Способ депарафинизации оборудования нефтяных скважин и устройство для его осуществления

Способ депарафинизации оборудования нефтяных скважин и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к оборудованию нефтяных скважин и может быть использовано для поддержания в них оптимального теплового и химического режимов в целях предупреждения и ликвидации парафиногидратных отложений на внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы.

Известен электронагреватель, выполненный в виде кабеля, токоведущие жилы которого с одного конца подключены к выводам источника питания, а с другого - соединены между собой (заявка РСТ №92/08036, МПК Е 21 В 37/00, 1992 г.).

Известен электронагреватель (патент РФ №2182959 МПК Е 21 В 36/04, опубл. 27.05.2002 г. бюл. №12, 2002 г.), выполненный в виде кабеля, токоведущие жилы которого выполнены с переменным по длине электрическим сопротивлением, что дает возможность обеспечить неравномерный нагрев кабеля с учетом температуры на различных участках. Линейный нагревательный элемент включает по меньшей мере два нагревательных элемента, изолированных друг от друга, расположенных в изоляционной оболочке и подключенных к источнику питания. Как указано в описании к этому патенту, в способе депарафинизации нефтяных скважин с использованием электронагревательного линейного кабеля, опускаемого в скважину на глубину возможного парафинообразования, согласно изобретению, электронагревательный кабель предварительно нагревают до температуры, превышающей температуру плавления парафина, и опускают в скважину по мере расплавления парафина. Данные способ и устройство для его реализации взяты нами за прототип.

Недостатком технических решений (прототипа) является то, что тепловой поток, возникающий в жиле от джоулевых потерь, должен пройти через изоляцию кабеля. Это создает перепад температуры в изоляции, что вызывает необходимость применения более нагревостойких электроизоляционных материалов. Кроме того, в кабеле отсутствует капилляр, по которому в забой может подаваться химический реагент, способствующий ликвидации парафиновых отложений. При этом линейный нагревательный элемент в прототипе не может использоваться для обеспечения измерения необходимых параметров работы скважины.

Задачей изобретения является разработка способа предупреждения и ликвидации парафиногидратных и других отложений на скважинном оборудовании и внутренней поверхности насосно-компрессорных труб(НКТ), за счет одновременного воздействия тепловым полем и химическими реагентами в заданном интервале скважины при помощи геофизического кабеля, обеспечивающего передачу необходимой информации от измерительного прибора, а также разработка конструкции устройства, в котором осуществляется создание теплового потока от проволочной брони, а не от жилы для снижения класса нагревостойкости изоляции, а также возможности введения в забой химического реагента, способствующего удалению парафиновых отложений.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-ом пункте формулы изобретения общих с прототипом, таких как способ депарафинизации оборудования нефтяных скважин, включающий спуск в скважину линейного нагревательного элемента, подключенного к источнику электропитания, нагрев отложений до температуры их плавления, и не превышающую допустимую температуру нагрева изоляции токопроводящих элементов, и отличительных существенных признаков: в качестве линейного нагревательного элемента используют грузонесущий геофизический кабель с центральным капилляром, при этом в проволочной броне кабеля создают тепловое поле под воздействием высокочастотного тока, а через капилляр подают химические реагенты, способствующие разрушению отложений.

Вышеперечисленные отличительные признаки изобретения позволяют получить следующий технический результат:

- поддерживается в скважине оптимальное соотношение тепловых и химических условий, обеспечивающих более эффективную депарафинизацию скважин;

- предупреждение и ликвидация парафиногидратных и других отложений (АСПО, гидратных пробок, солеотложений) в скважинах с возможностью геофизических измерений в процессе удаления отложений при помощи устройства относящегося к оборудованию добывающих нефтяных скважин.

Поставленная задача решается с помощью устройства для осуществления вышеописанного способа депарафинизации оборудования нефтяных скважин.

Устройство для депарафинизации оборудования нефтяных скважин, согласно пункту 2 формулы изобретения, содержит признаки общие с прототипом, такие как линейный нагревательный элемент, включает, по меньшей мере, два питающих элемента, расположенных в оболочке и подключенных к источнику питания, и отличительные существенные признаки: в качестве линейного нагревательного элемента используют грузонесущий геофизический кабель, прямой и обратный проводники которого выполнены в виде металлических лент, наложенных по винтовой линии с противоположным направлением обмотки и с зазором для создания тепловых потерь в проволочной магнитной броне кабеля под воздействием высокочастотного тока, которая является тепловыделяющим элементом, при этом внутри прямого проводника кабеля расположен капилляр для подачи в скважину химических реагентов, а над обратным проводником - изоляция-подушка под броню.

Вышеперечисленные отличительные признаки изобретения позволяют получить следующий технический результат:

- поддерживается в скважине оптимальное соотношение тепловых и химических условий, обеспечивающих более эффективную депарафинизацию скважин;

- предупреждение и ликвидация парафиногидратных и других отложений в скважинах с возможностью геофизических измерений в процессе удаления отложений при помощи устройства относящегося к оборудованию добывающих нефтяных скважин;

- конструкция нагревательного элемента обеспечивает применение менее нагревостойкой изоляции за счет выделения тепла в броне, а не в жиле кабеля и одновременную подачу в скважину химического реагента, который способствует ликвидации нежелательных, в т.ч. парафиногидратных отложений;

- совместное воздействие теплового потока и химического реагента способствует более быстрому и качественному удалению парафиновых и др. отложений, препятствующих процессу добычи нефти.

Согласно пункту 3 формулы изобретения, проводники кабеля выполнены в виде обмотки с переменным шагом и переменным зазором между витками ленты по длине, для создания переменных тепловых потерь вплоть до исключения их в проволочной магнитной броне кабеля. Такое выполнение обмотки позволяет получить оптимальный тепловой поток в броне кабеля, повысить депарафинизацию скважин и обеспечивает надежность и эффективность работы линейного нагревательного элемента - грузонесущего геофизического кабеля.

Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение (способ и устройство) соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными, обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Предложенный способ депарафинизации оборудования нефтяных скважин и устройство для его реализации поясняются следующими чертежами, схемами и примером.

На фиг.1 представлен коаксиальный кабель с графиками напряженности магнитного поля; на фиг.2 показаны направления обмотки прямого и обратного проводников кабеля; на фиг.3 - поперечный разрез линейного нагревательного элемента; на фиг.4 приведена схема соотношения изменения размеров плоских проводников, зазора между ними для регулирования тепловыделения в магнитной броне; на фиг.5 приведена схема установки реализующей предлагаемый способ.

Устройство для депарафинизации оборудования нефтяных скважин (фиг.1, 2, 3, 4) содержит линейный нагревательный элемент, включающий, по меньшей мере, два питающих элемента 1, 2, расположенных в оболочке 3 (например, из полимерного материала) и подключенных к источнику питания 4 (высокочастотный или импульсный генератор).

В качестве линейного нагревательного элемента используют грузонесущий геофизический кабель, прямой 1 и обратный 2 проводники которого выполнены в виде металлических (медных, стальных и т.д.) лент, наложенных по винтовой линии с противоположным направлением обмотки и с зазором 5 для создания тепловых потерь в проволочной магнитной броне 6, 7, кабеля под воздействием высокочастотного тока, которая является тепловыделяющим элементом, при этом внутри прямого проводника 1 кабеля расположен капилляр 8 (например, из полимерного материала) для подачи в скважину химических реагентов, а над обратным проводником 3 - изоляция-подушка 9 (из полимерного материала) под броню 6, 7 в которой создается магнитное поле и происходит выделение тепла.

Коаксиальный кабель (фиг.1а) имеет прямой 1 и обратный 2 проводники. Прямой проводник создает напряженность магнитного поля B₁, обратный - B₂. Токи в прямом и обратном проводниках протекают встречно. Результирующее магнитное поле B₃ не выходит за пределы кабеля, поэтому в проволочной броне не будет потерь. (Основы кабельной техники. Учебн. пос. для вузов. Под ред. В.А.Привезенцева, М.: Энергия, - 1975, 472 с.).

Для нагрева брони (тепловых потерь при передаче тока), состоящей из стальной магнитной проволоки, необходимо создать в ней переменное магнитное поле. Это достигается тем, что плоский прямой 1 и плоский обратный 2 проводники геофизического кабеля выполнены в виде спиралей с зазором и с различным направлением обмотки (фиг.2, 4). Ток I_пр, протекающий по прямому проводу 1, и ток I_обр, протекающий по обратному проводу 2, проходят во взаимно перпендикулярном направлении, поэтому результирующая магнитная индукция B₃ не равна нулю (фиг.1б). Магнитная индукция В₄ создает потери в магнитной броне 3 (фиг.1б), из-за чего она нагревается.

Для усиления эффекта депарафинизации, в забой вводится химический реагент (например, деэмульгаторы, ингибиторы АСПО, растворители для удаления АСПО, ингибиторы коррозии, ингибиторы солеотложения - химреагенты для производства, процессов добычи, подготовки и транспорта нефти, см. Г.П.Макиенко «Пермский край для нефтегазового комплекса» изд. ООО Раритет, Пермь «Дизайн». 2005 г., с.120). Задача введения в скважину химического реагента решается путем размещения капилляра 8 внутри прямого проводника кабеля 1 (фиг.3). Химический реагент более активен при его нагревании, что и обеспечивает тепловой поток от разогретой брони кабеля.

Проводники 1, 2 кабеля выполнены в виде обмотки с переменным шагом и переменным зазором между витками ленты по длине для создания переменных тепловых потерь в броне 6, 7 кабеля. Конструкция кабеля (фиг.4) предусматривает возможность регулирования тепловыделения в магнитной броне 6, 7 за счет изменения самих элементов плоских проводников 1, 2 по ширине H1, H2 размера зазоров между проводниками 1, 2 при их намотке Δ1, Δ2, шага навивки S1, S2 и их сочетания, для обеспечения регулирования уровня тепловыделения от min до max значения.

Пример

Устройство эксплуатируется следующим образом. При помощи геофизической станции (фиг.5) кабель опускают в скважину (НКТ) 10 на период удаления парафиногидратных отложений. Участок коаксиального кабеля, расположенный между каротажным подъемником и устьем скважины, не имеет зазоров в обмотке. Конструкция кабеля включает в себя участок с минимальными тепловыми потерями 11 и участок с переменным тепловыделением 12, протяженность этих участков проектируется до изготовления кабеля заказчиком. После спуска кабеля в скважину и монтажа устьевого оборудования кабель подключают к высокочастотному или импульсному генератору 4, блоку подачи химических реагентов 13 и регистратору информации 14, поступающей от измерительного прибора 15. Осуществляют нагрев брони кабеля до температуры, необходимой для плавления отложений(например, парафина +60°С). С целью ускорения и качественной очистки НКТ от парафиногидратных отложений через капилляр в скважину подают химические реагенты, способствующие разрушению отложений (АСПО, гидратных пробок, солеотложений). При этом химические реагенты более активны при нагревании, которое обеспечивает тепловой поток брони кабеля.

С помощью кабеля одновременно производят геофизический контроль происходящих процессов в скважине, регистрируют и контролируют информацию, поступающую от измерительного прибора. После окончания процесса очистки весь комплекс может использоваться на следующем объекте.

1. Способ депарафинизации оборудования нефтяных скважин, включающий спуск в скважину линейного нагревательного элемента, подключенного к источнику электропитания, нагрев отложений до температуры их плавления, не превышающей допустимую температуру нагрева изоляции токопроводящих элементов, отличающийся тем, что в качестве линейного нагревательного элемента используют грузонесущий геофизический кабель с центральным капилляром, при этом прямой и обратный проводники кабеля выполнены в виде металлических лент, наложенных по винтовой линии с противоположным направлением обмотки и с зазором для создания тепловых потерь в проволочной магнитной броне кабеля под воздействием высокочастотного тока, а через капилляр подают химические реагенты, способствующие разрушению отложений.

2. Устройство для депарафинизации оборудования нефтяных скважин, содержащее линейный нагревательный элемент, включающий, по меньшей мере, два питающих элемента, расположенных в оболочке и подключенных к источнику питания, отличающееся тем, что в качестве линейного нагревательного элемента использован грузонесущий геофизический кабель, прямой и обратный проводники которого выполнены в виде металлических лент, наложенных по винтовой линии с противоположным направлением обмотки и с зазором для создания тепловых потерь в проволочной магнитной броне кабеля под воздействием высокочастотного тока, которая является тепловыделяющим элементом, при этом внутри прямого проводника кабеля расположен центральный капилляр для подачи в скважину химических реагентов, а над обратным проводником - изоляция-подушка под броню.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что проводники кабеля выполнены в виде обмотки с переменным шагом и переменным зазором между витками ленты по длине для создания переменных тепловых потерь вплоть до исключения их в проволочной магнитной броне кабеля.