RU2209935C2

RU2209935C2 - Device for electric heating of injection well head

Info

Publication number: RU2209935C2
Application number: RU2001117265/03A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Ибрагимов; Р.Р. Кадыров; М.Х. Салимов; И.М. Фарукшин; В.А. Андреев; А.С. Жиркеев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть"
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2003-08-10

Abstract

FIELD: oil producing industry, particularly, devices for electric heating of pipelines and valving of wellhead of water injection wells of systems of maintenance of oil deposit formation pressure. SUBSTANCE: magnetic circuit of transformer is cylindrical in form of ring. Transformer secondary winding is made of flexible cable wound directly on magnetic circuit in one layer with parallel connection of similar sections directly with connecting clamps. This provides for use of transformer as small-sized portable device for heating of wellheads of water injection wells. Connecting clamps are installed on pipes of wellhead in zone of ground positive temperatures that makes it possible to carry out electric heating without disassembly of heat insulation of wellhead pipelines. EFFECT: higher efficiency of device operation, reduced overall dimensions and mass of offered device. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам для электроотогрева трубопроводов устья водонагнетательных скважин системы поддержания пластового давления нефтяного месторождения. The invention relates to the oil industry, in particular to devices for electric heating of pipelines of the mouth of water injection wells of a system for maintaining formation pressure of an oil field.

Известно устройство для электронагрева нефтескважины, содержащее силовой трансформатор и кабель для подачи питания на электрозажимы трубопроводов скважины [заявка РФ 98115524, Е 21 В 36/00, БИ 13, 2000 г.]. Известное устройство предназначено для поддержания положительной температуры нефтескважины и не может быть использовано для отогрева ото льда трубопровода устья водонагнетательной скважины, замерзшего в результате аварийного прекращения подачи воды в скважину в зимнее время. A device for electric heating of an oil well is known, comprising a power transformer and a cable for supplying power to the electric clamps of the well pipelines [RF application 98115524, E 21 V 36/00, BI 13, 2000]. The known device is designed to maintain a positive temperature of the oil well and cannot be used to heat the mouth of a water injection well frozen from ice due to an emergency interruption in the supply of water to the well in winter.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, в котором частично устранен вышеуказанный недостаток, является устройство для электроотогрева стальных трубопроводов ото льда, включающее в качестве источника тока сварочные трансформаторы, способные обеспечить большой ток при малом сопротивлении наружной цепи. Известное устройство включает также электрический кабель и соединительные хомуты [Чубов В.А., Электроотогрев стальных трубопроводов, "Водоснабжение и санитарная техника", 4, 1985 г., с. 23, первый абзац]. Closest to the proposed invention, which partially eliminated the above drawback, is a device for electric heating of steel pipelines from ice, including welding transformers as a current source, capable of providing high current with low resistance of the external circuit. The known device also includes an electric cable and connecting clamps [Chubov V.A., Electric heating of steel pipelines, "Water supply and sanitary equipment", 4, 1985, p. 23, first paragraph].

Недостатком известного устройства является то, что сварочные трансформаторы обеспечивают отогрев, если минимальная длина трубы, подсчитанная по формуле [см. там же, с. 25, формула 12], составляет не менее 100-150 м. Длина трубопровода устья водонагнетательной скважины, подверженной замерзанию в зимнее время, существенно меньше и составляет от 5 до 10 м (при электрическом сопротивлении R=0,0015-0,003 Ом). При подключении известного устройства к трубопроводам устья скважины происходит короткое замыкание - ток возрастает до I = 80/0,003 = 26666 ампер. A disadvantage of the known device is that welding transformers provide heating if the minimum pipe length, calculated by the formula [see in the same place, with. 25, formula 12], is not less than 100-150 m. The length of the pipeline of the mouth of a water injection well, subject to freezing in winter, is significantly less and ranges from 5 to 10 m (with an electrical resistance of R = 0.0015-0.003 Ohms). When you connect a known device to the pipelines of the wellhead, a short circuit occurs - the current increases to I = 80 / 0.003 = 26666 amperes.

В изобретении решается техническая задача повышения эффективности устройства для отогрева ото льда устья водонагнетательной скважины, имеющего общую длину стальных трубопроводов и арматуры 5-10 м (при электрическом сопротивлении R= 0,0015-0,003 Ом), а также уменьшения габаритов и массы устройства. The invention solves the technical problem of increasing the efficiency of a device for heating the mouth of a water injection well from ice, having a total length of steel pipelines and fittings of 5-10 m (with an electrical resistance of R = 0.0015-0.003 Ohms), as well as reducing the dimensions and weight of the device.

Задача решается тем, что в устройстве для электроотогрева устья водонагнетательной скважины, включающего силовой трансформатор, электрический кабель и соединительные хомуты, согласно изобретению, магнитопровод трансформатора выполнен цилиндрической формы, а вторичная обмотка выполнена многосекционной из гибкого кабеля, намотанного непосредственно на магнитопровод в один слой, с возможностью параллельного соединения секций непосредственно с соединительными хомутами, причем соединительные хомуты установлены на трубах устья скважины в зоне положительных температур грунта. The problem is solved in that in a device for electrically heating the mouth of a water injection well, including a power transformer, electric cable and connecting clamps, according to the invention, the transformer magnetic circuit is cylindrical, and the secondary winding is multi-section of a flexible cable wound directly on the magnetic circuit in one layer, s the possibility of parallel connection of the sections directly with the connecting clamps, and the connecting clamps are installed on the pipes of the wellhead They are in the zone of positive soil temperatures.

Признаки изобретения:
1. силовой трансформатор,
2. электрический кабель,
3. соединительные хомуты,
4. магнитопровод трансформатора выполнен цилиндрической формы,
5. вторичная обмотка выполнена многосекционной,
6. то же из гибкого кабеля,
7. то же в один слой,
8. вторичная обмотка выполнена с возможностью параллельного соединения секций непосредственно с соединительными хомутами,
9. соединительные хомуты установлены на трубах устья скважины в зоне положительных температур грунта.Features of the invention:
1. power transformer,
2. electric cable,
3. connecting clamps,
4. the transformer magnetic circuit is cylindrical,
5. the secondary winding is multi-sectional,
6. the same of flexible cable,
7. same in one layer,
8. the secondary winding is made with the possibility of parallel connection of the sections directly with the connecting clamps,
9. connecting clamps are installed on the pipes of the wellhead in the zone of positive soil temperatures.

Признаки 1, 2 и 3 являются общими для известного и предлагаемого устройств электроотогрева. Признаки 4-9 являются существенными отличительными признаками предлагаемого изобретения. Signs 1, 2 and 3 are common to the known and proposed electric heating devices. Signs 4-9 are the salient features of the present invention.

Сущность изобретения заключается в том, что малогабаритный (переносной) силовой трансформатор при подключении вторичной обмоткой к стальным трубам с длиной 5-10 м и, соответственно, с очень низким электрическим сопротивлением индуцирует ток силой в 720-880 ампер. При прохождении по стальной трубе и арматуре устья водонагнетательной скважины такой силы тока выделяется достаточное количество тепла, чтобы растопить лед внутри трубы. Повышение эффективности трансформатора на 10-15% в этих условиях обусловлено цилиндрической формой магнитопровода, когда в нем отсутствуют зазоры, снижающие кпд устройства. Цилиндрическая форма, как следствие, позволяет с максимальной эффективностью использовать всю поверхность магнитопровода для размещения первичной и вторичной обмоток. Так как количество витков во вторичной обмотке ограничено 5-6, то вторичная обмотка выполнена многосекционной. Это позволяет, как следствие, многократно увеличить суммарную силу тока на соединительных хомутах. Таким образом, цилиндрическая форма магнитопровода (через причинно-следственные связи) позволяет повысить эффективность, то есть увеличить силу тока на выходе вторичной обмотки без риска перегрузки трансформатора. Для дальнейшего повышения эффективности (увеличения кпд трансформатора) и улучшения отвода тепла вторичная обмотка намотана непосредственно на магнитопровод в один слой. Для этого используют гибкий кабель. Использование гибкого кабеля, как следствие, позволяет многосекционную вторичную обмотку параллельно присоединить непосредственно к клеммнику соединительных хомутов. Соединительные хомуты располагают на трубах устья скважины в зоне положительных температур грунта, где лед заведомо отсутствует, что позволяет сократить время отогрева, так как движение воды в трубопроводе становится возможным после отогрева 15-20% полного объема льда [см. там же, с. 25, колонка 3, 2 абзац]. Кроме того, такое расположение хомутов позволяет вести электроотогрев без разборки теплоизоляции трубопроводов устья. The essence of the invention lies in the fact that a small-sized (portable) power transformer, when connected by a secondary winding to steel pipes with a length of 5-10 m and, accordingly, with a very low electrical resistance, induces a current of 720-880 amperes. When such a current is passed through a steel pipe and reinforcement of the mouth of a water injection well, sufficient heat is generated to melt the ice inside the pipe. An increase in the efficiency of the transformer by 10-15% under these conditions is due to the cylindrical shape of the magnetic circuit, when there are no gaps in it that reduce the efficiency of the device. The cylindrical shape, as a result, allows maximum efficiency to use the entire surface of the magnetic circuit to accommodate the primary and secondary windings. Since the number of turns in the secondary winding is limited to 5-6, the secondary winding is multi-sectional. This allows, as a consequence, to repeatedly increase the total current strength on the connecting clamps. Thus, the cylindrical shape of the magnetic circuit (through causal relationships) can improve efficiency, that is, increase the current strength at the output of the secondary winding without the risk of overloading the transformer. To further increase efficiency (increase the efficiency of the transformer) and improve heat dissipation, the secondary winding is wound directly on the magnetic circuit in one layer. To do this, use a flexible cable. The use of a flexible cable, as a result, allows a multi-section secondary winding to be connected in parallel directly to the terminal block of the connecting clamps. Connecting clamps are placed on the pipes of the wellhead in the zone of positive soil temperatures, where ice is known to be absent, which reduces the heating time, since the movement of water in the pipeline becomes possible after heating 15-20% of the total ice volume [see in the same place, with. 25, column 3, paragraph 2]. In addition, this arrangement of clamps allows electrical heating without disassembling the thermal insulation of the mouth pipelines.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для отогрева. The drawing shows a schematic diagram of a device for heating.

Устройство для электроотогрева содержит силовой трансформатор 1, состоящий из магнитопровода 2, выполненного цилиндрической формы, на котором расположены первичная 3 и вторичная 4 обмотки. Вторичная обмотка 4 выполнена из гибкого кабеля 5 и намотана непосредственно на магнитопровод 2. Вторичная обмотка 4 разбита на одинаковые секции 6, выводные концы которых соединены параллельно и с помощью клеммника 7 присоединены непосредственно к соединительным хомутам 8. Соединительные хомуты 8 установлены на трубах 9 устья скважины в зоне положительных температур грунта. The device for electric heating contains a power transformer 1, consisting of a magnetic circuit 2 made of a cylindrical shape, on which are located the primary 3 and secondary 4 windings. The secondary winding 4 is made of flexible cable 5 and wound directly on the magnetic circuit 2. The secondary winding 4 is divided into identical sections 6, the output ends of which are connected in parallel and are connected directly to the connecting clamps 8 using the terminal block 8. The connecting clamps 8 are installed on the pipes 9 of the wellhead in the zone of positive soil temperatures.

Пример конкретного выполнения. Силовой трансформатор 1 имеет магнитопровод 2 цилиндрической формы (в виде кольца). Кольцо магнитопровода 2 получают намоткой нескольких слоев ленты из электротехнической стали. Сечение магнитопровода составляет 70 мм². На кольцо магнитопровода наматывают первичную обмотку 3 в количестве 210 витков из провода ПСДТ со стеклонитевой изоляцией. Вторичная обмотка 4 выполнена непосредственно на поверхности магнитопровода (без катушки) гибким кабелем 5 марки КГ-50 с сечением 50 мм². Вторичная обмотка 4 разделена на шесть одинаковых секций 6, каждая из которых имеет 6 витков. Вводы и выводы секций 6 вторичной обмотки соединены параллельно и непосредственно соединяются с хомутами 7. Соединительные хомуты располагают на трубопроводах устья в зоне положительных температур грунта для данной местности. В районе Ромашкинского нефтяного месторождения на глубине 1,6 м и ниже находится зона устойчивых положительных температур (см. таблицу).An example of a specific implementation. Power transformer 1 has a magnetic circuit 2 of cylindrical shape (in the form of a ring). The magnetic circuit ring 2 is obtained by winding several layers of electrical steel tape. The cross section of the magnetic circuit is 70 mm ² . The primary winding 3 is wound on the ring of the magnetic circuit in the amount of 210 turns from the wire PSDT with glass fiber insulation. The secondary winding 4 is made directly on the surface of the magnetic circuit (without a coil) with flexible cable 5 of the brand KG-50 with a cross section of 50 mm ² . The secondary winding 4 is divided into six identical sections 6, each of which has 6 turns. The inputs and outputs of the secondary winding sections 6 are connected in parallel and directly connected to the clamps 7. The connecting clamps are located on the mouth pipelines in the zone of positive soil temperatures for a given area. In the region of the Romashkinskoye oil field at a depth of 1.6 m and below there is a zone of stable positive temperatures (see table).

Номинальный ток нагрузки предлагаемого силового трансформатора составляет 880 ампер, напряжение холостого хода 10 вольт при общей массе устройства 95 кг, что позволяет повысить эффективность и использовать его в качестве малогабаритного переносного устройства для электроотогрева устья водонагнетательных скважин. Расчет параметров электроотогрева применительно к конкретным характеристикам устройства и трубопровода приведен в работе [Чубов В.А., Электроотогрев стальных трубопроводов, "Водоснабжение и санитарная техника", 4, 1985 г. , с. 23-26]. Сравнение с известным устройством показывает, что, например, широко распространенный сварочный трансформатор СТШ-500-80 [Геворкян В.Г., Основы сварочного дела, 5-е изд., - М.: Высшая школа, 1991, с. 40, таблица 5, строка 4], имеющий магнитопровод прямоугольной формы, генерирует на вторичной обмотке ток силой в 800 ампер при напряжении 80 вольт и имеет массу 320 кг. Напряжение на вторичной обмотке 80 вольт исключает использование известного устройства для электроотогрева устья водонагнетательных скважин (I= U/R=0/0.003= 26666 ампер при номинале 800 ампер), а масса в 320 кг затрудняет транспортировку устройства зимой в полевых условиях. The rated load current of the proposed power transformer is 880 amperes, an open circuit voltage of 10 volts with a total device weight of 95 kg, which allows to increase efficiency and use it as a small-sized portable device for electric heating of the mouth of water injection wells. Calculation of the parameters of electric heating in relation to the specific characteristics of the device and the pipeline is given in [Chubov VA, Electric heating of steel pipelines, "Water supply and sanitary equipment", 4, 1985, p. 23-26]. Comparison with a known device shows that, for example, the widely used welding transformer STSh-500-80 [Gevorkyan VG, Fundamentals of welding, 5th ed., - M .: Higher school, 1991, p. 40, table 5, line 4], having a rectangular magnetic circuit, generates a current of 800 amperes at a voltage of 80 volts on the secondary winding and has a mass of 320 kg. The voltage on the secondary winding of 80 volts eliminates the use of a known device for electric heating of the mouth of water injection wells (I = U / R = 0 / 0.003 = 26666 amperes at a nominal value of 800 amperes), and a mass of 320 kg makes it difficult to transport the device in winter in the field.

Источники информации
1. Заявка РФ 98115524, Е 21 В 36/00, БИ 13, 2000 г.Sources of information
1. Application of the Russian Federation 98115524, E 21 B 36/00, BI 13, 2000

2. Чубов В.А., Электроотогрев стальных трубопроводов, "Водоснабжение и санитарная техника", 4, 1985 г., с. 23-26. 2. Chubov VA, Electric heating of steel pipelines, "Water supply and sanitary equipment", 4, 1985, p. 23-26.

3. Геворкян В.Г., Основы сварочного дела, 5-е изд., - М.: Высшая школа, 1991, 239с. 3. Gevorgyan VG, Fundamentals of welding, 5th ed., - M.: Higher School, 1991, 239s.

Claims

1. Device for electric heating of the mouth of a water injection well, including a power transformer, electric cable and connecting clamps, characterized in that the transformer magnetic circuit is cylindrical, and the secondary winding is multi-section of a flexible cable wound directly on the magnetic circuit in one layer, with the possibility of parallel connection sections directly with connecting collars.

2. The device according to p. 1, characterized in that the connecting clamps are installed on the pipes of the wellhead in the zone of positive soil temperatures.