RU2169830C1

RU2169830C1 - Electric heater for thermal treatment of face zone of wells

Info

Publication number: RU2169830C1
Application number: RU2000100134A
Authority: RU
Inventors: Э.А. Загривный; А.Н. Сиротский
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет)
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: thermal treatment of productive pool of highly viscous oil. SUBSTANCE: electric heater for thermal treatment of face zone of well has body, power supply cable, discs-electrodes put on current-carrying wire placed along axis of body. Discs-electrodes have perforation and are assembled in alternating pairs where upper discs-electrodes are connected to body and lower discs-electrodes are anchored on current-carrying wire. Heat-resistant insulators are positioned in in-disc intervals of current-carrying wire and body. Body of electric heater is filled with current- conducting liquid to level of upper disc-electrode. EFFECT: reduced heat losses and enhanced power of electric heater for thermal treatment. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может применяться для тепловой обработки продуктивного пласта высоковязкой нефти. The invention relates to mining and can be used for heat treatment of a reservoir with high viscosity oil.

Известен способ увеличения степени извлечения нефти, газа и других полезных ископаемых из земных недр (Линецкий А.П. Патент N 2104393, кл. E 21 B 34/24, 43/25), при котором для передачи энергии в призабойную зону или внутрипластовое пространство на поверхности устанавливают мощные лазеры. There is a method of increasing the degree of extraction of oil, gas and other minerals from the bowels of the earth (A. Linetsky Patent N 2104393, class E 21 B 34/24, 43/25), in which to transfer energy to the bottomhole zone or in situ Powerful lasers are installed on the surface.

Однако использование оптоволоконного и лазерного оборудования требует высококвалифицированной эксплуатации, а также значительных капитальных вложений. However, the use of fiber optic and laser equipment requires highly skilled operation, as well as significant capital investments.

Известен индукционный нагреватель (Фролов К.С., Соколов В.М., Богачев А. А., Логинов Н.Л., Рамазанов P.P. Патент N 2010954, кл. E 21 B 43/24), имеющий полый корпус, концентрический кожух, образующий с корпусом кольцевую полость с размещением в ней индукционных катушек. Known induction heater (Frolov KS, Sokolov V.M., Bogachev A.A., Loginov NL, Ramazanov PP Patent N 2010954, class E 21 B 43/24) having a hollow body, concentric casing forming an annular cavity with the housing with the placement of induction coils in it.

Однако нагреватель не предназначен для теплового воздействия на продуктивный пласт и служит для профилактики налипания асфальто-смоло-парафиновых отложений на стенах насосно-компрессорной трубы. However, the heater is not intended for thermal effects on the reservoir and is used to prevent the buildup of asphalt-resin-paraffin deposits on the walls of the tubing.

Известен скважинный генератор тепла (Портнов В.И., Юнусов Ф.Х., Ягудин М. С. , Сафиуллин Р.X., Воронков В.Н., Фазлутдинов К.С., Тухватулин З.Р. Авторское свидетельство N 381726, кл. E 21 B 43/24), принятый за прототип, включающий коаксиальное расположение электродов, к которым подключается постоянный ток. Well-known heat generator (Portnov V.I., Yunusov F.Kh., Yagudin M.S., Safiullin R.X., Voronkov V.N., Fazlutdinov K.S., Tukhvatulin Z.R. Copyright certificate N 381726 , class E 21 B 43/24), adopted as a prototype, including a coaxial arrangement of electrodes to which a direct current is connected.

Однако скважинный генератор тепла не позволяет передать большие мощности для теплового воздействия на призабойную зону продуктивного пласта. However, the downhole heat generator does not allow to transmit large power for thermal impact on the bottom-hole zone of the reservoir.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение тепловых потерь и повышение мощности электронагревательных устройств для теплового воздействия. The objective of the invention is to remedy these disadvantages, namely reducing heat loss and increasing the power of electric heating devices for thermal exposure.

Задача решается тем, что в электронагревательном устройстве тепловой обработки призабойной зоны скважин, содержащем корпус нагревателя, силовой кабель питания, диски-электроды, установленные на токопроводе, токопровод размещен по оси корпуса, а диски-электроды выполнены с перфорацией и собраны в чередующиеся пары, где верхние диски-электроды соединены с корпусом, а нижние закреплены на токопровод, причем в междисковых интервалах токопровода и корпуса размещены термостойкие изоляторы, а корпус нагревателя заполнен токопроводящей жидкостью до уровня самого верхнего электрода. The problem is solved in that in the electric heating device for heat treatment of the bottom-hole zone of the wells, comprising a heater body, a power supply cable, disk electrodes mounted on the current lead, the current lead is placed along the axis of the body, and the disk electrodes are perforated and assembled in alternating pairs, where the upper discs-electrodes are connected to the casing, and the lower ones are fixed to the current lead, moreover, heat-resistant insulators are placed in the interdisk intervals of the current lead and the case, and the heater case is filled with a conductive fluid Stu to the level of the upper electrode.

Устройство тепловой обработки призабойной зоны скважин поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез устройства; на фиг. 2 - расчетная схема устройства. The device for heat treatment of the bottom-hole zone of the wells is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of a device; in FIG. 2 - design diagram of the device.

Устройство тепловой обработки призабойной зоны скважин закреплено в скважине на конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) (или на грузонесущем кабеле). Оно состоит из герметичного металлического корпуса 2, выполненного в форме цилиндра, верхняя часть которого оборудована контактным зажимом 3, соединенным с корпусом для подключения токоведущей жилы 4 высоковольтного силового кабеля 5. Токопроводе 6 закреплен в верхней части корпуса через проходной изолятор 7 с контактным зажимом 8, для подключения токоведущей жилы силового кабеля, размещается по оси корпуса. В нижней части корпуса на токопроводе 6 нанизаны собранные в чередующиеся пары диски-электроды. С токопроводом 6 соединены размещенные через интервалы с термостойкими изоляторами 9 и заполненные токопроводящей жидкостью 10 нижние металлические диски-электроды 11, выполненные с перфорацией 12. Между дисками-электродами 11 размещены верхние, также металлические, перфорированные, выполненные с большим центральным отверстием диски-электроды 13, которые соединены с корпусом 2 устройства. A device for heat treatment of the bottom-hole zone of the wells is fixed in the well at the end of the tubing string (or tubing) (or on a load-carrying cable). It consists of a sealed metal casing 2, made in the form of a cylinder, the upper part of which is equipped with a contact clamp 3 connected to the housing for connecting the current-carrying core 4 of the high-voltage power cable 5. A conductor 6 is fixed in the upper part of the housing through the bushing 7 with contact clamp 8, for connecting a current-carrying core of a power cable, it is placed along the axis of the housing. In the lower part of the housing, conductors 6 are strung together with disc-electrodes assembled in alternating pairs. The lower metal discs-electrodes 11, arranged at intervals with heat-resistant insulators 9 and filled with the conductive fluid 10, are made with perforation 12. Connected to the electrodes 11 are the upper, also metal, perforated, disc-electrodes 13 made with a large central opening which are connected to the housing 2 of the device.

Междисковое расстояние определяется мощностью устройства, питающим напряжением, поверхностной плотностью тока и удельным сопротивлением токопроводящей жидкости. The inter-disk distance is determined by the power of the device, the supply voltage, the surface current density and the resistivity of the conductive fluid.

Причем фарфоровые или фторопластовые изоляторы 9 проходят через центральные отверстия верхних дисков-электродов 13, а на внутренней поверхности корпуса 2 между дисками-электродами размещены цилиндрические термостойкие изоляторы 14. Верхняя часть корпуса, свободная от дисков-электродов, образует паровую зону 15 электронагревателя. Moreover, porcelain or fluoroplastic insulators 9 pass through the central holes of the upper disk electrodes 13, and cylindrical heat-resistant insulators 14 are placed on the inner surface of the housing 2 between the disk electrodes 14. The upper part of the body, free of disk electrodes, forms the vapor zone 15 of the electric heater.

Электронагревательное устройство тепловой обработки призабойной зоны скважин работает следующим образом. По силовому кабелю 5 на диски-электроды 11, 13 устройства, заполненного токопроводящей жидкостью 10, подают напряжение, после чего от дисков-электродов 11 через жидкость к дискам-электродам 13 потечет ток (стрелки на фиг. 1 показывают направление тока), вызывая нагрев, кипение и образование пара, что в свою очередь приведет к теплообмену между стенкой корпуса 2 и внутрискважинной жидкостью, производя в дальнейшем тепловую обработку призабойной зоны. При работе происходит рост давления внутри корпуса нагревателя, жидкость 10 превращается в пар и происходит снижение ее уровня с освобождением верхней пары дисков-электродов, уменьшением тока устройства, что косвенно определяет соотношение объемов вода-пар и позволяет судить о параметрах термодинамического процесса. При остывании и конденсации пара уровень жидкости в корпусе восстанавливается, сопротивление скважинного электронагревателя принимает первоначальное значение. Схема электропитания устройства подобна схеме питания электробура с глухозаземленной нейтралью. An electric heating device for heat treatment of the bottom-hole zone of wells works as follows. A voltage is supplied via the power cable 5 to the electrode disks 11, 13 of the device filled with conductive liquid 10, after which current flows from the electrode electrodes 11 through the liquid to the electrode disks 13 (arrows in Fig. 1 indicate the direction of current), causing heating , boiling and the formation of steam, which in turn will lead to heat exchange between the wall of the housing 2 and the downhole fluid, subsequently producing heat treatment of the bottomhole zone. During operation, there is an increase in pressure inside the heater body, the liquid 10 turns into steam and its level decreases with the release of the upper pair of disk electrodes, a decrease in the device current, which indirectly determines the ratio of water-steam volumes and allows us to judge the parameters of the thermodynamic process. During cooling and condensation of the vapor, the liquid level in the housing is restored, the resistance of the downhole electric heater takes its initial value. The power supply circuit of the device is similar to the power supply circuit of an electric drill with a grounded neutral.

По расчетной схеме фиг. 2 для примера реализации предлагаемого устройства, где приняты следующие исходные данные для расчета: напряжение питания U_пит = 3 кВ, площадь дисков-электродов S_д = 50 см², мощность нагревателя P_н = 300 кВт, внешний диаметр корпуса d_к = 110 мм², длина корпуса нагревателя l = 5 м, поверхностная плотность тока J = 0,3 А/см², удельное сопротивление токопроводящей жидкости ρ_в = 750 Ом/см, количество междисковых интервалов n = 6, тогда ток

ток межэлектродный

, сопротивление пары дисков-электродов

расстояние между электродами составит

(поверхностная плотность и удельное сопротивление воды приняты согласно [Корсак С.П. Электрические водонагреватели и паровые котлы. М: Изд. Госэнерго, 1954, с. 45, 58]).According to the design scheme of FIG. 2 for an example of the implementation of the proposed device, where the following initial data for calculation are taken: supply voltage U _pit = 3 kV, disk electrode area S _d = 50 cm ² , heater power P _n = 300 kW, outer case diameter d _k = 110 mm ² , the length of the heater casing l = 5 m, the surface current density J = 0.3 A / cm ² , the resistivity of the conductive fluid ρ _in = 750 Ohm / cm, the number of disk intervals n = 6, then the current

interelectrode current

resistance of a pair of disk electrodes

the distance between the electrodes will be

(surface density and specific resistance of water are adopted according to [Korsak SP Electric water heaters and steam boilers. M: Publishing house of Gosenergo, 1954, p. 45, 58]).

Примерный расчет мощности скважинного электронагревателя позволяет сделать вывод о возможности получения требуемых параметров тепловой обработки путем увеличения высоты нагревателя и количества дисков-электродов. An approximate calculation of the power of a downhole electric heater allows us to conclude that it is possible to obtain the required heat treatment parameters by increasing the height of the heater and the number of disk electrodes.

Claims

An electric heating device for heat treatment of the bottom-hole zone of wells, comprising a heater casing, a power supply cable, disk electrodes mounted on a current lead, characterized in that the current lead is placed along the axis of the body, and the disk electrodes are perforated and assembled in alternating pairs, where the upper disks -electrodes are connected to the casing, and the lower ones are fixed to the current lead, moreover, heat-resistant insulators are placed in the interdisk intervals of the current lead and the case, and the heater case is filled with conductive liquid to the level of the uppermost disc electrode.