RU198341U1 - Устройство для термохимической обработки скважин - Google Patents

Abstract

Полезная модель может быть использована для расплавления и очистки от асфальтеносмолопарафиновых или парафиногидратных отложений внутри насосно-компрессорных труб нефтяных и газовых скважин. Устройство для термохимической обработки скважин включает теплоноситель химически активного вещества в виде цельного цилиндра, полученного литьём или экструзией. Теплоноситель состоит из головной и хвостовой частей, выполненных в виде цельных цилиндров, имеющих полимерное многослойное покрытие и соединённых между собой резьбой в единое целое. Химически активное вещество выполнено металлическим, способным реагировать с соляной кислотой с выделением тепла и газа, а полимерное многослойное покрытие выполнено с возможностью образования при высыхании плотной оболочки, растворяемой при взаимодействии с соляной кислотой. Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства за счет полного выделения тепла, заложенного в устройстве в нужном для этого интервале, с расплавлением максимального объёма отложений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель может быть использована для расплавления и очистки от асфальтеносмолопарафиновых или парафиногидратных отложений внутри насосно-компрессорных труб (НКТ) нефтяных и газовых скважин.

На стенках насосно-компрессорных труб (НКТ) и промыслового оборудования во время эксплуатации откладываются высокомолекулярные парафины, асфальтены и смолы, входящие в состав нефти, в результате чего живое сечение уменьшается и дебит падает. Особенно ярко это проявляется при добыче тяжёлой и вязкой нефти, когда происходит быстрое забивание НКТ асфальтеносмолопарафиновыми или парафиногидратными отложениями (АСПО), в результате чего межремонтный период скважин сокращается. В определённый момент скважины забиваются АСПО настолько, что возможна самопроизвольная её остановка, при этом капитальный ремонт становится проблемой.

Для ликвидации данной проблемы применяются различные методы:

1. Механический способ – сводится к механическому соскабливанию парафина со стенок насосно-компрессорных труб различного рода скребками и выносе срезанного парафина потоком добываемого флюида. Недостатками является возможность обрыва проволоки, на которой спускается скребок, а также «подброс» скребка с последующим запутыванием проволоки. Кроме того, прилегание лезвия к поверхности НКТ не является полным, что не позволяет удалять полностью центры кристаллообразования парафина.

2. Тепловой способ осуществляется преимущественно методом прогрева скважин с помощью агрегата для депарафинизации (АДПМ), путём прямой закачки горячей нефти в трубное пространство спущенных промывочных труб и возвращение её по «малому» затрубу в приёмную ёмкость. Обработка скважин горячей нефтью малоэффективна ввиду того, что нефть имеет малую теплоёмкость и быстро остывает, кроме того, требуется привлечение дополнительной автотранспортной техники (автоцистерн) для подвоза нефти, подаваемой на промывку и привлечение объёмов товарной нефти. Применяется также очистка скважин с помощью греющего кабеля, однако при этом расплавленный парафин, поднимаясь вверх, застывает и не позволяет поднять кабель без обрыва.

3. Химические методы (промывка растворителями) являются одними из эффективными, в частности обработка гексаном или толуолом. В настоящее время применяются в ограниченном масштабе, так как имеют достаточно высокую стоимость, токсичны и пожароопасны.

4. Термохимический метод ликвидации отложений парафина выгодно отличается от существующих, поскольку:

1) позволяет доставлять теплоноситель в виде устройства, и производить выделение тепла только в интервалах нахождения отложений;

2) не забивает насосно-компрессорные трубы остатками устройств, потому что теплоноситель, как и оболочка, растворяется в кислоте без остатка;

3) продукты реакции являются водорастворимыми, не опасными для человека и окружающей среды.

Из существующего уровня техники известно устройство для термохимической обработки скважин (Патент РФ № 2098605. Приоритет 26.07.1995 г.), включающее корпус, выполненный в виде полой перфорированной трубки из алюминия, кальция или другого щелочноземельного металла, имеющий замок в виде расширения на одном конце трубки. Концы трубки залиты легкоплавким водоотталкивающим составом, а химически активное вещество представлено смесями отдельных компонентов щелочных и/или щелочноземельных металлов, или отдельными экструзивными элементами, упомянутых металлов или их расплавом. Отверстия перфорации залиты легкоплавким водоотталкивающим составом. На практике данный патент был реализован в виде устройства из алюминиевой трубки, с развальцованным концом для соединения, заполненной цилиндром из металлического натрия. Перед подачей в скважину необходимо было произвести частичное освобождение теплоносителя от изолирующего покрытия, после чего, при погружении, происходило взаимодействие натрия с водой, входящей в состав скважинной жидкости. При обводнённости в скважине менее 10%, объём воды подавался с устья дополнительно.

Недостатком устройства является то, что мощность тепловыделения при реакции металлического натрия с водой относительно невелика, что не даёт 100% вероятность полного растворения алюминиевого корпуса устройства, а, следовательно, может иметь место засорение НКТ непрореагировавшими остатками. Кроме того, снятие изоляционного покрытия с активного металла ведёт к началу реакции с водой на этапе спуска, а, следовательно, потери части тепловой энергии, что делает необходимым использования большего объёма устройств, для обработки скважины. Заявленные в указанном патенте перфорированные трубки из кальция технически трудновыполнимы и не могут быть без изолирующей оболочки, т.к. кальций бурно реагирует с водой, входящей в состав скважинной жидкости.

Известен аналог в виде устройства для удаления парафиновых или гидратных отложений в скважине (Патент РФ № 2122628. Приоритет 20.06.1997 г.), состоящего из корпуса, выполненного из цельного массива щелочного или щелочноземельного металла и имеющее изолирующее покрытие. В качестве покрытия применены алюминиевая или цинковая фольга, или алюминиевая или цинковая фольга с нанесенным на поверхность слоем битума или консистентной смазки с утяжелителем. Изготовленное устройство представляет собой пруток металлического натрия, имеющий различное поперечное сечение в виде: цилиндра, квадрата, овала или кольца, завёрнутый в указанное выше изолирующее покрытие. Перед применением производится ручная перфорация изолирующего покрытия, подача через лубрикатор в НКТ и далее реакция с водой скважинной жидкости.

Недостатком данного устройства является то, что перфорация наносится вручную и не имеет достаточного и регулярного расположения, следовательно, реакция активного химического элемента будет протекать не равномерно и медленно. Кроме того, металлический натрий устройства реагирует с водой на этапе спуска, теряя тепловую энергию, при этом образующиеся пузыри газа выталкивают устройства, замедляя их погружение. Плотность натрия составляет 0,96 г/см³, поэтому для погружения устройств в НКТ, приходилось использовать утяжелители в виде мелкодисперсного металла, песка или солей металлов, что вело к загрязнению внутреннего пространства НКТ. Кроме того, практика показала, что теплоноситель в виде натрия является пожароопасным, шарики натрия, всплывая на устье, на воздухе, самопроизвольно воспламеняются, что без дальнейшего догашевания их в воде может привести к воспламенению нефти.

В качестве ближайшего аналога – прототипа принято устройство для термохимической обработки скважин (Патент РФ на ПМ № 97165. Приоритет 11.05.2010 г.), включающее металлический корпус в виде полой перфорированной трубки из алюминия, заполненной химически активным веществом, где в качестве химически активного вещества применен металлический кальций в виде цельного цилиндра, полученный литьем, экструзией или прессованием, на торцах которого имеется наружная и внутренняя резьба с навинченными крышками, головной и хвостовой. Данное устройство позиционировалось авторами как универсальное, то есть позволяющее применение, как внутри НКТ при расплавлении отложений парафина, так и для выделения тепла внутри НКТ с передачей его через стенку для разложения газогидратов в межтрубном пространстве. Но практика показала, что это далеко не так.

В части применения внутри НКТ недостатки прототипа следующие:

1. Сквозная перфорация на обечайке устройства приводит к тому, что реакция активного наполнителя с технологическим раствором в скважине, особенно при малой плотности последнего, начинается на этапе спуска, до достижения нужной глубины. Это влечёт потерю определённого процента тепловой энергии.

2. Массивная головная крышка и корпус обечайки, не растворяющиеся полностью, при реакции ведёт к нерациональному перерасходу металла и к засорению НКТ остатками устройства, что является аварийной ситуацией.

3. Не герметичность конструкции устройства приводит к началу реакции теплоносителя со скважинной жидкостью, особенно это ярко выражается при отсутствии в её составе хлористого кальция, являющегося ингибитором взаимодействия с теплоносителем. В пресной воде запускается термохимическая реакция в виде мощного выделения газа и фонтанирования жидкости.

Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: Устройство для термохимической обработки скважин включает в себя теплоноситель химически активного вещества в виде цельного цилиндра, полученного литьём или экструзией.

Техническими проблемами заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы устройства за счёт сохранения тепловой энергии до нужного интервала применения, технологичности производства и сборки, а также безопасности использования.

Техническая проблема решается тем, что устройство для термохимической обработки скважин, включающее в себя теплоноситель химически активного вещества в виде цельного цилиндра, полученного литьём или экструзией, отличается от прототипа тем, что теплоноситель состоит из головной и хвостовой частей, выполненных в виде цельных цилиндров, имеющих полимерное многослойное покрытие и соединённых между собой резьбой в единое целое. При этом головная часть устройства имеет конус на переднем торце, а хвостовая часть состоит, по меньшей мере, из одного цельного цилиндра. При этом химически активное вещество выполнено металлическим, способным реагировать с соляной кислотой с выделением тепла и газа, а полимерное многослойное покрытие выполнено с возможностью образования при высыхании плотной оболочки, растворяемой при взаимодействии с соляной кислотой.

На чертеже показано устройство с продольным (фиг.1) и поперечным разрезом (фиг.2). Устройство для термохимической обработки скважин включает в себя теплоноситель химически активного вещества, состоящий из головной 1 и хвостовой 2 частей, имеющих на задних торцах нарезанную внутреннюю резьбу, при этом на переднем торце головной части 1 имеется конус 3, раздвигающий объём скважинной жидкости и уменьшающий её сопротивление при погружении. Обе части 1, 2 представляют собой цельные цилиндры активного металла – наполнителя 4, с нарезанной на торцах наружной и внутренней резьбой для их взаимного соединения в единое целое. Причем хвостовая часть 2 состоит, по меньшей мере, из одного цельного цилиндра в зависимости от высоты лубрикатора (на фиг. не показан). Цилиндры получены литьём или экструзией, например, из металлического кальция или смеси кальция с алюминиевой крошкой или стружкой. Плотность химически активного вещества может составлять, к примеру, 1,55 – 1,9 г/см³. Интервал размеров устройства может быть, например: диаметр 30 – 40 мм при длине 250 – 500 мм. Поверхность каждой части 1, 2 покрыта многослойным полимерным покрытием 5. На поверхности стянутых цилиндров отсутствуют алюминиевые обечайки и массивные крышки. Поверхность покрытия 5 каждой части 1, 2 предлагаемого устройства представляет собой полимерный состав, состоящий, например, из масла трансформаторного по ГОСТ 982-80 и загустителя. В качестве последнего возможно использование, например, как полиэтилена в гранулах типа ПЭ2НТ22-12 или ПЭ2НТ11-9, так и церезина марок 80, 75, 67 в брикетах, применяемого для антикоррозийной защиты автомобилей. Данная рецептура наносится на периметр каждой части 1, 2 устройства многократно, слой за слоем, образуя при высыхании плотную полимерную многослойную оболочку – покрытие 5. Полученное покрытие 5 является герметичным, предохраняя активный металл теплоносителя (наполнителя) 4 от взаимодействия с водой, входящей в состав скважинной жидкости. Растворение нанесённого на поверхность устройства покрытия 5 происходит при взаимодействии с соляной кислотой, подаваемой следом за загруженными внутрь насосно-компрессорных труб устройствами. Кислота растворяет полимерную оболочку покрытия 5 и бурно взаимодействует с материалом теплоносителя 4, выделяя при реакции большое количество тепла и газа.

Устройство работает следующим образом. Для подачи устройства внутрь насосно-компрессорных труб скважины используется лубрикатор (на фиг. не показан) – герметизирующее устройство, используемое при cпуске (подъёме) глубинных приборов в скважину c избыточным устьевым давлением. Стравив остаточное давление и открутив резьбовую крышку, закрывающую вход в лубрикатор, внутри его помещают собранное устройство, длина которого, а, следовательно, и количество соединяемых цилиндрических частей зависит от высоты лубрикатора. Затянув крышку и открыв центральную задвижку, фонтанной арматуры устройство попадает в НКТ, погружаясь в скважинной жидкости под собственным весом. Спуск происходит до сужения живого сечения меньше диаметра устройства в интервале залегания отложений, где движение устройство прекращается. Далее через лубрикатор подаётся ингибированная соляная кислота с помощью кислотовоза или вручную. За счёт более высокой плотности кислота замещает более легкую скважинную жидкость и опускается в НКТ до интервала нахождения устройств. После растворения полимерной оболочки покрытия кислота реагирует с металлом теплоносителя, выделяя при этом большое количество тепла и газа. Парафин, находящийся в виде отложений, под действием высокой температуры реакции расплавляется и вместе с водорастворимыми продуктами реакции выталкивается с помощью электрический центробежный насос или пластовым давлением на устье, где собирается в приёмную ёмкость для дальнейшей утилизации. Таким образом, производится профилактический ремонт скважины при уменьшении дебита добычи нефти. При ликвидации «глухой» пробки парафина в НКТ требуется большее количество циклов загрузки и, следовательно, большой объём реагентов.

Техническим результатом является полное выделение тепла, заложенное в устройствах в нужном для этого интервале, с расплавлением максимального объёма отложений. Герметичное покрытие устройства делает невозможным реакцию воды из скважинной жидкости с теплоносителем на этапе спуска и делает безопасным и эффективным их применение при ремонте скважин. Отсутствие алюминиевой обечайки, массивных деталей и различного рода утяжелителей, исключает вероятность засорения НКТ непрореагировавшими остатками и, следовательно, создание аварийной ситуации.

Claims (3)

1. Устройство для термохимической обработки скважин, включающее теплоноситель химически активного вещества в виде цельного цилиндра, полученного литьём или экструзией, отличающееся тем, что теплоноситель состоит из головной и хвостовой частей, выполненных в виде цельных цилиндров, имеющих полимерное многослойное покрытие и соединённых между собой резьбой в единое целое, причём химически активное вещество выполнено металлическим, способным реагировать с соляной кислотой с выделением тепла и газа, а полимерное многослойное покрытие выполнено с возможностью образования при высыхании плотной оболочки, растворяемой при взаимодействии с соляной кислотой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что головная часть устройства имеет конус на переднем торце.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что хвостовая часть состоит, по меньшей мере, из одного цельного цилиндра.

Images