоток А, В, С присоединяются к токовводу 6 (фис. 1), концы обмоток X, Y, Z соединяются в звезду (на чертежах не показано).In FIG. 2 shows the inventive circuit of the windings in the proposed induction heater (Fig. 1). In this example, in each pole division, six induction coils of phases A, B, C are connected in series (but there may be more). The coils are separated by teeth, the number of which corresponds to the number of coils. This, accordingly, increases the length of the pole division, in this case, six times. Such a constructive technique made it possible to reduce the magnetic resistance of the ferromagnetic teeth, to ensure uniform distribution of the magnetic flux along the length of the induction heater and an effective process of induction heating of the ferromagnetic magnetic circuit. The beginning of the windings A, B, C are connected to the current lead 6 (fis. 1), the ends of the windings X, Y, Z are connected to a star (not shown in the drawings).
Для испытания нагревателя индукционного был разработан и изготовлен испытательно-измерительный стенд, позволяющий измерять напряжения, токи и мощности во всех фазах нагревателя, при его подключении к трехфазной сети питающего напряжения.To test the induction heater, a test and measurement stand was developed and manufactured that allows measuring voltages, currents and powers in all phases of the heater when it is connected to a three-phase supply voltage network.
Стенд состоит из шкафа, на лицевой панели которого размещены различные измерительные приборы и органы управления.The stand consists of a cabinet, on the front panel of which there are various measuring instruments and controls.
Напряжение питания нагревателя изменяется с помощью лабораторного трехфазного автотрансформатора (ЛАТР 0 - 450V, 27А).The heater supply voltage is changed using a laboratory three-phase autotransformer (LATR 0 - 450V, 27A).
Для измерения сопротивления Rоб между фазами нагревателя использовался калибратор АМ-7030. Для измерения температуры корпуса и внутреннего магнитопровода применялись калиброванные термопары, установленные на поверхностях ферромагнитных массивов.To measure the resistance R about between the phases of the heater, the calibrator AM-7030 was used. To measure the temperature of the case and the internal magnetic circuit, calibrated thermocouples mounted on the surfaces of ferromagnetic arrays were used.
Для измерения всех необходимых параметров использовался модуль ввода параметров электронной сети МЭ110-220.3М, позволяющий измерять все необходимые величины в режиме реального времени, с последующей обработкой данных на персональном компьютере.To measure all the necessary parameters, the ME110-220.3M electronic network parameter input module was used, which allows you to measure all the necessary values in real time, with subsequent data processing on a personal computer.
Опытные испытания нагревателя проводились при различных напряжениях и токах как на воздухе, так и в ванне, заполненной гидравлическим маслом. Данные испытаний приведены в вышеуказанных таблицах 1 и 2.Experimental tests of the heater were carried out at various voltages and currents both in air and in a bathtub filled with hydraulic oil. The test data are shown in the above tables 1 and 2.
На основании экспериментальных и теоретических исследований разработан, изготовлен и успешно испытан промышленный индукционный скважинный электронагреватель «ТермИТ-3».Based on experimental and theoretical studies, the ThermIT-3 industrial induction borehole electric heater was developed, manufactured and successfully tested.
Технические характеристики индукционного скважинного электронагревателя «ТермИТ-3» представлены в таблице 3.Technical characteristics of the induction borehole electric heater "TermIT-3" are presented in table 3.
Предлагаемый индукционный нагреватель работает следующим образом.The proposed induction heater operates as follows.
Производится монтаж нагревателя на скважине. Для этого нагреватель переходной муфтой 1 присоединяется к колонне НКТ и спускается в скважину в зону предполагаемого прогрева, например, в призабойную зону пласта. При этом к токовводу 6 нагревателя присоединяется питающий кабель (на чертеже не показан), который другим концом присоединяется на поверхности к источнику питания через станцию управления (на чертеже не показана). При включении питания ток проходит по катушкам 9 фазных обмоток (фиг. 2). При этом образуется переменный магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу, образованному полым сердечником 3, зубцами 8 и корпусом 2. Энергия магнитного поля генерируется в тепло, которое передается электроизолирующей жидкости 12, например, трансформаторному или диэлектрическому маслу, и среде, окружающей нагреватель. На концевых участках сердечника 3 выполнены сквозные отверстия 13, через которые происходит циркуляция масла по полости сердечника 3 и кольцевой полости для улучшения теплоотвода. При нагреве увеличивается омическое сопротивление фазных обмоток индукционных катушек 9 и по изменению сопротивления обмоток станция управления контролирует температуру этих обмоток и осуществляет автоматическую терморегуляцию. Электроизолирующая жидкость 12 в нагревателе находится под давлением (она предварительно была закачана в полость сердечника 3 через обратный клапан 7 под давлением. Это стало возможным также благодаря наличию перепускного клапана 5), образуя своего рода гидрозащиту, что вместе с клапанами 5 и 7 и другими элементами конструкции обеспечивает надежную герметизацию нагревателя. Для обеспечения длительной и надежной работы нагревателя в скважине задается режим работы, рассчитываемый предварительно по известным параметрам скважины. Предлагаемый нагреватель обеспечивает необходимый тепловой режим в ПЗП и повышает эффективность нефтедобычи.The heater is being installed at the well. To this end, the heater with the adapter sleeve 1 is connected to the tubing string and lowered into the well in the zone of the proposed heating, for example, in the bottomhole formation zone. In this case, a power cable (not shown) is connected to the
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016105414A RU2620820C1 (en) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | Induction well heating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016105414A RU2620820C1 (en) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | Induction well heating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2620820C1 true RU2620820C1 (en) | 2017-05-30 |
Family
ID=59031937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016105414A RU2620820C1 (en) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | Induction well heating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2620820C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110905465A (en) * | 2019-12-11 | 2020-03-24 | 东北石油大学 | A magnetic coupling transmission numerical control plug |
| RU2721549C1 (en) * | 2019-07-19 | 2020-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Ойл Автоматика" (ООО "Ойл Автоматика") | Induction borehole heater |
| RU198054U1 (en) * | 2020-02-10 | 2020-06-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭнеГро" | Shaper of temperature and acoustic fields in the well |
| RU2756152C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Зарубежнефть» | Well beam heater |
| RU2756155C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Зарубежнефть» | Well ring heater |
| RU2781361C1 (en) * | 2021-07-27 | 2022-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Альянс-Недра" | Device for extraction of hard-to-recover petrochemicals |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2757739A (en) * | 1952-01-07 | 1956-08-07 | Parelex Corp | Heating apparatus |
| SU703653A1 (en) * | 1976-12-14 | 1979-12-15 | Татарский Государственный Научно- Исследовательский И Проектный Институт Нефтяной Промышленности Татнипинефть | Induction heater |
| RU2010954C1 (en) * | 1991-04-22 | 1994-04-15 | Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности | Induction heater |
| RU2198284C2 (en) * | 2001-02-19 | 2003-02-10 | Гладков Александр Еремеевич | Downhole induction heater |
| EA014258B1 (en) * | 2005-04-22 | 2010-10-29 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Temperature limited heater utilizing non-ferromagnetic conductor |
-
2016
- 2016-02-17 RU RU2016105414A patent/RU2620820C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2757739A (en) * | 1952-01-07 | 1956-08-07 | Parelex Corp | Heating apparatus |
| SU703653A1 (en) * | 1976-12-14 | 1979-12-15 | Татарский Государственный Научно- Исследовательский И Проектный Институт Нефтяной Промышленности Татнипинефть | Induction heater |
| RU2010954C1 (en) * | 1991-04-22 | 1994-04-15 | Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности | Induction heater |
| RU2198284C2 (en) * | 2001-02-19 | 2003-02-10 | Гладков Александр Еремеевич | Downhole induction heater |
| EA014258B1 (en) * | 2005-04-22 | 2010-10-29 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Temperature limited heater utilizing non-ferromagnetic conductor |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721549C1 (en) * | 2019-07-19 | 2020-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Ойл Автоматика" (ООО "Ойл Автоматика") | Induction borehole heater |
| CN110905465A (en) * | 2019-12-11 | 2020-03-24 | 东北石油大学 | A magnetic coupling transmission numerical control plug |
| RU198054U1 (en) * | 2020-02-10 | 2020-06-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭнеГро" | Shaper of temperature and acoustic fields in the well |
| RU2756152C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Зарубежнефть» | Well beam heater |
| RU2756155C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Зарубежнефть» | Well ring heater |
| RU2781361C1 (en) * | 2021-07-27 | 2022-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Альянс-Недра" | Device for extraction of hard-to-recover petrochemicals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2620820C1 (en) | Induction well heating device | |
| US3376403A (en) | Bottom-hole electric heater | |
| RU2198284C2 (en) | Downhole induction heater | |
| US20210308730A1 (en) | Electromagnetic induction heater | |
| CN107003187B (en) | For transmission line of electricity based on magnetic temperature sensing | |
| RU2010954C1 (en) | Induction heater | |
| US20130207763A1 (en) | Cooling device for electrical device and method of cooling an electrical device | |
| RU2721549C1 (en) | Induction borehole heater | |
| WO2013014023A1 (en) | Steam generation | |
| Karamallah et al. | The effect of magnetic field with nanofluid on heat transfer in a horizontal pipe | |
| RU2023867C1 (en) | Device for liquidating paraffin-hydrate formation in well pipes | |
| US3461218A (en) | Cryogenic a.c. cable | |
| RU2200228C2 (en) | Down-hole induction heater | |
| CN101235711A (en) | Hollow sucker rod electric heating device | |
| Wen et al. | Simulation and analysis of oil-immersed transformer based on thermal-fluid coupled field | |
| KR101088171B1 (en) | Column transformer with cooling pipe | |
| RU2074529C1 (en) | Induction electric heater for liquid | |
| US20120025539A1 (en) | Cooling device for electrical device and method of cooling an electrical device | |
| RU2661505C1 (en) | Coaxial induction cable, heating device and heating method | |
| RU2228431C2 (en) | Device for prevention of forming and for elimination of asphalt-resin-paraffin sedimentations in well pipes | |
| CN205305151U (en) | Electromagnetism heat pipe | |
| CN210536971U (en) | Double-layer efficient induction heater | |
| RU2755521C2 (en) | Method for heating liquid media | |
| US1515729A (en) | Electrical heater | |
| RU111185U1 (en) | PLANT FOR PREVENTING ASPHALT-RESIN-PARAFFIN SEDIMENTS IN OIL AND GAS WELLS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180131 Effective date: 20180131 |