RU2204696C1

RU2204696C1 - Bottom-hole water heater for injection well

Info

Publication number: RU2204696C1
Application number: RU2001125996/03A
Authority: RU
Inventors: Б.П. Корнев; С.И. Зайцев; С.Н. Никифоров
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-05-20

Abstract

FIELD: oil producing industry; applicable in injection wells for thermal flooding of producing formations. SUBSTANCE: bottom-hole water heater includes electrodes lowered into well on power supply cable together with tubing. Electrodes are used in the form of bare ends of supply cable wires separated with insulating bushes and capable of radial motion. Insulating bushes have U-shaped spring-loaded inserts with projections. Electrodes are secured in inserts. Insulating bush insert projections are engageable with bush internal surface. Distance between electrodes in upper part is larger than in lower part. Difference of distances between electrodes in upper and lower parts is determined by mathematical formula. Bottom-hole water heater for injection well has supply cable weight balance. Supply cable is used in the form of load -carrying cable. Bottom-hole water heater has conducting tubes fitted on electrodes. Tubing has guide funnel. Electrodes are located below tubing. EFFECT: increased operate reliability of bottom-hole water heater for injection wells, simplified its design and reduced its cost. 7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в нагнетательных скважинах для термального заводнения продуктивных пластов с целью повышения коэффициента нефтеотдачи нефтяного месторождения. The invention relates to the oil industry and can be used in injection wells for thermal flooding of productive formations in order to increase the oil recovery coefficient of the oil field.

Известна нагревательная печь для нагрева воды, закачиваемой с поверхности в нагнетательные скважины [1]. Known heating furnace for heating water pumped from the surface into injection wells [1].

Недостатком устройства является размещение нагревательной печи на поверхности земли, которое приводит к тому, что при закачке нагретой воды в нагнетательную скважину на ее участке с температурой стенок колонны скважины, меньшей температуры нагрева закачиваемой воды, происходит отток тепла в окружающие горные породы. The disadvantage of this device is the location of the heating furnace on the surface of the earth, which leads to the fact that when the heated water is pumped into the injection well in its section with the temperature of the walls of the well string lower than the heating temperature of the injected water, heat is transferred to the surrounding rocks.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является забойный водонагреватель для нагнетательной скважины, включающий электроды, спущенные на питающем кабеле в скважину с насосно-компрессорными трубами (НКТ) [2]. Нагревание жидкости производится на глубине скважины за счет пропускания через нее электрического тока. Водонагреватель можно спускать в скважину также вместе с НКТ на их нижнем конце. Питающий кабель при этом крепят на наружной поверхности труб. The closest to the invention in technical essence is a bottom-hole water heater for an injection well, including electrodes lowered on a supply cable into a well with tubing (tubing) [2]. The heating of the fluid is carried out at the depth of the well by passing an electric current through it. The water heater can also be lowered into the well together with tubing at their lower end. The power cable is attached to the outer surface of the pipes.

Недостатком известного нагревателя являются сложность его монтажа в скважине и низкая надежность его работы. Сложность монтажа удорожает стоимость закачки горячей воды и приводит к потере в добыче нефти, связанной с увеличением простоя нагнетательной скважины на время монтажа нагревателя. Низкая надежность работы нагревателя связана с возможностью повреждения электрической изоляции кабеля во время спуска насосно-компрессорных труб, особенно в искривленную скважину, что приводит к необходимости проведения дополнительных подземных работ. В случае спуска известного нагревателя на кабель-канате закачка воды в скважину должна производиться по обсадной колонне, а не по НКТ, что не допускается, особенно при большом давлении нагнетания, когда ставится пакер для разгрузки обсадной колонны. A disadvantage of the known heater is the complexity of its installation in the well and the low reliability of its operation. The complexity of the installation increases the cost of injecting hot water and leads to a loss in oil production associated with an increase in the idle time of the injection well during the installation of the heater. The low reliability of the heater is associated with the possibility of damage to the electrical insulation of the cable during the descent of the tubing, especially in a curved well, which leads to the need for additional underground work. In the case of the descent of the known heater on the cable, water should be pumped into the well through the casing, and not through the tubing, which is not allowed, especially at high discharge pressure, when a casing unloading packer is installed.

В изобретении решается задача повышения надежности работы устройства, упрощения его конструкции, снижения стоимости. The invention solves the problem of improving the reliability of the device, simplifying its design, reducing cost.

Задача решается за счет того, что в предложенном забойном водонагревателе для нагнетательной скважины, включающем электроды, спущенные на питающем кабеле в скважину с насосно-компрессорными трубами, согласно изобретению в качестве электродов использованы оголенные концы проводов питающего кабеля, разведенные изолирующими втулками и имеющие возможность радиального перемещения, а также за счет того, что изолирующие втулки снабжены имеющими П-образную форму подпружиненными вкладышами с выступами, в которых закреплены электроды, причем выступы втулки взаимодействуют с внутренней поверхностью изолирующей втулки, расстояние между электродами в верхней части больше, чем в нижней, а разница расстояний между электродами в верхней и нижней частях определена по формуле

где r₁, r₂ - расстояния между электродами в верней и нижних частях, см;
l - длина электродов, см;
Р_п, P_в - удельные электрические сопротивления материала провода и воды, Ом•см;
n=3,14;
D - диаметр провода питающего кабеля, см.The problem is solved due to the fact that in the proposed bottomhole water heater for an injection well, including electrodes lowered on a supply cable into a well with tubing, according to the invention, the bare ends of the wires of the supply cable, separated by insulating sleeves and capable of radial movement, are used as electrodes and also due to the fact that the insulating sleeves are equipped with U-shaped spring-loaded liners with protrusions in which the electrodes are fixed, and the protrusions of the sleeve interact with the inner surface of the insulating sleeve, the distance between the electrodes in the upper part is greater than in the lower, and the difference in the distances between the electrodes in the upper and lower parts is determined by the formula

where r ₁ , r ₂ - the distance between the electrodes in the upper and lower parts, cm;
l is the length of the electrodes, cm;
P _p , P _in - specific electrical resistance of the material of the wire and water, Ohm • cm;
n = 3.14;
D is the diameter of the wire of the power cable, see

Задача также решается за счет того, что предложенный забойный водонагреватель для нагнетательной скважины снабжен компенсатором веса питающего кабеля, в качестве питающего кабеля использован кабель-канат, также снабжен электропроводящими трубками, надетыми на электроды, насосно-компрессорные трубы снабжены на конце направляющей воронкой, а электроды размещены ниже насосно-компрессорных труб. The problem is also solved due to the fact that the proposed bottom-hole water heater for the injection well is equipped with a compensator for the weight of the supply cable, a cable cable is used as a supply cable, it is also equipped with electrically conductive pipes worn on the electrodes, the tubing is equipped with a guide funnel at the end, and the electrodes placed below the tubing.

Существенные признаки устройства. Essential features of the device.

1. Электроды. 1. The electrodes.

2. Электроды спущены на питающем кабеле в скважину с насосно-компрессорными трубами. 2. The electrodes are lowered on the supply cable into the well with tubing.

3. В качестве электродов использованы оголенные концы проводов питающего кабеля. 3. The bare ends of the wires of the supply cable are used as electrodes.

4. Оголенные концы проводов питающего кабеля разведены изолирующими втулками и имеют возможность радиального перемещения. 4. The bare ends of the wires of the supply cable are separated by insulating sleeves and have the ability to radial movement.

5. Изолирующие втулки снабжены имеющими П-образную форму подпружиненными вкладышами с выступами. 5. The insulating sleeves are equipped with U-shaped spring-loaded liners with protrusions.

6. В выступах изолирующих втулок закреплены электроды. 6. Electrodes are fixed in the protrusions of the insulating bushings.

7. Выступы взаимодействуют с внутренней поверхностью изолирующей втулки. 7. The protrusions interact with the inner surface of the insulating sleeve.

8. Расстояние между электродами в верхней части больше, чем в нижней. 8. The distance between the electrodes at the top is greater than at the bottom.

9. Разница расстояний между электродами в верхней и нижней частях определена по формуле

где r₁, r₂ - расстояния между электродами в верней и нижних частях, см;
l - длина электродов, см;
P_п, P_в - удельные электрические сопротивления материала провода и воды, Ом•см;
n=3,14;
D - диаметр провода питающего кабеля, см.9. The difference in the distances between the electrodes in the upper and lower parts is determined by the formula

10. Снабжение компенсатором веса питающего кабеля. 10. Supply compensator for the weight of the power cable.

11. В качестве питающего кабеля использован кабель-канат. 11. A cable cable is used as a power cable.

12. Снабжение электропроводящими трубками, надетыми на электроды. 12. Supply of conductive tubes worn on electrodes.

13. Насосно-компрессорные трубы снабжены на конце направляющей воронкой. 13. The tubing is provided with a funnel at the end.

14. Размещение электродов ниже насосно-компрессорных труб. 14. Placing the electrodes below the tubing.

Признаки 1, 2 являются существенными признаками, общими с прототипом, признаки 3, 4 являются существенными отличительными признаками, признаки 5-14 являются существенными дополнительными признаками. Signs 1, 2 are essential features common to the prototype, features 3, 4 are essential distinguishing features, features 5-14 are significant additional features.

Известные и предлагаемое устройства осуществляют нагрев жидкости на глубине скважины за счет пропускания через нее электрического тока. При этом забойный нагреватель для нагнетательных скважин спускают на кабеле или через (на) колонну НКТ. Known and proposed devices carry out heating of the fluid at the depth of the well by transmitting electric current through it. In this case, the downhole heater for injection wells is lowered on a cable or through (on) the tubing string.

Однако известная конструкция забойного водонагревателя достаточно сложна и ее монтаж в скважине приводит к длительным простоям скважины, потерям в добыче нефти, удорожанию стоимости закачки горячей воды. Кроме того, известные конструкции менее надежны в работе по сравнению с предложенной, поскольку работа забойного электронагревателя связана с возможностью повреждения кабеля, прикрепленного к наружной поверхности НКТ во время их спуска, особенно в искривленную скважину. Это приводит к необходимости дополнительных подземных работ. However, the well-known design of the bottom-hole water heater is quite complicated and its installation in the well leads to long downtime of the well, losses in oil production, and the increase in the cost of injecting hot water. In addition, the known structures are less reliable in comparison with the proposed one, since the operation of the downhole electric heater is associated with the possibility of damage to the cable attached to the outer surface of the tubing during their descent, especially in a curved well. This leads to the need for additional underground work.

Известное устройство не обладает возможностью равномерного распределения нагрузок по длине забойного водонагревателя, что также снижает надежность его работы. The known device does not have the ability to evenly distribute the loads along the length of the bottom-hole water heater, which also reduces the reliability of its operation.

Устройство недостаточно экономично, так как расход электроэнергии в данном случае не регулируется в зависимости от необходимой температуры нагрева. The device is not economical enough, since the power consumption in this case is not regulated depending on the required heating temperature.

Указанные недостатки устранены в предложенном техническом решении. These shortcomings are eliminated in the proposed technical solution.

Использование в качестве электродов оголенных концов питающего кабеля позволяет максимально упростить конструкцию и исключить дорогостоящие простои для монтажа устройства в скважине. Электроды разводят изолирующими втулками для исключения короткого замыкания оголенных концов проводов для создания нужной температуры межэлектродного зазора. Расстояние между разведенными концами электродов в верхней части должно быть больше, чем в нижней, что позволяет равномерно распределить токовую нагрузку по длине забойного водонагревателя, что повышает надежность его работы и улучшает прогрев. При этом компенсируется сопротивление прохождению электрического тока вдоль электродов, т.е. изменение электрического сопротивления по воде на концах электродов принято равным сопротивлению самих электродов. The use of bare ends of the supply cable as electrodes makes it possible to simplify the design as much as possible and eliminate expensive downtime for installing the device in the well. The electrodes are bred with insulating bushings to prevent short circuiting of the bare ends of the wires to create the desired temperature of the interelectrode gap. The distance between the diluted ends of the electrodes in the upper part should be greater than in the lower one, which allows you to evenly distribute the current load along the length of the bottom-hole water heater, which increases its reliability and improves heating. In this case, the resistance to the passage of electric current along the electrodes is compensated, i.e. the change in electrical resistance to water at the ends of the electrodes is taken equal to the resistance of the electrodes themselves.

Разница расстояний между разведенными концами электродов в верхней и нижней частях определена по формуле

где r₁, r₂ - расстояние между электродами в верхней и нижней частях, см;
l - длина электродов, см;
D - диаметр провода питающего кабеля, см;
P_п, P_в - удельные электрические сопротивления материала провода и воды, Ом•см;
n=3,14.The distance difference between the diluted ends of the electrodes in the upper and lower parts is determined by the formula

where r ₁ , r ₂ is the distance between the electrodes in the upper and lower parts, cm;
l is the length of the electrodes, cm;
D is the diameter of the wire of the supply cable, cm;
P _p , P _in - specific electrical resistance of the material of the wire and water, Ohm • cm;
n = 3.14.

Длину разведенных электродов и разницу расстояний между ними в верхней и нижней частях задают, исходя из заданной тепловой производительности устройства. Электроды имеют возможность радиального перемещения за счет снабжения изолирующей втулки подпружиненными вкладышами, имеющими П-образную форму, в которых закреплены электроды. Вкладыши имеют выступы, взаимодействующие с внутренней поверхностью изолирующей втулки. The length of the diluted electrodes and the difference in the distances between them in the upper and lower parts are set based on the given thermal performance of the device. The electrodes have the ability to radially move due to the supply of the insulating sleeve with spring-loaded inserts having a U-shape in which the electrodes are fixed. The liners have protrusions interacting with the inner surface of the insulating sleeve.

Вместе с тем, в предлагаемом устройстве устраняют возникающие сложности, связанные с удержанием кабеля в НКТ, а также с тем, что свободно свисающий питающий кабель в НКТ вызывает растягивающие напряжения в нем с наибольшей величиной в точке подвеса питающего кабеля на устье скважины. Эти напряжения возрастают с увеличением глубины спуска забойного водонагревателя и могут достигнуть предела прочности питающего кабеля на растяжение от собственного веса. At the same time, the proposed device eliminates the difficulties associated with cable retention in the tubing, as well as the fact that a freely hanging supply cable in the tubing causes tensile stresses in it with the greatest magnitude at the point of suspension of the supply cable at the wellhead. These stresses increase with increasing depth of descent of the bottom-hole water heater and can reach the ultimate tensile strength of the supply cable from its own weight.

Напряжения, равные пределу прочности стандартного питающего кабеля, достигаются при глубине спуска, равной 1370 м. Для устранения возможности обрыва питающего кабеля используют в устройстве его разгрузку при помощи компенсатора веса кабеля, например промежуточного ролика. Ролик устанавливают на такой длине питающего кабеля, на которой в кабеле не достигаются предельные напряжения. Stresses equal to the tensile strength of a standard supply cable are achieved at a descent depth of 1370 m. To eliminate the possibility of a break in the supply cable, the device is used to unload it using a cable weight compensator, for example, an intermediate roller. The roller is installed on such a length of the supply cable, on which the maximum voltage is not reached in the cable.

Другим техническим приемом, использованным в предлагаемом устройстве, является параллельный спуск с питающим кабелем более прочного, чем сам питающий кабель, компенсатора его веса, расположенного по его длине и скрепленного с ним. Компенсатор веса кабеля в виде каната берет на себя часть нагрузки, вследствие чего уменьшается растягивающее усилие на кабель. Another technique used in the proposed device is the parallel descent with a power cable more durable than the power cable itself, its weight compensator, located along its length and fastened with it. The cable weight compensator in the form of a rope takes on part of the load, as a result of which the tensile force on the cable is reduced.

При больших глубинах скважины вместо кабеля используют более прочный кабель-канат, армированный металлической оболочкой повышенной прочности. Такая замена даст возможность увеличить глубину спуска водонагревателя до 4000 м. At large depths of the well, instead of the cable, a more durable cable rope is used, reinforced with a metal sheath of increased strength. Such a replacement will make it possible to increase the depth of the descent of the water heater to 4000 m.

Предложенное устройство для увеличения рабочей поверхности электродов в случае реализации большей мощности устройства при ограниченной длине электродов снабжено электропроводящими трубками (надетыми на электроды). The proposed device for increasing the working surface of the electrodes in case of realization of a greater power of the device with a limited length of the electrodes is equipped with conductive tubes (worn on the electrodes).

НКТ на нижнем конце снабжены воронкой для избежания зацепления устройства об НКТ при его подъеме. The tubing at the lower end is equipped with a funnel to prevent the device from catching on the tubing when lifting it.

Предложение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема оборудования нагнетательной скважины с забойным водонагревателем в продольном разрезе; на фиг.2 показано сечение А - А фиг. 1; на фиг. 3 показан забойный электронагреватель для нагнетательной скважины в продольном разрезе в увеличенном виде; на фиг. 4 показано сечение Б - Б фиг.3; на фиг. 5 показана электрическая схема забойного водонагревателя для нагнетательной скважины. The proposal is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a diagram of the equipment of an injection well with a bottom-hole water heater in longitudinal section; 2 shows a section A - A of FIG. 1; in FIG. 3 shows a downhole electric heater for an injection well in a longitudinal section in an enlarged view; in FIG. 4 shows a section B - B of figure 3; in FIG. 5 shows an electrical diagram of a bottomhole water heater for an injection well.

Забойный водонагреватель для нагнетательной скважины включает электроды 1, спущенные на питающем кабеле 2 с проводами 3 внутри в скважину 4 с обсадной колонной и насосно-компрессорными трубами 5. В качестве электродов 1 используют оголенные концы проводов 3 питающего кабеля 2, разведенные изолирующими втулками 6 и имеющие возможность радиального перемещения. Изолирующие втулки 6 снабжены имеющими П-образную форму подпружиненными (пружинами 7) вкладышами 8 с выступами 9, в которых закреплены электроды 1. Выступы 9 взаимодействуют с внутренней поверхностью изолирующей втулки 6. Устройство также снабжено компенсатором веса питающего кабеля 2 в виде каната 10, расположенного по длине кабеля 2 (параллельно ему) и прикрепленного к кабелю 2 оболочкой 11, электропроводящими трубками 12, надетыми на электроды 1, а насосно-компрессорные трубы 5 снабжены на конце направляющей воронкой 13. Кабель 2 подвешен на направляющем ролике 14 и пропущен через сальник 15. The bottom-hole water heater for the injection well includes electrodes 1 lowered on the supply cable 2 with wires 3 inside to the well 4 with the casing and tubing 5. As the electrodes 1, the bare ends of the wires 3 of the supply cable 2, separated by insulating sleeves 6 and having the possibility of radial movement. The insulating sleeves 6 are provided with U-shaped spring-loaded (springs 7) inserts 8 with protrusions 9 in which the electrodes 1 are fixed. The protrusions 9 interact with the inner surface of the insulating sleeve 6. The device is also equipped with a weight compensator for the supply cable 2 in the form of a rope 10 located along the length of cable 2 (parallel to it) and attached to the cable 2 by a sheath 11, conductive tubes 12, worn on the electrodes 1, and the tubing 5 is provided at the end with a guide funnel 13. Cable 2 is suspended on vlyayuschem roller 14 and passed through the gland 15.

Электрическая схема устройства включает автотрансформатор 16, предохранители 17, рубильник 18 и другие элементы питания, контроля и управления (на чертеже не показаны), размещенные в блоке 19, и представляет собой комбинированное соединение фаз переменного трехфазного тока: треугольником и звездой. The electrical circuit of the device includes an autotransformer 16, fuses 17, a switch 18 and other power, monitoring and control elements (not shown), located in block 19, and is a combined connection of the phases of an alternating three-phase current: a triangle and a star.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Подвешенный на направляющем ролике 14 питающий кабель 2 с забойным водонагревателем для нагнетательной скважины 4 спускают в НКТ 5 с помощью лебедки (на чертеже не показана). По длине питающего кабеля 2 (параллельно ему) спускают компенсатор веса кабеля 2 - канат 10 (в предложенном устройстве), прикрепленный к кабелю 2 посредством оболочки 11, длину каната 10 выбирают такой, чтобы исключить достижение предельных напряжений. Прочность материала каната 10 должна быть большей, чем у питающего кабеля 2. Suspended on the guide roller 14, the supply cable 2 with the bottom-hole water heater for the injection well 4 is lowered into the tubing 5 using a winch (not shown in the drawing). Along the length of the supply cable 2 (parallel to it), the compensator for the weight of the cable 2 is lowered - the rope 10 (in the proposed device), attached to the cable 2 by means of the sheath 11, the length of the rope 10 is chosen so as to prevent reaching ultimate stresses. The strength of the material of the rope 10 should be greater than that of the supply cable 2.

При движении в НКТ 5 вкладыши 8 находятся в сжатом состоянии, а при выходе из них через воронку 13 они расширяются (за счет освобождения пружин 7) до рабочих размеров межэлектродного зазора. После спуска питающего кабеля 2 с компенсатором его веса на заданную глубину (наиболее выгодно размещение разведенных электродов 1 напротив продуктивного пласта) осуществляют проверку сопротивления его изоляции, устанавливают сальник 15 и закрепляют подвеску питающего кабеля 2 на устье скважины 4, а верхний конец подключают к автотрансформатору 16. Осуществляют закачку воды в НКТ 5, одновременно включают электропитание и производят нагревание жидкости. Происходит тепловыделение в объем воды между электродами 1 за счет ее омического сопротивления непосредственно перед поступлением ее в пласт. Причем нагревание воды начинается от места, где концы проводов питающего кабеля 2 оголены, поэтому тепло от них не передается на изоляцию кабеля 2, т.к. изоляция омывается холодной водой, а нагреваемая - уходит вниз. When moving into the tubing 5, the liners 8 are in a compressed state, and when they exit through the funnel 13, they expand (due to the release of the springs 7) to the working dimensions of the interelectrode gap. After lowering the supply cable 2 with a compensator for its weight to a predetermined depth (the most advantageous placement of the diluted electrodes 1 opposite the reservoir) is to check its insulation resistance, install an oil seal 15 and fix the suspension of the supply cable 2 to the wellhead 4, and the upper end is connected to the autotransformer 16 Carry out the injection of water into the tubing 5, simultaneously turn on the power supply and produce heating of the liquid. There is heat in the volume of water between the electrodes 1 due to its ohmic resistance immediately before it enters the reservoir. Moreover, water heating starts from the place where the ends of the wires of the supply cable 2 are exposed, so the heat from them is not transferred to the insulation of cable 2, because insulation is washed by cold water, and heated - goes down.

Регулирование температуры нагреваемой воды производят с помощью автотрансформатора 16 путем изменения напряжения. Для автотрансформатора АТС 3-100, например, диапазон регулирования напряжения составляет 770-920 В. Вводимая в скважину мощность при этом изменяется на 20%. The temperature control of the heated water is carried out using an autotransformer 16 by changing the voltage. For an ATS 3-100 autotransformer, for example, the voltage control range is 770-920 V. The power introduced into the well in this case changes by 20%.

В качестве питающего кабеля 2 может быть использован, например, стандартный кабель КБПК 3х35 ТУ 16-505, предназначенный для погружных электродвигателей. Он имеет три медные жилы (провода) с индивидуальной полиэтиленовой изоляцией и полиэтиленовой оболочкой. Жилы скручены и закрыты стальной ленточной броней. Оболочки жил не имеют соединения между собой. Концы проводов на участках, где они разведены, очищены от изоляции, оголены. As the power cable 2 can be used, for example, a standard cable KBPC 3x35 TU 16-505, designed for submersible motors. It has three copper conductors (wires) with individual polyethylene insulation and a polyethylene sheath. The cores are twisted and covered with steel tape armor. The shells of the cores have no connection between themselves. The ends of the wires in the areas where they are divorced, cleaned from insulation, bare.

Разрывная длина кабеля КБПК, при которой он рвется под собственным весом, равна 1370 м. В более глубоких скважинах, до 4000 м, верхнюю часть питающего кабеля подвешивают на канате, на чертеже не показано. Свободный конец кабеля не должен превышать разрывную длину. Для скважин с большей глубиной, более 4000 м, спуск нагревателя производят на кабель-канате с разрывным усилием 150-200 кН, армированном металлической оболочкой повышенной прочности. The breaking length of the KBPK cable, at which it breaks under its own weight, is 1370 m. In deeper wells, up to 4000 m, the upper part of the supply cable is suspended on a cable, not shown in the drawing. The free end of the cable must not exceed the breaking length. For wells with a greater depth of more than 4000 m, the heater is run on a cable rope with a breaking strength of 150-200 kN, reinforced with a metal sheath of increased strength.

Длину разведенных и оголенных (очищенных от изоляции) концов проводов кабеля 2 определяют исходя из заданной тепловой производительности устройства при плотности тока на электродах 0,5-1,5 А/см². Например, для повышения температуры воды на 20^oС при закачке 100 м³/сут и плотности тока 1,0 А/см² длина проводов-электродов кабеля КБПК должна быть 1,9 м.The length of the divorced and exposed (peeled off insulation) ends of the wires of the cable 2 is determined based on a given thermal performance of the device at a current density on the electrodes of 0.5-1.5 A / cm ² . For example, to increase the water temperature by 20 ^o With the injection of 100 m ³ / day and current density of 1.0 A / cm ^{2 the} length of the wire-electrodes of the cable KBPK should be 1.9 m

Разница в расстояниях между электродами 1 на верхнем и нижнем концах забойного водонагревателя позволяет компенсировать сопротивление прохождению электрического тока вдоль электродов 1, т.е. изменение электрического сопротивления по воде на концах электродов принято равным сопротивлению самих электродов 1. Это дает возможность равномерно распределить токовую нагрузку по длине водонагревателя, что повышает надежность его работы. Наиболее целесообразно это осуществлять при нагнетании в скважину пластовой воды, имеющей низкое удельное сопротивление, при повышенной температуре нагрева, когда сопротивление электрода увеличивается, а воды - уменьшается. Например, для медных электродов длиной 260 см, диаметром 0,2 см, имеющих удельное электрическое сопротивление при 100^oС, равное 2,4•10^-6 Oм•см и для пластовой воды 5 Ом•см, разница в расстояниях между концами электродов должна быть 2 мм.The difference in the distances between the electrodes 1 at the upper and lower ends of the bottom-hole water heater allows you to compensate for the resistance to the passage of electric current along the electrodes 1, i.e. the change in electrical resistance to water at the ends of the electrodes is taken to be equal to the resistance of the electrodes themselves 1. This makes it possible to evenly distribute the current load along the length of the water heater, which increases the reliability of its operation. It is most expedient to do this when injecting formation water with a low resistivity into the well at an elevated heating temperature, when the electrode resistance increases and the water resistance decreases. For example, for copper electrodes 260 cm long, 0.2 cm in diameter, having a specific electrical resistance at 100 ^o C equal to 2.4 • 10 ^-6 Ohm • cm and for produced water 5 Ohm • cm, the difference in the distances between the ends of the electrodes should be 2 mm.

Омическое сопротивление воды (фиг.4) между электродами 1 более высокое, чем омическое сопротивление воды между электродами 1 и заземленной обсадной колонной скважины 4. В предложенном забойном водонагревателе имеет место комбинированное соединение фаз переменного трехфазного тока. Основной нагрев происходит в процессе работы по схеме соединения "треугольником", а дополнительный - по схеме соединения "звездой". The ohmic resistance of the water (Fig. 4) between the electrodes 1 is higher than the ohmic resistance of the water between the electrodes 1 and the grounded casing of the well 4. In the proposed downhole water heater, a combined connection of the phases of an alternating three-phase current takes place. The main heating occurs during operation according to the "triangle" connection diagram, and additional heating occurs according to the "star" connection diagram.

Контроль за температурой нагрева осуществляют по количеству затраченной электроэнергии и расходу воды, по которым расчетным путем определяют температуру нагрева по формуле

где Т - температура нагрева воды перед поступлением ее в пласт, ^oС;
Т_нач - начальная температура воды перед нагревом, ^oС;
W - потребляемая электрическая мощность на выходе из трансформатора, кВт;
Q - приемистость нагнетательной скважины, м³/сут;
С - теплоемкость воды, кал/(г•^oС).Monitoring the heating temperature is carried out according to the amount of electricity consumed and the water flow, according to which the heating temperature is calculated by the formula

where T is the temperature of water heating before it enters the reservoir, ^o C;
T _beg - the initial temperature of the water before heating, ^o C;
W is the consumed electric power at the output of the transformer, kW;
Q - injectivity of the injection well, m ³ / day;
C is the heat capacity of water, cal / (g • ^o C).

Например, в пласт, насыщенный парафинистой нефтью с температурой выпадения парафина, равной 45^oС, закачивают воду. Температура закачиваемой воды должна превосходить это значение. Температура нагнетаемой воды на забое скважины без нагрева при расходе 100 м³/сут составляет лишь Т_нач=25^oС, что приводит к выпадению парафина в призабойной зоне пласта.For example, water is pumped into a formation saturated with paraffin oil with a paraffin deposition temperature of 45 ^{° C.} The temperature of the injected water should exceed this value. The temperature of the injected water at the bottom of the well without heating at a flow rate of 100 m ³ / day is only T _beg = 25 ^o C, which leads to the precipitation of paraffin in the bottomhole formation zone.

Используют предлагаемое устройство для нагрева воды, закачиваемой в скважину с мощностью W = 105 кВт. Теплоемкость воды принимают равной 1 кал/(г•^oС). Температуру воды после нагревателя определяют по формуле (2):

.Use the proposed device for heating water pumped into the well with a power of W = 105 kW. The heat capacity of water is taken equal to 1 cal / (g • ^o C). The temperature of the water after the heater is determined by the formula (2):

.

Из формулы видно, что контрольное определение температуры воды после нагревателя, равное 46,7^oС, удовлетворяет условию превышения температуры выпадения парафина 45^oС и закачка воды в пласт допустима, тогда как нагнетание воды без нагрева при начальной температуре 25^oС нарушило бы коллекторские свойства пласта, превратив его в непроницаемый.It can be seen from the formula that a control determination of the water temperature after the heater, equal to 46.7 ^o С, satisfies the condition of exceeding the temperature of precipitation of paraffin 45 ^o С and water injection into the reservoir is acceptable, while pumping water without heating at an initial temperature of 25 ^o С would violate the reservoir formation properties, turning it into impenetrable.

Предложенное техническое решение позволяет сократить объем и упростить монтажные работы, повысить надежность работы забойного водонагревателя. Это дает экономию затрат, равную разности между стоимостью подземного ремонта скважины со спуском и подъемом известного нагревателя, насосно-компрессорных труб и кабеля и стоимостью отдельной операции по спуску и подъему с помощью лебедки предложенного нагревателя и кабеля, которая составляет 30-40% от стоимости подземного ремонта скважины. Исключаются затраты на повторные подземные ремонты, связанные с повреждением и пробоем кабеля, спускаемого по межтрубному пространству. Сокращается время простоя нагнетательной скважины. The proposed technical solution allows to reduce the volume and simplify installation work, increase the reliability of the bottomhole water heater. This gives a cost savings equal to the difference between the cost of underground repair of a well with the launching and lifting of a known heater, tubing and cable and the cost of a separate operation of lowering and raising with the winch of the proposed heater and cable, which is 30-40% of the cost of underground well repair. Excludes the cost of repeated underground repairs associated with damage and breakdown of the cable running down the annulus. Downtime of the injection well is reduced.

Источники информации
1. Справочная книга по добыче нефти. Под редакцией Гиматудинова Ш.К. М., Недра, с. 125-134, 1974 г.Sources of information
1. Reference book on oil production. Edited by Gimatudinova Sh.K. M., Nedra, p. 125-134, 1974

2. Авторское свидетельство СССР 381736, кл. Е 21 В 43/24, 1970 г. - прототип. 2. Copyright certificate of the USSR 381736, cl. E 21 In 43/24, 1970 - the prototype.

Claims

1. A bottom-hole water heater for an injection well, including electrodes lowered on a supply cable into a well with tubing, characterized in that the bare ends of the wires of the supply cable, separated by insulating sleeves and having the possibility of radial movement, are used as electrodes.

2. A bottom-hole water heater for an injection well according to claim 1, characterized in that the insulating sleeves are provided with U-shaped spring-loaded liners with protrusions in which electrodes are fixed, the protrusions of the sleeve interacting with the inner surface of the insulating sleeve.

3. The bottom-hole water heater for the injection well according to claim 1 or 2, characterized in that the distance between the electrodes in the upper part is greater than in the lower, and the difference in the distances between the electrodes in the upper and lower parts is determined by the formula

where r ₁ , r ₂ - the distance between the electrodes in the upper and lower parts, cm;
l is the length of the electrodes, cm;
Р _П , Р _В - specific electrical resistance of wire and water materials, Ohm • cm;
n = 3.14;
D is the diameter of the wire of the power cable, see

4. Downhole water heater for injection wells according to one of paragraphs. 1-3, characterized in that it is equipped with a compensator for the weight of the power cable.

5. Downhole water heater for injection wells according to one of paragraphs. 1-4, characterized in that as the supply cable used cable rope.

6. Downhole water heater for injection wells according to one of paragraphs. 1-5, characterized in that it is equipped with electrically conductive tubes worn on the electrodes.

7. Downhole water heater for injection wells according to one of paragraphs. 1-6, characterized in that the tubing is provided at the end of the guide funnel, and the electrodes are placed below the tubing.