RU2721549C1 - Induction borehole heater - Google Patents
Induction borehole heater Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721549C1 RU2721549C1 RU2019123350A RU2019123350A RU2721549C1 RU 2721549 C1 RU2721549 C1 RU 2721549C1 RU 2019123350 A RU2019123350 A RU 2019123350A RU 2019123350 A RU2019123350 A RU 2019123350A RU 2721549 C1 RU2721549 C1 RU 2721549C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- core
- heater
- magnetic
- housing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B36/00—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
- E21B36/04—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones using electrical heaters
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
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. Обеспечение эффекта тепловой обработки призабойной зоны пласта позволяет добиться увеличения продуктивности скважины за счет предотвращения процесса кольматации пласта, и, как следствие, дополнительной добычи нефти и снижения эксплуатационных затрат на подземный ремонт скважин и промывки скважин.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. Ensuring the effect of heat treatment of the bottom-hole zone of the formation allows to increase the productivity of the well by preventing the process of mudding of the formation, and, as a result, additional oil production and lower operating costs for underground well repair and flushing wells.
Из уровня техники известен ряд индукционных нагревателей.A number of induction heaters are known in the art.
Из патента РФ №2284407 известен индукционный электронагреватель, включающий кожух и несущий элемент. На несущем элементе размещены последовательно соединенные индукционные катушки, снабженные ферритовыми магнитопроводами. Несущий элемент выполнен в виде токопроводящего немагнитного стержня. На нижнюю часть несущего элемента замкнут выходящий виток последней обмотки нижней катушки. Верхняя часть кожуха выполнена из немагнитного и неэлектропроводящего материала. Нижняя часть кожуха выполнена из магнитного и электропроводящего материала. Обмотки катушек намотаны на ферритовые магнитопроводы с разными диаметрами. Обмотки верхней катушки намотаны на ферритовый магнитопровод с большим диаметром. Обмотки нижней катушки намотаны на ферритовый магнитопровод с меньшим диаметром.From the patent of the Russian Federation No. 2284407, an induction electric heater is known, including a casing and a supporting element. On the supporting element are placed in series connected induction coils equipped with ferrite magnetic circuits. The bearing element is made in the form of a conductive non-magnetic rod. An output coil of the last winding of the lower coil is closed to the lower part of the supporting element. The upper part of the casing is made of non-magnetic and non-conductive material. The lower part of the casing is made of magnetic and electrically conductive material. Coil windings are wound on ferrite magnetic cores with different diameters. The windings of the upper coil are wound around a large diameter ferrite core. The windings of the lower coil are wound on a ferrite core with a smaller diameter.
Недостатком данного известного электронагревателя является невозможность его использования в скважинах, оснащенных штанговым глубинным насосом (ШГН) и штанговым винтовым насосом (ШВН), вследствие того, что нагреватель не установлен стационарно, а спускается внутрь насосно-компрессорных труб (НКТ) на геофизическом кабеле. Прогрев обеспечивается теплоотдачей от корпуса нагревателя, т.к. на нем замкнуты магнитные поля (своего рода кипятильник). Нагрев токами высокой частоты подрузамевает использование генератора высоких частот, что приводит к значительному увеличению стоимости оборудования и увеличению расхода электроэнергии. Данный известный электронагреватель позволяет лишь разрушать уже образовавшиеся асфальтосмолопарафиновые отложения (АСПО), но не предотвращать их образование, т.е. является оборудованием сервисным, а не технологическим.The disadvantage of this known electric heater is the impossibility of its use in wells equipped with a rod deep pump (SHG) and a rod screw pump (ШВН), due to the fact that the heater is not installed stationary, but descends into the tubing (tubing) on the geophysical cable. The heating is provided by heat transfer from the heater body, as magnetic fields are closed on it (a kind of boiler). Heating with high-frequency currents means using a high-frequency generator, which leads to a significant increase in the cost of equipment and an increase in energy consumption. This known electric heater allows only to destroy the already formed asphalt-resin-paraffin deposits (AFS), but not to prevent their formation, i.e. It is service equipment, not technological.
Использование ферритовых разомкнутых магнитопроводов с большим магнитным сопротивлением, обуславливающим снижение индуктивного переноса мощности и, как следствие, перегрев катушек индуктивности, снижает эффективность, а отсутствие системы телеметрии и гидрокомпенсации давления - надежность работы оборудования.The use of ferrite open magnetic cores with high magnetic resistance, which leads to a decrease in inductive power transfer and, as a result, overheating of the inductors, reduces efficiency, and the absence of a telemetry system and pressure compensation - the reliability of the equipment.
Также известен индукционный нагреватель для очистки труб нефтяного сортамента от асфальтосмолопарафиновых отложений (Патент РФ №2437726), включающий индукционный нагреватель, подключенный к источнику переменного тока. При этом индукционный нагреватель очищаемой трубы выполнен в виде независимых катушечных секций, намотанных на теплоизолирующий кожух, распределенных по всей его длине, источником питания катушечных секций индукционного нагревателя является преобразователь частоты, вход которого подключен к сети переменного тока промышленной частоты, выход - к индукционному нагревателю через электронный регулятор, блок управления которым соединен с термодатчиками, расположенными в контрольных точках поверхности очищаемой трубы.Also known is an induction heater for cleaning oil-grade pipes from asphalt-resin-paraffin deposits (RF Patent No. 2437726), including an induction heater connected to an AC source. In this case, the induction heater of the pipe being cleaned is made in the form of independent coil sections wound on a heat-insulating casing, distributed along its entire length, the power source of the coil sections of the induction heater is a frequency converter, the input of which is connected to an industrial frequency alternating current network, the output to the induction heater an electronic controller, the control unit of which is connected to temperature sensors located at control points on the surface of the pipe being cleaned.
Недостатком известного нагревателя является высокая энергоемкость процесса, вследствие одновременного нагревания всей площади очищаемой трубы, сложный монтаж установки на очищаемою трубу, дорогостоящие оборудование и длительный процесс нагревания.A disadvantage of the known heater is the high energy intensity of the process, due to the simultaneous heating of the entire area of the pipe being cleaned, the complicated installation of the installation on the pipe being cleaned, expensive equipment and a lengthy heating process.
Индукционные катушки являются наиболее уязвимым элементом конструкции известного нагревателя 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 of the known heater and their possible overheating, firstly, significantly limits the allowable power of the heater, and secondly reduces its efficiency and reliability.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является индукционный нагреватель (Патент РФ №2200228), который включает кожух, несущий элемент с размещенными на нем индукционными катушками. Несущий элемент выполнен в виде сплошного стержня, размещенного соосно в кожухе и соединенного с ним в верхней и нижней частях посредством узлов крепления из немагнитного материала. Индукционные катушки дополнительно снабжены ферритовыми магнитопроводами с полюсными наконечниками, обращенными к стенкам кожуха, и равномерно разнесены по длине стержня на расстоянии, кратном длине индукционной катушки. Межкатушечные пространства заполнены немагнитным и неэлектропроводящим материалом. Стержень и кожух также выполнены из немагнитного и неэлектропроводящего материала. Полюсные наконечники магнитопроводов, и немагнитный, и неэлектропроводящий материал межкатушечных пространств имеют каналы для последовательного соединения индукционных катушек. Известный индукционный нагреватель дополнительно снабжен термочувствительным элементом, встроенным в верхнем узле крепления.Closest to the proposed invention is an induction heater (RF Patent No. 2200228), which includes a casing, a bearing element with induction coils placed on it. The bearing element is made in the form of a solid rod placed coaxially in the casing and connected to it in the upper and lower parts by means of attachment points made of non-magnetic material. The induction coils are additionally equipped with ferrite magnetic circuits with pole tips facing the walls of the casing, and are evenly spaced along the length of the rod at a distance multiple of the length of the induction coil. The intercoil spaces are filled with non-magnetic and non-conductive material. The rod and casing are also made of non-magnetic and non-conductive material. The pole terminals of the magnetic cores, and non-magnetic and non-conductive material of the intercoil spaces have channels for the serial connection of induction coils. The known induction heater is additionally equipped with a thermosensitive element integrated in the upper mount.
Недостатками данного известного нагревателя является отсутствие узла гидрокомпенсации давления, что неминуемо приведет к разрушению корпуса при воздействии высокого внутрискважинного давления, т.к. корпус выполнен из стеклопластика. Узел сопряжения стеклопластикового корпуса устройства и металлической колонной НКТ не является надежно герметизированным, так же, как и узел сопряжения элементов токоввода и корпуса устройства.The disadvantages of this known heater is the lack of a pressure compensation unit, which will inevitably lead to the destruction of the body when exposed to high downhole pressure, because the body is made of fiberglass. The interface between the fiberglass housing of the device and the metal tubing string is not tightly sealed, as well as the interface between the elements of the current lead and the housing of the device.
При питании данного нагревателя токами высокой частоты происходит их интенсивное ослабление в питающем кабеле.When this heater is powered by high-frequency currents, they are intensively attenuated in the supply cable.
Термочувствительный элемент, встроенный в верхнюю часть нагревателя, не является помехоустойчивым и не может обеспечить терморегулирование нагревателя в условиях воздействия высоких электромагнитных полей. Исполнение известного устройства в виде геофизического прибора подрузамевает спуск в скважину на геофизическом кабеле, что делает невозможным его использование в скважинах, оснащенных ШГН и ШВН.The thermosensitive element integrated in the upper part of the heater is not noise-resistant and cannot provide thermal control of the heater under conditions of exposure to high electromagnetic fields. The execution of the known device in the form of a geophysical device podruzameyvaet descent into the well on a geophysical cable, which makes it impossible to use it in wells equipped with SHGN and SHVN.
Еще одним недостатком данного известного нагревателя является его низкая эффективность по нагреву затрубного пространства скважины, т.к. нагрев концентрируется на стенках НКТ, что делает затруднительным ликвидацию гидратных отложений.Another disadvantage of this known heater is its low efficiency in heating the annulus of the well, because heating is concentrated on the walls of the tubing, which makes it difficult to eliminate hydrated deposits.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности и эффективности нагревателя за счет оптимизации магнитной цепи, увеличения индукционной составляющей мощности и предотвращения перегрева обмотки, улучшения теплопередачи, обеспечения надежной герметизации и защиты в скважине при высоких давлениях, при одновременном расширении технологичности за счет возможности использования при работе источника тока как трехфазного напряжения 380 В, так и однофазного напряжения 220 В.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 winding, improving heat transfer, ensuring reliable sealing and protection in the well at high pressures, while expanding manufacturability due to the possibility of using the source during operation current as a three-phase voltage of 380 V, and a single-phase voltage of 220 V.
Поставленный технический результат достигается предлагаемым индукционным скважинным нагревателем, включающим корпус, выполненный из немагнитного материала, соосно размещенный в нем с образованием кольцевой полости сердечник, магнитопровод, изолированный токопроводящий провод, размещенный поверх магнитопровода, при этом один конец корпуса снабжен токовводом для ввода и соединения питающего кабеля с токопроводящим проводом, при этом новым является то, что сердечник выполнен полым из ферромагнитного материала, и его полость является сообщающейся с кольцевой полостью посредством сквозных отверстий в стенке сердечника, причем кольцевая полость и полость сердечника заполнены электроизолирующей жидкостью, а магнитопровод выполнен в виде тороидальных магнитопроводов - элементов из трансформаторной стали, размещенных непрерывно по всей длине сердечника с периодическими вставками ребер жесткости, выполненных в виде опорных колец тороидальной формы с разрезами для прокладки обмотки, причем поверх всех указанных тороидальных магнитопроводов выполнена непрерывная обмотка из изолированного токопроводящего провода, при этом нижний торец корпуса сочленен с узлом гидрокомпенсации таким образом, что его верхняя полость является общей с нижней полостью корпуса, а внутренняя полость указанного узла находится в жидкостной связи с полостью сердечника, при этом нагреватель выполнен с возможностью соединения вверху и внизу с телеметрической системой, чувствительные элементы верхней из которых выполнены с возможностью соединения с обмоткой провода через токоввод, а чувствительные элементы нижней из которых выполнены с возможностью соединения с обмоткой провода через узел гидрокомпенсации.The technical result is achieved by the proposed induction borehole heater, including a housing made of non-magnetic material, coaxially placed in it with the formation of an annular cavity, a core, a magnetic circuit, an insulated conductive wire placed on top of the magnetic circuit, while one end of the housing is equipped with a current lead for input and connection of the supply cable with a conductive wire, the new one being that the core is made of hollow ferromagnetic material, and its cavity communicates with the annular cavity through the through holes in the core wall, the annular cavity and the core cavity being filled with electrically insulating liquid, and the magnetic core is made in the form of toroidal magnetic cores - elements made of transformer steel placed continuously along the entire length of the core with periodic inserts of stiffeners, made in the form of support rings of a toroidal shape with cuts for laying the winding, and over of all these toroidal magnetic cores, a continuous winding is made of an insulated conductive wire, while the lower end of the housing is connected to the hydrocompensation unit so that its upper cavity is common with the lower cavity of the housing, and the internal cavity of this assembly is in fluid communication with the core cavity, while the heater is made with the possibility of connecting the top and bottom with a telemetry system, the sensitive elements of the upper of which are made with the possibility of connecting with the wire winding through the current lead, and the sensitive elements of the lower of which are made with the possibility of connecting with the wire winding through the hydrocompensation unit.
Указанный технический результат достигается за счет следующего.The specified technical result is achieved due to the following.
Неоспоримым преимуществом предлагаемого нагревателя является универсальность - возможность его использования в скважинах с любым способом добычи нефти, в том числе и в скважинах, оснащенных ШГН и ШВН. Размещение его в зоне подвески насоса приведет в увеличению дебита и оптимизации режима работы насосного оборудования, а размещение в зоне перфорации - к дополнительному притоку нефтесодержащей жидкости, причем помимо нагрева обсадной колонны происходит проникновение магнитных (тепловых) полей в призабойную зону пласта. Это предотвращает процесс отложения АСПВ в пласте.The undeniable advantage of the proposed heater is its versatility - the possibility of its use in wells with any method of oil production, including in wells equipped with SHGN and ShVN. Placing it in the pump suspension zone will increase the flow rate and optimize the operating mode of the pumping equipment, and placing it in the perforation zone will lead to an additional influx of oil-containing fluid, and besides heating the casing, magnetic (thermal) fields penetrate the bottomhole formation zone. This prevents the deposition of ASWA in the reservoir.
Заявляемое устройство так же способно предотвращать образование гидратов по стволу насосно-компрессорных труб (НКТ).The inventive device is also able to prevent the formation of hydrates along the trunk of the tubing.
Использование устройства в скважинах с периодическим режимом работы насосного оборудования позволит избежать кольматации пласта в период накопления, что приведет к значительному увеличению межремонтного периода работы скважины и полному освоению нефтенесущего пласта.The use of the device in wells with a periodic mode of operation of pumping equipment will allow avoiding formation mudding during the accumulation period, which will lead to a significant increase in the overhaul period of the well and the full development of the oil-bearing formation.
Возможно применение устройства и в нагнетательных скважинах системы поддержания пластового давления - ликвидация ледяных пробок и замерзания затрубного пространства.It is possible to use the device in injection wells of the reservoir pressure maintenance system - eliminating ice plugs and freezing the annulus.
Благодаря тому, что корпус предлагаемого нагревателя выполнен из немагнитного материала, например, из нержавеющей стали, магнитные поля свободно проходят сквозь него и замыкаются на обсадной колонне. Сам корпус практически не подвергается нагреву, вся тепловая энергия концентрируется на обсадной колонне, передавая тепло заколонной породе и пластовому флюиду.Due to the fact that the housing of the proposed heater is made of non-magnetic material, for example, stainless steel, magnetic fields freely pass through it and are closed on the casing. The body itself is practically not exposed to heat, all thermal energy is concentrated on the casing, transferring heat to the annular rock and the formation fluid.
Благодаря тому, что сердечник в предлагаемом нагревателе выполнен полым из ферромагнитного материала, а магнитопровод выполнен в виде тороидальных магнитопроводов-элементов из трансформаторной стали, размещенных непрерывно по всей длине сердечника с периодическими вставками ребер жесткости, выполненных в виде опорных колец тороидальной формы, обеспечивается возможность направить магнитные поля, а, значит, и всю тепловую энергию в наружную сторону, что исключает риск перегрева обмоток и увеличивает КПД нагревателя. Под трансформаторной сталью понимается кремнистая электротехническая сталь, представляющая собой сплав железа обычно с кремнием, иногда легированный алюминием.Due to the fact that the core in the proposed heater is made hollow of ferromagnetic material, and the magnetic core is made in the form of toroidal magnetic cores-elements made of transformer steel, placed continuously along the entire length of the core with periodic inserts of stiffeners made in the form of support rings of a toroidal shape, it is possible to direct magnetic fields, and, therefore, all thermal energy to the outside, which eliminates the risk of overheating of the windings and increases the efficiency of the heater. Transformer steel is understood to be silicon electrical steel, which is an alloy of iron, usually with silicon, sometimes alloyed with aluminum.
Применение заявляемых тороидальных магнитопроводов позволило полностью отказаться от катушек индуктивности, как в известных нагревателях. Намотка токопроводящего провода производится непрерывно и непосредственно на указанные тороидальные магнитопроводы по всей длине. При этом значительно снижается трудоемкость изготовления нагревателя, увеличивается количество витков по сравнению с индуктивными катушками и появляется возможность использовать источник тока не только с трехфазный напряжением 380 В, но и однофазный с напряжением 220 В (частотой 50 Гц). Это позволяет достичь значительного энергосбережения при эксплуатации предлагаемого нагревателя.The use of the inventive toroidal magnetic cores allowed to completely abandon the inductors, as in well-known heaters. The winding of the conductive wire is carried out continuously and directly on these toroidal magnetic cores along the entire length. At the same time, the complexity of manufacturing the heater is significantly reduced, the number of turns is increased compared to inductive coils, and it becomes possible to use a current source not only with a three-phase voltage of 380 V, but also a single-phase with a voltage of 220 V (frequency 50 Hz). This allows you to achieve significant energy savings during operation of the proposed heater.
Заявляемый нагреватель является маслонаполненным, в отличие от нагревателя по прототипу. Электроизолирующая жидкость применяется не только для изоляции и охлаждения, но и для выравнивания давления между наружным и внутрикорпусным пространством.The inventive heater is oil-filled, in contrast to the heater of the prototype. The electrically insulating liquid is used not only for insulation and cooling, but also for equalizing the pressure between the external and internal spaces.
Благодаря тому, что в заявляемом нагревателе нижний торец корпуса сочленен с узлом гидрокомпенсации, обеспечивается 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 полого сердечника, и за счет этого улучшается теплоотдача.Due to the fact that in the inventive heater the lower end of the housing is articulated with a hydrocompensation unit, the external (downhole) and internal pressure of the heater are balanced, 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 hollow core, and thereby the heat transfer improves.
За счет того, что верхняя полость узла гидрокомпенсации является общей с нижней полостью корпуса, обеспечивается создание подобие одной конструкции, когда и корпус и узел будут работать совместно в тандеме и одномоментно по разгрузке от механических напряжений именно такой единой конструкции. На эту же цель и на создание «единой конструкции» будет работать и то, что внутренняя полость указанного узла находится в жидкостной связи с полостью сердечника посредством соединительного канала. То есть в предлагаемом нагревателе создан контур циркуляции охлаждающей жидкости - диэлектрического масла, в кольцевой полости, в полости сердечника и во внутренней полости узла гидрокомпенсации, что будет обеспечивать хороший теплоотвод с непрерывной обмотки токопроводящего провода и защиту от перегрева.Due to the fact that the upper cavity of the hydrocompensation unit is common with the lower cavity of the housing, the similarity of one design is ensured, when both the housing and the unit will work together in tandem and simultaneously unload from mechanical stresses of such a single design. For the same purpose and to create a “unified design”, the fact that the internal cavity of the indicated assembly is in fluid communication with the core cavity through the connecting channel will also work. That is, in the proposed heater, a circulation loop of the cooling fluid — dielectric oil — is created in the annular cavity, in the core cavity and in the internal cavity of the hydrocompensation unit, which will provide good heat dissipation from the continuous winding of the conductive wire and protection against overheating.
Таким образом, используемый узел гидрокомпенсации выполняет следующие функции:Thus, the used hydrocompensation unit performs the following functions:
- уравнивает давление во внутренней полости нагревателя с давлением пластовой жидкости в скважине;- equalizes the pressure in the internal cavity of the heater with the pressure of the reservoir fluid in the well;
- компенсирует тепловое изменение объема масла во внутренней полости нагревателя и его утечки через негерметичные элементы конструкции;- compensates for the thermal change in the volume of oil in the internal cavity of the heater and its leakage through leaking structural elements;
- защищает внутреннюю полость нагревателя от попадания пластовой жидкости.- protects the internal cavity of the heater from ingress of formation fluid.
Преимущественно, в предлагаемом нагревателе лучше использовать диафрагменный узел гидрокомпенсации с упругой диафрагмой. Все это повышает надежность и эффективность заявляемого нагревателя и позволяет его эксплуатацию в скважинах с высоким давлением и высоким газовым фактором.Advantageously, it is better to use a diaphragm hydrocompensation unit with an elastic diaphragm in the proposed heater. All this increases the reliability and efficiency of the inventive heater and allows its operation in wells with high pressure and high gas factor.
Благодаря тому, что нагреватель выполнен с возможностью соединения вверху и внизу с телеметрической системой, чувствительные элементы которых выполнены с возможностью соединения с обмоткой провода через токоввод, может обеспечиваться непрерывный контроль за тепловым полем скважины до и после нагревателя, а так же автоматический режим работы нагревателя по заданной температуре пластового флюида, что позволяет дополнительно снизить расход электроэнергии.Due to the fact that the heater is configured to connect up and down with a telemetry system, the sensitive elements of which are configured to connect to the wire winding through the current lead, continuous monitoring of the thermal field of the well before and after the heater, as well as automatic operation of the heater by the set temperature of the reservoir fluid, which further reduces energy consumption.
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 - 45ОV, 27А). Для измерения сопротивления Roб между фазами нагревателя использовался калибратор АМ-7030. Для измерения температуры корпуса и сердечника применялись калиброванные термопары, установленные на поверхностях ферромагнитных массивов вне корпуса нагревателя.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 - 45OV, 27A). To measure the resistance R о between the phases of the heater, an AM-7030 calibrator was used. To measure the temperature of the casing and the core, calibrated thermocouples mounted on the surfaces of ferromagnetic arrays outside the heater casing 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.To measure all the necessary parameters, the ME110-220.3M electronic network parameters input module was used, which makes it possible to measure all the necessary values in real time.
Было установлено, что тепловые потери трехфазной обмотки индуктора сопоставимы с потерями неферромагнитного массива предлагаемого нагревателя и составляют 2-8%, в зависимости от режимов работы. Таким образом, 92-98% всей потребляемой активной мощности в предлагаемом нагревателе, выделяется в виде тепла не в обмотке индуктора и корпусе нагревателя, а в ферромагнитном массиве обсадной колонны. Эта мощность передается в массив с помощью магнитного поля, то есть индукционным путем.It was found that the heat loss of the three-phase winding of the inductor is comparable to the loss of the non-ferromagnetic array of the proposed heater and is 2-8%, depending on the operating conditions. Thus, 92-98% of all consumed active power in the proposed heater is not generated in the form of heat in the inductor winding and the heater body, but in the ferromagnetic casing string array. This power is transmitted to the array using a magnetic field, that is, by induction.
Коэффициент полезного действия (КПД) предлагаемого индуктора близок к 100%, так как вся потребляемая активная мощность, как в массиве, так и в обмотке индуктора, выделяется в виде тепла.The coefficient of performance (COP) of the proposed inductor is close to 100%, since all the consumed active power, both in the array and in the coil of the inductor, is released in the form of heat.
Коэффициент мощности Соsφ, находится в пределах 0,84-0,91. Это очень высокий показатель для данного вида электромагнитных устройств.The power factor Cosφ is in the range of 0.84-0.91. This is a very high indicator for this type of electromagnetic devices.
Этими испытаниями было доказано, что предлагаемый нагреватель, благодаря своим основным конструктивным особенностям в виде немагнитного корпуса, тороидального протяженного магнитопровода и непрерывной обмотки, характеризуется высокой эффективностью нагрева, за счет существенного увеличения индуктивной составляющей мощности, а также поверхностей теплоотдачи и коэффициентов теплопередачи.These tests proved that the proposed heater, due to its main design features in the form of a non-magnetic body, a toroidal long magnetic circuit and a continuous winding, is characterized by high heating efficiency, due to a significant increase in the inductive component of power, as well as heat transfer surfaces and heat transfer coefficients.
Применение предлагаемого индукционного нагревателя позволяет в 5-10 раз сократить потребление электроэнергии по сравнению с использованием ТЭНовых нагревателей.The use of the proposed induction heater allows 5-10 times reduction in energy consumption compared to the use of heating elements.
Испытания на герметичность проводились в специальном стенде под давлением 21 МПа. Герметичность была обеспечена.Tightness tests were carried out in a special bench under a pressure of 21 MPa. Tightness was ensured.
Предлагаемая конструкция индукционного нагревателя иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 - приведена принципиальная схема нагревателя, а также фотоизображениями, где на фото 1 - приведен вид элемента 7 тороидального магнитопровода 6; на фото 2 - единая конструкция магнитопровода 6 из элементов 7 тороидальных; на фото 3 - обмотка 5; на фото 4 - кольца опорные 8.The proposed design of the induction heater is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 - shows a schematic diagram of the heater, as well as photo images, where in
Согласно фиг. 1, скважинный нагреватель состоит из следующих элементов:According to FIG. 1, the downhole heater consists of the following elements:
- Корпус 1, изготовлен из немагнитного материала, например, нержавеющей стали. В электрическом плане предназначен для беспрепятственного прохожения магнитных полей. В преимущественном варианте его внешняя поверхность может быть снабжена центрирующими ребрами для исключения «залипания» нагревателя в обсадной колонне и для защиты токоввода при спуске в скважину;-
- Сердечник 2, изготовлен из ферромагнитной стали и установлен соосно внутри корпуса 1 с образованием кольцевой полости 3 между стенками корпуса 1 и сердечника 2. 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 4 на концевых участках сердечника 2, его полость соединена с кольцевой полостью, образованной между корпусом 1 и сердечником 2, с образованием контура циркуляции охлаждающей жидкости в полости расположения непрерывной обмотки 5, что обеспечивает хороший теплоотвод;- The
- Магнитопровод 6 (фото 2) тороидальный, выполненный из трансформаторной стали, состоит из тороидальных элементов 7 (фото 1) по размеру корпуса 1 и сердечника 2, и собран из указанных элементов в единую конструкцию на сердечнике 2;- The magnetic circuit 6 (photo 2) toroidal, made of transformer steel, consists of toroidal elements 7 (photo 1) the size of the
- Кольца опорные 8 (фото 4) тороидальной формы с разрезами для прокладки обмотки, выполняющие роль ребер жесткости для корпуса 1; при использовании источника тока с однофазным с напряжением 220 В и непрерывной обмотке этих колец опорных может быть минимально два - в начале и в конце обмотки;- Support rings 8 (photo 4) of a toroidal shape with cuts for laying the winding, performing the role of stiffeners for the
- Обмотка 5 (фото 3) из изолированного токопроводящего провода, наложенная непрерывно поверх магнитопровода 6, образуя по меньшей мере одну группу, одни концом присоединены через канал 9 токоввода 10 к питающему электрическому кабелю (на чертеже не показан), а другие соединены между собой, образуя соединение «звезда».- A winding 5 (photo 3) of an insulated conductive wire, continuously applied over the
- Токоввод 10 предназначен для герметичного сопряжения питающего электрического кабеля и одного конца провода обмотки 5 нагревателя;-
- Электроизолирующая жидкость, например, масло диэлектрическое, применяется в предлагаемом маслонаполненном индукционном нагревателе с целью изоляции и охлаждения нагревающихся частей.- An insulating liquid, for example, dielectric oil, is used in the proposed oil-filled induction heater to isolate and cool the heated parts.
- Узел гидрокомпенсации 11; его верхняя полость 12 является общей с нижней полостью 13 корпуса 1, а внутренняя полость 14 указанного узла находится в жидкостной связи с полостью сердечника 2 посредством соединительного канала 15, снабженного клапаном. Известно, что узел гидрокомпенсации 11 представляет собой корпус в виде трубы, внутри которого размещена резиновая диафрагма. Внутренняя полость диафрагмы заполнена маслом и сообщается с внутренней полостью сердечника 2 электродвигателя по каналу 15 в головке, который перекрыт пластмассовой пробкой (на чертеже не показана). В головке имеется отверстие для заполнения маслом внутренней полости диафрагмы, которое герметизируется пробкой, и отверстие с перепускным клапаном и пробкой. Перепускной клапан используется в процессе подготовки компенсатора к монтажу. Полость за диафрагмой сообщается с пластовой жидкостью через отверстия в корпусе компенсатора.- Hydrocompensation unit 11; its
- Телеметрическая система 16 верхняя, чувствительные элементы которой выполнены с возможностью соединения с обмоткой 5 провода через токоввод 10,- The
- Телеметрическая система 17 нижняя, чувствительные элементы которой выполнены с возможностью соединения с обмоткой 5 провода через внутреннюю полость узла гидрокомпенсации 11.-
- Переводник 18 для присоединения нагревателя к НКТ (на чертеже не показаны).-
Предлагаемый индукционный нагреватель работает следующим образом.The proposed induction heater operates as follows.
Производится монтаж нагревателя на скважине. Для этого нагреватель переводником 18 присоединяется к колонне НКТ и, предварительно дозаполненный маслом, спускается в скважину в зону предполагаемого прогрева, например, в призабойную зону пласта (ПЗП). При этом к токовводу 10 нагревателя присоединяется питающий кабель (на чертеже не показан), который другим концом присоединяется на поверхности к источнику питания через станцию управления (на чертеже не показаны). При включении питания ток проходит по обмотке 5. При этом образуется переменный магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу, образованному полым сердечником 2 и магнитопроводом 6. Энергия магнитного поля генерируется в тепло, которое сквозь корпус 1 нагревателя передается на обсадную колонну. На концевых участках сердечника 2 выполнены сквозные отверстия 4, через которые происходит циркуляция масла по полости сердечника 2 и кольцевой полости 3 для улучшения теплоотвода. При этом в эту циркуляцию включается и узел гидрокомпенсации 11. При нагреве увеличивается омическое сопротивление обмотки 5. По изменению сопротивления этой обмотки станция управления контролирует температуру этих обмоток и совместно с данными системы телеметрии осуществляет автоматическую терморегуляцию. Электроизолирующая жидкость в нагревателе находится под давлением (она предварительно была закачена в полость сердечника 3 через заправочный клапан под давлением), что вместе с узлом гидрокомпенсации 11 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 by the
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123350A RU2721549C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Induction borehole heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123350A RU2721549C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Induction borehole heater |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2721549C1 true RU2721549C1 (en) | 2020-05-20 |
Family
ID=70735385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019123350A RU2721549C1 (en) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Induction borehole heater |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2721549C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756155C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Зарубежнефть» | Well ring heater |
| RU2756152C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Зарубежнефть» | Well beam heater |
| WO2021260455A1 (en) * | 2020-06-23 | 2021-12-30 | Joslyn Energy Development Incorporated | Extraction from a formation with induction heating |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6285014B1 (en) * | 2000-04-28 | 2001-09-04 | Neo Ppg International, Ltd. | Downhole induction heating tool for enhanced oil recovery |
| RU2200228C2 (en) * | 2001-04-20 | 2003-03-10 | Дрягин Вениамин Викторович | Down-hole induction heater |
| CN2682196Y (en) * | 2003-11-18 | 2005-03-02 | 西安石油大学 | Down-hole three phase power frequency electromagnetic induction heater |
| RU2510601C2 (en) * | 2007-10-19 | 2014-03-27 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Induction heaters for heating underground formations |
| RU150484U1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ Геофизика" | BOTTOM HOLE HEATER |
| RU2620820C1 (en) * | 2016-02-17 | 2017-05-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ" | Induction well heating device |
-
2019
- 2019-07-19 RU RU2019123350A patent/RU2721549C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6285014B1 (en) * | 2000-04-28 | 2001-09-04 | Neo Ppg International, Ltd. | Downhole induction heating tool for enhanced oil recovery |
| RU2200228C2 (en) * | 2001-04-20 | 2003-03-10 | Дрягин Вениамин Викторович | Down-hole induction heater |
| CN2682196Y (en) * | 2003-11-18 | 2005-03-02 | 西安石油大学 | Down-hole three phase power frequency electromagnetic induction heater |
| RU2510601C2 (en) * | 2007-10-19 | 2014-03-27 | Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. | Induction heaters for heating underground formations |
| RU150484U1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-02-20 | Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ Геофизика" | BOTTOM HOLE HEATER |
| RU2620820C1 (en) * | 2016-02-17 | 2017-05-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ" | Induction well heating device |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021260455A1 (en) * | 2020-06-23 | 2021-12-30 | Joslyn Energy Development Incorporated | Extraction from a formation with induction heating |
| RU2756155C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Зарубежнефть» | Well ring heater |
| RU2756152C1 (en) * | 2021-03-04 | 2021-09-28 | Акционерное общество «Зарубежнефть» | Well beam heater |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2721549C1 (en) | Induction borehole heater | |
| US6353706B1 (en) | Optimum oil-well casing heating | |
| US6285014B1 (en) | Downhole induction heating tool for enhanced oil recovery | |
| US3114417A (en) | Electric oil well heater apparatus | |
| CA2152521C (en) | Low flux leakage cables and cable terminations for a.c. electrical heating of oil deposits | |
| CA2078872C (en) | Thermal mineral extraction system | |
| US2932352A (en) | Liquid filled well heater | |
| RU2130112C1 (en) | System for introduction of delivered flowing medium into stream of hydrocarbon fluid | |
| RU2620820C1 (en) | Induction well heating device | |
| CA2402203C (en) | Oilwell casing electrical power pick-off points | |
| US11339648B2 (en) | Systems and methods for wireless communication in a well | |
| BRPI0612380B1 (en) | WELLNESS FOR HYDROCARBON PRODUCTION | |
| US20210308730A1 (en) | Electromagnetic induction heater | |
| BR112019019894A2 (en) | downhole power supply | |
| US6926083B2 (en) | Cement heating tool for oil and gas well completion | |
| US2647196A (en) | Apparatus for heating oil wells | |
| RU2198284C2 (en) | Downhole induction heater | |
| RU2317401C1 (en) | Downhole heater | |
| US2808110A (en) | Oil well heater | |
| RU57541U1 (en) | DEVICE FOR HEATING OIL IN WELLS | |
| US20170051592A1 (en) | System and Method for Powering and Deploying an Electric Submersible Pump | |
| RU2755521C2 (en) | Method for heating liquid media | |
| RU2522097C2 (en) | Concrete heating method, electric heater for implementation of method, inductive heating element of electric heater and method for heating element manufacturing | |
| RU2228431C2 (en) | Device for prevention of forming and for elimination of asphalt-resin-paraffin sedimentations in well pipes | |
| US3674912A (en) | Cable connection for water cooler underground electrode |