RU2580859C1

RU2580859C1 - Device for thermal impact on oil reservoir

Info

Publication number: RU2580859C1
Application number: RU2015110117/03A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Сазонович Коротеев
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-04-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil industry and is intended for production of high viscous oil by means of thermal action on oil formations at supply of heat carrier in them. Device for thermal impact on oil formation, containing three-phase power supply, three pressure pipes for supply of heat carrier to be placed in the well, and electric heater. Electric heater has three cores from metal with low specific resistance, to which phases of three-phase power supply are connected. At that, each conductor electric heater so is arranged inside its discharge pipe, that between core and discharge tube gap is formed for supply of heat carrier, lower ends of three conductors are connected at one point. Each pressure pipe includes inner layer of flexible electro-insulating material, external layer of flexible metal braiding and intermediate layer of flexible heat insulating material.

EFFECT: technical result of the present invention consists in ensuring easy installation and operation, possibility to use in curved wells of small diameter.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для добычи высоковязкой нефти посредством теплового воздействия на нефтяные пласты при подаче в них рабочего вещества (теплоносителя).The invention relates to the oil industry and is intended for the production of highly viscous oil through thermal action on oil reservoirs when they supply a working substance (coolant).

Известно устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт (патент РФ №2204696, 20.05.2003), содержащее одну напорную трубу для подачи воды в пласт и забойный водонагреватель, включающий электроды, спущенные на питающем кабеле в скважину с насосно-компрессорными трубами, в качестве электродов использованы оголенные концы проводов питающего кабеля, разведенные изолирующими втулками и имеющие возможность радиального перемещения. Нагрев воды осуществляется между оголенными электродами. Известное устройство не предназначено для нагрева воды до температуры, при которой вода превращается в пар.A device is known for thermal action on an oil reservoir (RF patent No. 2204696, 05.20.2003), containing one pressure pipe for supplying water to the reservoir and a bottom-hole water heater including electrodes lowered on a supply cable into a well with tubing as electrodes used the bare ends of the wires of the supply cable, separated by insulating bushings and having the ability to radial movement. Water is heated between exposed electrodes. The known device is not intended to heat water to a temperature at which water turns into steam.

Известен способ нагрева нагнетательной жидкости в стволе скважины для вытеснения нефти из пласта (патент РФ №2450121, 2010 г.). Согласно этому способу в скважине расположен напорный трубопровод. На внешней поверхности этого трубопровода герметично расположены кольцевые электрические нагреватели. Вода из трубопровода затекает в нагреватель, нагревается и вытекает обратно в трубопровод. Таким образом, осуществляется последовательный нагрев воды до заданной температуры на выходе из напорного трубопровода в призабойной зоне. Затем горячая вода поступает в нефтяной пласт через перфорационные отверстия, где нагревает нефть, снижая ее вязкость.A known method of heating the injection fluid in the wellbore to displace oil from the reservoir (RF patent No. 2450121, 2010). According to this method, a pressure pipe is located in the well. On the outer surface of this pipeline, ring-shaped electric heaters are sealed. Water from the pipeline flows into the heater, heats up and flows back into the pipeline. Thus, the water is sequentially heated to a predetermined temperature at the outlet of the pressure pipe in the bottomhole zone. Then hot water enters the oil reservoir through the perforations, where it heats the oil, reducing its viscosity.

К недостаткам устройства можно отнести:The disadvantages of the device include:

- относительно невысокую конечную температуру нагретой воды (согласно описанию вода нагревается до 75 градусов);- a relatively low final temperature of the heated water (according to the description, the water is heated to 75 degrees);

- неэффективность нагрева воды кольцевым нагревателем вследствие малой поверхности взаимодействия с водой;- inefficiency of heating water with a ring heater due to the small surface of interaction with water;

- использование только одной фазы трехфазной сети, вызывающее нежелательный перекос фаз;- the use of only one phase of a three-phase network, causing an undesirable phase imbalance;

- технические трудности при увеличении количества кольцевых нагревателей и их суммарной мощности.- technical difficulties in increasing the number of ring heaters and their total power.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является известное из патента РФ №2499162 С1, 20.11.2013, устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт, содержащее трехфазный источник питания, три напорные трубы для подачи теплоносителя, выполненные с возможностью размещения в скважине, и электрический нагреватель. При этом каждая труба напорного тракта является одновременно напорным трубопроводом, нагревателем воды и токоподводом к нагревателю. Недостатками наиболее близкого аналога являются сложность его монтажа в скважине и невозможность его применения в скважинах небольшого диаметра. Сложность монтажа удорожает стоимость закачки теплоносителя и приводит к потере в добыче нефти, связанной с увеличением простоя. Во время спуска труб в скважину при помощи известного метода, когда трубу спускают, постепенно навинчивая участки длиной 10 м друг на друга, существует возможность повреждения труб в местах соединения, особенно при спуске в искривленную скважину, что при дальнейшей эксплуатации приводит к прогоранию участков трубы и нарушению работы устройства, поскольку каждая труба напорного тракта является одновременно напорным трубопроводом, нагревателем воды и токоподводом к нагревателю.The closest analogue of the present invention is known from RF patent No. 2499162 C1, 11/20/2013, a device for thermal exposure of an oil reservoir containing a three-phase power source, three pressure pipes for supplying coolant, made with the possibility of placement in the well, and an electric heater. At the same time, each pipe of the pressure path is simultaneously a pressure pipe, a water heater and a current lead to the heater. The disadvantages of the closest analogue are the complexity of its installation in the well and the impossibility of its use in wells of small diameter. The complexity of installation increases the cost of pumping coolant and leads to a loss in oil production associated with increased downtime. During the descent of pipes into the well using the well-known method, when the pipe is lowered, gradually screwing sections of 10 m in length onto each other, there is the possibility of damage to the pipes at the joints, especially when descending into a curved well, which during further operation leads to burning of pipe sections and disruption of the operation of the device, since each pipe of the pressure path is simultaneously a pressure pipe, a water heater and a current lead to the heater.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.The task of the invention is to remedy the above disadvantages.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении удобства его монтажа и эксплуатации, а также в возможности применения в искривленных скважинах небольшого диаметра.The technical result of the invention is to ensure the convenience of its installation and operation, as well as the possibility of use in small bored wells.

Для решения поставленной задачи и обеспечения технического результата предлагается устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт, содержащее трехфазный источник питания, три напорные трубы для подачи теплоносителя, выполненные с возможностью размещения в скважине, и электрический нагреватель. При этом электрический нагреватель содержит три жилы из металла с низким удельным сопротивлением, к которым подведены фазы от трехфазного источника питания, при этом каждая жила электрического нагревателя таким образом размещена внутри своей напорной трубы, что между жилой и напорной трубой образуется зазор для подачи теплоносителя, причем нижние концы трех жил соединены в одной точке. Каждая напорная труба включает внутренний слой из гибкого электро-теплоизоляционного материала, наружный слой из гибкой металлической оплетки и промежуточный слой из гибкого теплоизоляционного материала.To solve this problem and provide a technical result, a device is proposed for thermal action on an oil reservoir containing a three-phase power source, three pressure pipes for supplying a heat carrier, arranged to be placed in a well, and an electric heater. In this case, the electric heater contains three conductors made of metal with low resistivity, to which the phases from the three-phase power supply are connected, each core of the electric heater is thus placed inside its pressure pipe, so that a gap is formed between the core and pressure pipe for supplying coolant, the lower ends of the three cores are connected at one point. Each pressure pipe includes an inner layer of flexible heat-insulating material, an outer layer of flexible metal sheath and an intermediate layer of flexible heat-insulating material.

Три напорные трубы могут быть размещены в гибком металлическом кожухе.Three pressure pipes can be placed in a flexible metal casing.

Каждая жила электрического нагревателя может быть выполнена в виде цилиндрического стержня из меди или алюминия или их сплавов.Each core of the electric heater can be made in the form of a cylindrical rod made of copper or aluminum or their alloys.

Каждая жила электрического нагревателя может быть выполнена в виде стержня с поперечным сечением, уменьшающимся к забою.Each core of the electric heater can be made in the form of a rod with a cross section decreasing towards the bottom.

Промежуточный слой напорной трубы может быть выполнен из гибкого теплоизоляционного материала - базальтового волокна.The intermediate layer of the pressure pipe can be made of flexible heat-insulating material - basalt fiber.

В призабойной части скважины три напорные трубы могут быть объединены коллектором, в котором концы трех жил соединены в одной точке, при этом коллектор снабжен выходным патрубком, проходящим через пакер в забой.In the near-well part of the well, three pressure pipes can be combined by a collector, in which the ends of the three cores are connected at one point, while the collector is equipped with an outlet pipe passing through the packer into the face.

В качестве теплоносителя может быть использована вода, преобразующаяся в пар.As the coolant can be used water that is converted into steam.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На Фиг. 1 схематично показано устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт.In FIG. 1 schematically shows a device for thermal exposure of an oil reservoir.

На Фиг. 2 изображен поперечный разрез варианта устройства, когда напорные трубы размещены в гибком металлическом кожухе.In FIG. 2 is a cross-sectional view of an embodiment of the device when pressure pipes are housed in a flexible metal casing.

Устройство содержит трехфазный источник питания 1, три идентичные напорные трубы 2 для подачи теплоносителя, выполненные с возможностью размещения в скважине, снабженной обсадной трубой 3, и электрический нагреватель. При этом электрический нагреватель содержит три идентичные жилы 4 из металла с низким удельным сопротивлением (меди или алюминия или их сплавов), к которым подведены фазы (А, В, С) от трехфазного источника питания. Каждая жила 4 электрического нагревателя таким образом размещена внутри своей напорной трубы 2, что между жилой 4 и напорной трубой 2 образуется зазор 5 для подачи теплоносителя. Нижние концы трех жил на выходе из напорных труб внутри скважины соединены в одной точке (нулевой точке), это необходимо для возможности соединения жил с источником питания по электрической схеме «звезда». Каждая напорная труба 2 включает внутренний слой 6 из гибкого электро-теплоизоляционного материала, например, фторопласта (тефлона), наружный слой 7 из гибкой металлической оплетки и промежуточный слой 8 из гибкого теплоизоляционного материала (например, базальтового волокна или графитированной углеродной ткани или любого материала с высокими теплоизоляционными свойствами). Напорные трубы из трех слоев в дополнение к своей основной функции выполняют функцию изоляторов жил, подключенных к разным фазам трехфазного источника питания. Выполнение жил из металла с низким удельным сопротивлением позволяет направить большую электрическую мощность на нагрев воды, протекающей вдоль него внутри напорных труб, при этом непрерывно подаваемая вода отводит тепло от жил, исключая их перегрев. Каждая жила электрического нагревателя может быть выполнена в виде стержня с поперечным сечением, уменьшающимся к забою. При таком исполнении в конце стержня за счет увеличения его электрического сопротивления происходит значительный разогрев именно этого участка. Предлагаемая конструкция устройства обеспечивает минимизацию потерь тепла, максимально эффективный нагрев теплоносителя и получение на выходе из устройства пара с необходимыми характеристиками. Устройство содержит три электрических изолятора 9, одновременно являющиеся узлами подачи теплоносителя. При этом через каждый изолятор 9, не соприкасаясь с узлами подачи теплоносителя, проходит одна токопроводящая жила.The device contains a three-phase power source 1, three identical pressure pipes 2 for supplying coolant, configured to be placed in a well provided with a casing 3, and an electric heater. In this case, the electric heater contains three identical conductors 4 of metal with low resistivity (copper or aluminum or their alloys), to which the phases (A, B, C) from a three-phase power source are connected. Each core 4 of the electric heater is thus placed inside its pressure pipe 2, so that between the core 4 and the pressure pipe 2, a gap 5 is formed for supplying the coolant. The lower ends of the three cores at the outlet of the pressure pipes inside the well are connected at one point (zero point), this is necessary for the cores to be connected to the power source using the "star" circuitry. Each pressure pipe 2 includes an inner layer 6 of flexible electro-thermal insulation material, for example, fluoroplastic (Teflon), an outer layer 7 of flexible metal braid and an intermediate layer 8 of flexible thermal insulation material (for example, basalt fiber or graphite carbon fabric or any material with high thermal insulation properties). Pressure pipes of three layers in addition to their main function perform the function of insulators of conductors connected to different phases of a three-phase power source. The implementation of the conductors of metal with low resistivity allows you to direct a large electric power to heat the water flowing along it inside the pressure pipes, while the continuously supplied water removes heat from the veins, eliminating their overheating. Each core of the electric heater can be made in the form of a rod with a cross section decreasing towards the bottom. With this design, at the end of the rod due to an increase in its electrical resistance, a significant heating of this particular area occurs. The proposed design of the device ensures minimization of heat loss, the most efficient heating of the coolant and receiving steam at the outlet of the device with the necessary characteristics. The device contains three electrical insulators 9, which are simultaneously the supply nodes of the coolant. At the same time, through each insulator 9, without contacting the coolant supply nodes, one conductive core passes.

Устройство работает следующим образом. Погружают в скважину три напорные трубы 2 с размещенными в них жилами 4 электрического нагревателя, например, с помощью устройства для размотки из бухт. Указанные три трубы могут быть размещены в общем гибком кожухе 10, например, в гибкой металлической оплетке. В каждую напорную трубу 2, в зазоры 5 для подачи теплоносителя, подают теплоноситель (воду) с заданным расходом, например, при помощи насоса 11. Затем включают электропитание, при этом по трем жилам электрического нагревателя течет ток, разогревая их. Тепло от жил передается воде, которая ближе к выходу из труб превращается в пар. Пар воздействует на нефтяной пласт, снижая вязкость тяжелой высоковязкой нефти и повышая ее подвижность, что приводит к увеличению добычи нефти.The device operates as follows. Three pressure pipes 2 are immersed into the well 2 with the electric heater cores 4 located in them, for example, using a device for unwinding from bays. These three pipes can be placed in a common flexible casing 10, for example, in a flexible metal sheath. In each pressure pipe 2, in the gaps 5 for supplying coolant, coolant (water) is supplied at a predetermined flow rate, for example, by means of pump 11. Then, the power supply is turned on, and a current flows through the three cores of the electric heater, heating them. The heat from the veins is transferred to water, which is closer to the outlet from the pipes turns into steam. Steam acts on the oil reservoir, reducing the viscosity of heavy high-viscosity oil and increasing its mobility, which leads to an increase in oil production.

Геометрические параметры токопроводящих жил и зазора для подачи теплоносителя определяются в зависимости от решаемой задачи. Например, для получения пара с температурой 200-250°С и производительностью 2 т/час в скважине глубиной 500 м, при потребной мощности 230 кВт и фазном напряжении 220 В, диаметр медных жил составляет 9 мм, а величина зазора для подачи теплоносителя 3,5 мм, при этом плотность теплового потока от жил к воде составляет 0,16 Вт/м, а разность температур проводника и воды составляет 2°, допустимые потери давления при течении воды в трубе составляют не более 1,5 МПа (15 атмосфер).The geometric parameters of the conductive cores and the gap for supplying the coolant are determined depending on the problem being solved. For example, to produce steam with a temperature of 200-250 ° C and a productivity of 2 t / h in a well with a depth of 500 m, with the required power of 230 kW and a phase voltage of 220 V, the diameter of copper cores is 9 mm, and the gap for supplying coolant 3, 5 mm, while the density of the heat flux from the cores to the water is 0.16 W / m, and the temperature difference between the conductor and the water is 2 °, the permissible pressure loss during the flow of water in the pipe is not more than 1.5 MPa (15 atmospheres).

В одном из вариантов три трубы в призабойной части скважины могут быть объединены одним коллектором, в котором нижние концы трех жил соединены в одной точке. Коллектор может быть снабжен выходным патрубком, проходящим через пакер в забой. При такой конструкции образующийся пар будет поступать в нефтяной пласт через указанный патрубок.In one embodiment, three pipes in the near-well part of the well can be combined by one collector, in which the lower ends of the three cores are connected at one point. The collector may be equipped with an outlet pipe passing through the packer into the face. With this design, the generated steam will enter the oil reservoir through the specified pipe.

Предлагаемое изобретение позволяет упростить монтажные работы и повысить надежность работы устройства за счет использования гибких напорных труб с размещенными в них электропроводящими жилами, подключенными к разным фазам трехфазного источника питания. Изобретение может быть применено в искривленных скважинах, имеющих диаметр от 5 дюймов и выше.The present invention allows to simplify installation work and increase the reliability of the device due to the use of flexible pressure pipes with electrically conductive cores located in them, connected to different phases of a three-phase power source. The invention can be applied in deviated wells having a diameter of 5 inches or more.

Claims

1. Device for thermal action on an oil reservoir containing a three-phase power source, three pressure pipes for supplying coolant, arranged to be placed in the well, and an electric heater, characterized in that the electric heater contains three conductors made of metal with low resistivity, to by which the phases from the three-phase power source are connected, while each core of the electric heater is thus placed inside its pressure pipe, which forms between the core and pressure pipe gas supply, the lower ends of the three cores connected at one point, each pressure pipe includes an inner layer of flexible electro-thermal insulation material, an outer layer of flexible metal braid and an intermediate layer of flexible thermal insulation material.

2. The device according to claim 1, characterized in that three pressure pipes are placed in a flexible metal casing.

3. The device according to claim 1, characterized in that each core of the electric heater is made in the form of a cylindrical rod of copper or aluminum or their alloys.

4. The device according to claim 1, characterized in that each core of the electric heater is made in the form of a rod with a cross section that decreases towards the bottom.

5. The device according to claim 1, characterized in that the intermediate layer of the pressure pipe is made of basalt fiber.

6. The device according to claim 1, characterized in that in the near-bottom part of the well, three pressure pipes are connected by a collector, in which the ends of the three cores are connected at one point, while the collector is equipped with an outlet pipe passing through the packer into the bottomhole.

7. The device according to p. 1, characterized in that as the heat carrier water is used, which is converted into steam.