соединительная муфта-нагреватель

Формула изобретения

Соединительная муфта-нагреватель, содержащая сплошной трубчатый корпус с верхней и нижней резьбой, электровводы, размещенные в стенке корпуса, и расположенный внутри корпуса тепловой датчик, рабочий элемент которого электро- и теплоизолирован от корпуса и соединен с источником переменного тока, отличающаяся тем, что тепловой датчик выполнен в виде многослойного покрытия, которое включает последовательно нанесенные на внутреннюю поверхность стенки корпуса, например, методом плазменного напыления теплоизолирующий слой циркония, электроизолирующий слой оксида алюминия и слой электропроводящей керамики, причем последний используется в качестве рабочего элемента, а длина корпуса превышает его внутренний диаметр не менее чем в 30 раз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для предотвращения образования парафиновых пробок в насосно-компрессорных трубах (НКТ) при эксплуатации нефтяных скважин, а также для предупреждения замерзания газового конденсата в газопроводах при транспортировке газа на большие расстояния в условиях Севера.

Известна стандартная соединительная муфта, используемая в буртовой технике [1] . Муфта содержит сплошной трубчатый корпус с верхней и нижней резьбой. Муфта предназначена исключительно для соединения труб и не несет какой бы то ни было другой функциональной нагрузки. Чтобы избежать образования парафиновых пробок в НКТ в процессе эксплуатации нефтяных скважин при температуре ниже 37^oC (температура парафинообразования), необходимо использование дополнительных технических средств, что приводит к усложнению и удорожанию работ.

Известен электрический скважинный нагреватель [2], устанавливаемый между секциями НКТ, который содержит сплошной трубчатый корпус, электровводы, размещенные в стенке корпуса, и тепловой датчик, выполненный в виде перфорированной трубы, расположенной концентрично внутри корпуса, на которой установлен рабочий элемент в виде ленточной спирали, соединенный через контакты, подводящие провода, электровводы и кабель с источником переменного тока.

Недостатком нагревателя является невысокий КПД. Это связано с тем, что, во-первых, на участке прогрева объем откачиваемой нефти увеличивается за счет заполнения ею полости корпуса через отверстия в трубе теплового датчика и, следовательно, увеличивается расход электроэнергии для достижения необходимой температуры прогрева, во-вторых, большая часть выделяемой спиралью тепловой энергии расходуется вхолостую на нагревание корпуса и окружающей среды.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по своей технической сущности и достигаемому эффекту является устройство - скважинный нагреватель [3], принятый нами за прототип.

Нагреватель содержит составной трубчатый корпус с верхней и нижней резьбой для соединения с секциями колонны НКТ, электровводы, размещенные в стенке корпуса, и тепловой датчик, рабочий элемент которого выполнен в виде набора ламп инфракрасного излучения. Рабочий элемент через контакты, подводящие провода, электровводы и кабель соединяется с источником переменного тока.

Корпус имеет внутреннюю и наружную стенки. Внутренняя стенка выполнена из кварцевого стекла, а наружная имеет три (считая в радиальном направлении от оси наружу) составных элемента: алюминиевый экран-отражатель с отшлифованной внутренней поверхностью, теплоизолятор из асбеста и охранный металлический кожух корпуса. Излучающие лампы размещены в кольцевой цилиндрической полости между внутренней и наружной стенками корпуса и герметически закрыты с торцов крышками. Для предотвращения перегрева ламп полость заполнена охлаждающей жидкостью

Недостаток рассмотренного нагревателя состоит в отсутствии непосредственного контакта между рабочим элементом и нагреваемой нефтью, что снижает эффективность прогрева.

Кроме того, нагреватель имеет довольно сложную (составной корпус, лампы) конструкцию, что снижает эксплуатационную надежность устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности и эксплуатационной надежности работы устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве [3] тепловой датчик выполнен в виде многослойного покрытия на внутренней поверхности стенки сплошного трубчатого корпуса, которое включает последовательно нанесенные на стенку корпуса (например, методом плазменного напыления) теплоизолирующий слой циркония, электроизолирующий слой оксида алюминия и слой электропроводящей керамики.

На чертеже показано предлагаемое устройство (соединительная муфта-нагреватель), разрез.

Устройство содержит сплошной трубчатый корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 резьбой, электровводы 4, размещенные в стенке корпуса 1, и тепловой датчик, выполненный в виде многослойного покрытия, которое включает последовательно нанесенные на внутреннюю поверхность 5 стенки корпуса 1 (например, методом плазменного напыления) теплоизолирующий слой 6 циркония, электроизолирующий слой 7 оксида алюминия и слой 8 электропроводящей керамики, который используется в качестве рабочего элемента теплового датчика и через контакты 9, подводящие провода 10, электровводы 4 и кабель 11 соединен с источником переменного тока (не показан). Длина корпуса 1 превышает его внутренний диаметр не менее чем в 30 раз.

Устройство работает следующим образом.

Корпус 1 устанавливается между соединяемыми трубами и закрепляется с помощью верхней 2 и нижней 3 резьб. Количество устанавливаемых муфт определяется длиной интервала, подлежащего прогреву. При включении источника питания ток через кабель 11, электровводы 4, подводящие провода 10 и контакты 9 подается на рабочий элемент (слой 8 электропроводящей керамики). Электропроводящая керамика 8 нагревается равномерно, независимо от места расположения контактов 9. Благодаря электроизоляции (слой 7 оксида алюминия) и теплоизоляции (слой 6 циркония) слоя 8 проводящей керамики от корпуса 1 практически вся тепловая энергия, выделяемая рабочим элементом, равномерно распределяется внутри корпуса 1. Выполнение условия, согласно которому длина корпуса 1 превышает его внутренний диаметр не менее чем в 30 раз, обеспечивает повышение температуры нагреваемого агента на 10^oC при дебите прохождения последнего через устройство 30 т в сутки и мощности источника переменного тока 6 - 8 кВт. Такой режим достаточен для предотвращения парафинообразования при эксплуатации нефтяных скважин через НКТ. При необходимости этот режим может быть изменен путем изменения количества муфт-нагревателей, устанавливаемых на единицу длины интервала прогрева, и мощности источника переменного тока, т.е. режим может быть настроен на решение конкретной задачи, в частности на предупреждение замерзания газового конденсата в газопроводах при транспортировке газа на большие расстояния в условиях Севера.

Источники информации

1. Григорян Н. Н. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам. -М.: Недра, 1970, с. 197.

2. Golby F. Elektric oil well heater. Патент США N 2615114.

3. Siewers W.E. Heated well production string. Патент США N 2954826.