RU2570870C1

RU2570870C1 - Electromagnetic radiator, inhibition device and method of formation of deposits and corrosion of borehole equipment

Info

Publication number: RU2570870C1
Application number: RU2014123667/03A
Authority: RU
Inventors: Валерий Георгиевич Акшенцев; Роберт Ибрагимович Алимбеков; Софья Робертовна Алимбекова; Сергей Николаевич Греков; Владимир Анатольевич Докичев; Салихьян Шакирьянович Шарипов; Алексей Сергеевич Шулаков
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2014-06-10
Publication date: 2015-12-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: plant includes an electromagnetic radiator, a two-channel generator, an electronic control unit having an output connected to the generator input, an interface unit with a submersible electric motor, sensors of parameters of a borehole medium, which are connected to the control unit. The radiator includes a core from magnetically soft high-frequency material on borehole equipment with slots, in which turns of an axial winding are arranged, an orthogonal winding, the turns of which are located perpendicular to the axis of the borehole equipment. The generator is connected with one control output to the axial winding and with the other control output to the orthogonal winding.

EFFECT: improving inhibition efficiency of formation of deposits and corrosion.

8 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к нефтегазодобывающей области, в частности - к электромагнитному излучателю, устройству и способу ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования при добыче углеводородного сырья посредством систем с электропогружными насосами (СЭПН) в осложненных условиях.The present invention relates to the oil and gas field, in particular to an electromagnetic emitter, a device and a method of inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment during the production of hydrocarbon raw materials through systems with electric submersible pumps (EPPS) in difficult conditions.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Осложненные условия при добыче углеводородного сырья характеризуются, помимо присутствия различных негативных факторов (механических примесей, газовых смесей и др.), прежде всего наличием в составе скважинного флюида (пластовой жидкости) значительного количества компонентов, обуславливающих гидратные и гидрато-углеводородные отложения.Complicated conditions for hydrocarbon production are characterized, in addition to the presence of various negative factors (mechanical impurities, gas mixtures, etc.), primarily the presence of a significant amount of components in the composition of the wellbore fluid (formation fluid) that cause hydrate and hydrate-hydrocarbon deposits.

Кроме того, в состав флюида входят компоненты, которые обуславливает интенсивную коррозию погружного оборудования и обсадной колонны скважины. Все это оказывает негативное влияние на работу СЭПН, снижает эффективность добычи скважинного флюида и приводит к отказу в работе оборудования.In addition, the composition of the fluid includes components that cause intense corrosion of the submersible equipment and the casing of the well. All this has a negative impact on the operation of the SEPS, reduces the efficiency of production of well fluid and leads to a failure in the operation of the equipment.

В сложившейся практике эксплуатации месторождений в осложненных условиях широко применяются методы искусственного воздействия на флюид, основанные на механическом, тепловом или химическом воздействии, призванные уменьшить нежелательные отложения и уменьшить вязкость добываемых углеводородов, что позволяет снизить энергозатраты. Эти методы хорошо известны, однако их применение требует сложных и затратных технологий. Следует отметить, что химические методы, обеспечивающие хорошую сходимость лабораторных и практических результатов, обладают существенными недостатками, которые заключаются в экологических рисках и высокой коррозионной активности вследствие применения активных химических ингредиентов. Такие вещества, как оксиэтилиденфосфоновая кислота и ее производные (третий класс опасности), используемые как ингибиторы отложения солей, вызывают серьезные загрязнения окружающей среды и опасны при работе с ними.In the current practice of field exploitation in complicated conditions, methods of artificial influence on the fluid are widely used, based on mechanical, thermal or chemical effects, designed to reduce unwanted deposits and reduce the viscosity of produced hydrocarbons, which reduces energy costs. These methods are well known, but their application requires complex and costly technologies. It should be noted that chemical methods that ensure good convergence of laboratory and practical results have significant disadvantages, which are environmental risks and high corrosion activity due to the use of active chemical ingredients. Substances such as hydroxyethylidenephosphonic acid and its derivatives (third hazard class), used as salt deposition inhibitors, cause serious environmental pollution and are dangerous when working with them.

Методы предотвращения коррозия скважинного оборудования также известны. В публикации Вахитов Т. М. и др. «Методы предупреждения коррозии скважинного оборудования в НГДУ» («Уфанефть», Нефтяное хозяйство, 1/2004г., с.75-75) отмечается, что основными причинами отказа СЭПН является их коррозия и засорение сульфидами железа. Там же предложены наиболее действенные методы борьбы с коррозией: использование магниево-цинковых протекторов, применение антикоррозионных покрытий, катодная защита. Однако предлагаемые решения имеют недостатки: магниево-цинковый протектор, имеющий электрохимический потенциал более отрицательный, чем сталь, обладает локальным действием; антикоррозионные покрытия недостаточно эффективны из-за ограниченного ресурса; применение катодной защиты обуславливает существенное удорожание процесса добычи, изменение конструкции скважинной компоновки и сложившейся системы подключения погружного электродвигателя (ПЭД) СЭПН, необходимы станция катодной защиты, четырехжильный кабель, дополнительные электроды и др.Methods for preventing corrosion of downhole equipment are also known. In a publication by Vakhitov T. M. et al. “Methods for Preventing Corrosion of Downhole Equipment at NGDU” (“Ufaneft”, Oil Industry, 1/2004, p. 75-75), it is noted that the main reasons for the failure of ESPs are their corrosion and clogging iron sulfides. It also proposed the most effective methods of combating corrosion: the use of magnesium-zinc protectors, the use of anti-corrosion coatings, cathodic protection. However, the proposed solutions have disadvantages: a magnesium-zinc protector having an electrochemical potential more negative than steel has a local effect; anticorrosion coatings are not effective enough due to limited resource; the use of cathodic protection leads to a significant increase in the cost of the production process, a change in the design of the well assembly and the existing system for connecting the SEPN submersible electric motor (PED), a cathodic protection station, a four-wire cable, additional electrodes, etc. are necessary.

В последнее время стало актуальным применение новых методов борьбы с нежелательными отложениями на элементах скважинного оборудования и коррозией погружного оборудования, которые заключаются в использовании электромагнитного воздействия. В процессе отложения солей на металлических поверхностях образуются химические соединения с участием элементов кристаллической решетки металла, что приводит к коррозии металла погружного оборудования.Recently, it has become relevant to use new methods of combating unwanted deposits on the elements of downhole equipment and corrosion of submersible equipment, which are the use of electromagnetic effects. In the process of salt deposition on metal surfaces, chemical compounds are formed with the participation of metal lattice elements, which leads to corrosion of the metal of the submersible equipment.

Известно, что процесс коррозии металлов имеет два механизма - химический и электрохимический, причем электрохимический процесс является преобладающим (Скорчелетти В.В. «Теоретические основы коррозии металлов», Л., Химия, 1973. 263с).It is known that the process of metal corrosion has two mechanisms - chemical and electrochemical, and the electrochemical process is predominant (Skorcheletti VV "Theoretical foundations of metal corrosion", L., Chemistry, 1973. 263с).

Известен способ ингибирования процесса электрохимической коррозии посредством формирования электромагнитной волны, раскрытый в патенте GB 2447028. Способ заключается в формировании на устье скважины стоячей электромагнитной волны, образованной интерференцией прямой и отраженной волн, таким образом, чтобы узел стоячей волны располагался в непосредственной близости от области, где требуется ингибирование процесса коррозии. Согласно описанию, способ эффективен при адекватной идентификации положения узла стоячей волны в условиях незначительного рассеивания электромагнитной энергии, то есть для случая однородной протяженной трубы в диэлектрической среде. В реальности скважинная компоновка представляет соединение разнородных элементов с множеством отражений и заполнена электропроводящим флюидом, что обуславливает значительные трудности в реализации указанного способа.A known method of inhibiting the process of electrochemical corrosion by generating an electromagnetic wave is disclosed in GB 2447028. The method consists in generating at the wellhead a standing electromagnetic wave formed by the interference of direct and reflected waves, so that the node of the standing wave is located in close proximity to the area where corrosion inhibition is required. According to the description, the method is effective in adequately identifying the position of the standing wave assembly under conditions of insignificant dispersion of electromagnetic energy, that is, for the case of a uniform long pipe in a dielectric medium. In reality, the well assembly is a combination of dissimilar elements with a multitude of reflections and is filled with an electrically conductive fluid, which leads to significant difficulties in implementing this method.

Известны также способы предотвращения кристаллизации из водных растворов солей на поверхности трубопровода путем воздействия магнитного поля. В 1946 году бельгийский инженер Т. Вермейрен запатентовал аппарат магнитной обработки воды, US 2596743.There are also known methods of preventing crystallization from aqueous solutions of salts on the surface of the pipeline by exposure to a magnetic field. In 1946, the Belgian engineer T. Vermeiren patented a magnetic water treatment apparatus, US 2596743.

Известен также способ омагничивания скважинной жидкости постоянными магнитами (см., например, В.И. Бородин и др. «Результаты использования магнитных индукторов обработки нефти при ее добыче и транспортировке», Техника и технология добычи нефти, 2004, №4). Способ позволяет существенно уменьшить скорость образования отложений на внутренней поверхности насосно-компрессорных труб, исключает применение горячих дорогостоящих промывок скважин, применение скребков и существенно снижает энергозатраты. В магнитном поле частицы отложений ориентируются вдоль силовых линий внешнего магнитного поля, но затем слипаются в результате магнитного взаимодействия и откладываются на поверхностях. Этот механизм считается недостаточно эффективным (Лесин В.И. «Нетепловое воздействие электромагнитных и акустических полей на нефть для предотвращения отложений парафинов», Техника и технология добычи нефти. 2004, №1.) Согласно данному источнику для усиления эффективности необходимо одновременно прикладывать действие сил скорости сдвига, возникающее при вибрации среды или от акустического воздействия. Создание дополнительных эффектов приведет к существенному усложнению оборудования и потребует существенных энергозатрат.There is also known a method of magnetizing well fluid with permanent magnets (see, for example, V.I. Borodin et al. “Results of using magnetic inductors of oil processing during its production and transportation”, Technique and technology of oil production, 2004, No. 4). The method allows to significantly reduce the rate of formation of deposits on the inner surface of tubing, eliminates the use of hot expensive flushing wells, the use of scrapers and significantly reduces energy costs. In a magnetic field, sediment particles are oriented along the lines of force of an external magnetic field, but then stick together as a result of magnetic interaction and are deposited on surfaces. This mechanism is considered insufficiently effective (VI Lesin, “Non-thermal effect of electromagnetic and acoustic fields on oil to prevent paraffin deposits,” Technique and technology for oil production. 2004, No. 1.) According to this source, to increase the efficiency, it is necessary to simultaneously apply the action of speed forces shear arising from vibration of the medium or from acoustic exposure. The creation of additional effects will lead to a significant complication of equipment and require significant energy costs.

Известен способ обработки вещества магнитным полем и устройство для его осуществления (см., например, RU 2155081). Способ заключается в воздействии на жидкость переменным магнитным полем посредством излучателя, содержащего установленные в корпусе соосно электромагнитную катушку и постоянные магниты. Электромагнитная катушка расположена между магнитами и подключена к генератору, который генерирует модулированные сигналы с частотой 1-200 кГц и несущей частотой 100-2000 кГц, подвергнутые девиации с частотой 1 Гц. Недостатком способа является то, что обрабатывается ограниченный объем жидкости, находящейся в статическом положении, в специальном резервуаре. К недостаткам устройства следует отнести использование излучателя довольно сложной конструкции при локальном характере его воздействия.A known method of processing a substance by a magnetic field and a device for its implementation (see, for example, RU 2155081). The method consists in exposing the liquid to an alternating magnetic field by means of an emitter containing coaxially mounted electromagnetic coil and permanent magnets installed in the housing. An electromagnetic coil is located between the magnets and is connected to a generator that generates modulated signals with a frequency of 1-200 kHz and a carrier frequency of 100-2000 kHz, subjected to deviation with a frequency of 1 Hz. The disadvantage of this method is that it processes a limited amount of fluid in a static position in a special tank. The disadvantages of the device include the use of the emitter of a rather complex design with a local nature of its impact.

Известно устройство для магнитной обработки движущихся нефтегазовых смесей (см., например, RU 2169033), которое обеспечивает магнитную активацию жидких сред. Устройство содержит герметичный корпус из немагнитного материала, в корпусе расположен магнитопровод и один кольцевой радиально намагниченный магнит. На радиальной оси кольцевого магнита в пазе на наружной поверхности корпуса размещена кольцевая вставка из ферромагнитного материала. Главный недостаток предложенного решения и решений, подобных этому, обусловлен тем, что в процессе магнитной обработки осуществляется омагничивание нефтегазовой смеси постоянными магнитами, рассмотренное выше. В магнитном поле частицы отложений ориентируются вдоль силовых линий внешнего магнитного поля, но затем слипаются в результате магнитного взаимодействия и откладываются на поверхностях.A device is known for magnetic processing of moving oil and gas mixtures (see, for example, RU 2169033), which provides magnetic activation of liquid media. The device contains a sealed housing made of non-magnetic material, a magnetic core and one annular radially magnetized magnet are located in the housing. On the radial axis of the annular magnet in the groove on the outer surface of the housing is placed an annular insert of ferromagnetic material. The main disadvantage of the proposed solution and solutions similar to this is due to the fact that in the process of magnetic processing the magnetization of the oil and gas mixture by permanent magnets is carried out, as discussed above. In a magnetic field, sediment particles are oriented along the lines of force of an external magnetic field, but then stick together as a result of magnetic interaction and are deposited on surfaces.

Ближайшим техническим решением к заявляемому способу является способ снижения твердых отложений из водонефтяной смеси в трубопроводе нефтяной скважины (см, например, RU 2432322, опубликованный 27.10.2011). Способ снижения твердых отложений, в частности, осадка, твердых парафинов и/или асфальтенов из водно-нефтяной смеси в трубопроводах для нефтяной скважины заключается в формировании на устье скважины высокочастотного электрического поля посредством излучателя. Это поле распространяется по водонефтяной смеси в трубе, под действием поля в смеси образуются гомогенные затравочные кристаллы, на которые осаждаются частицы асфальтенов и/или твердых парафинов. Смесь в таком виде переносится по трубе. Достигаемый технический результат заключается в снижении отложений осадка на внутренней поверхности трубопровода в результате образования гомогенных затравочных кристаллов под действием распространяющегося электромагнитного поля.The closest technical solution to the claimed method is a method of reducing solid deposits from a water-oil mixture in an oil well pipeline (see, for example, RU 2432322 published on 10.27.2011). A method for reducing solid deposits, in particular sediment, solid paraffins and / or asphaltenes from a water-oil mixture in pipelines for an oil well, consists in forming a high-frequency electric field at the wellhead by means of an emitter. This field propagates through the water-oil mixture in the pipe; under the influence of the field, homogeneous seed crystals are formed in the mixture, on which particles of asphaltenes and / or solid paraffins are deposited. The mixture in this form is transferred through the pipe. The technical result achieved is to reduce sediment deposits on the inner surface of the pipeline as a result of the formation of homogeneous seed crystals under the influence of a propagating electromagnetic field.

К недостаткам указанного способа следует отнести его низкую эффективность с точки зрения защиты погружного оборудования. При размещении излучателя вблизи устья скважины, он будет находиться на достаточно большом удалении, от 500 м до 2000 м, от скважинной СЭПН. Поскольку распространение электромагнитного поля осуществляется в электропроводящей среде, то энергия электромагнитной волны, затухание которой пропорционально квадрату расстояния и обратно пропорционально диэлектрической проницаемости среды, будет ничтожно мала в зоне СЭПН и продуктивного пласта. Эта энергия будет недостаточна для ингибирования процесса формирования отложений и защиты от коррозии. Для размещения излучателя вблизи скважинной СЭПН потребуется прокладка отдельной кабельной линии для подключения к генератору, что сопряжено с дополнительным усложнением конструкции колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Также к недостаткам указанного способа следует отнести ограниченность вариаций электромагнитных воздействий.The disadvantages of this method include its low efficiency in terms of protection of submersible equipment. When the emitter is placed near the wellhead, it will be at a sufficiently large distance, from 500 m to 2000 m, from the borehole SPEC. Since the propagation of the electromagnetic field is carried out in an electrically conductive medium, the energy of the electromagnetic wave, the attenuation of which is proportional to the square of the distance and inversely proportional to the dielectric constant of the medium, will be negligible in the zone of the SES and the reservoir. This energy will not be sufficient to inhibit the formation of deposits and protect against corrosion. To place the emitter near the borehole EPRS, it will be necessary to lay a separate cable line to connect to the generator, which is associated with an additional complication of the design of the tubing string string. Also the disadvantages of this method include the limited variation of electromagnetic effects.

Наиболее близким к заявляемому устройству является установка для обработки текущих сред (см., например, US 5935433, опубликованный 10.08.1999), например, кондиционирования воды в трубопроводе, которая препятствует образованию отложений на стенках трубопровода. Установка содержит излучатель, состоящий из сердечника, выполненного из высокочастотного магнитопроводящего материала и имеющего форму тороидального сердечника, и первичную обмотку, намотанную на этот сердечник ортогонально оси трубопровода. Вторичная обмотка сформирована участком трубопровода между контактными терминалами. К излучателю подключен генератор, который формирует магнитное поле вокруг трубы. Поле имеет концентрическую форму и распространяется по флюиду в трубе. Генератор управляется устройством управления, к которому подключен измерительный преобразователь, в качестве которого используется датчик аудио сигнала с фильтром и усилителем. Устройство управления включает в себя цепь формирователей сигналов управления.Closest to the claimed device is an installation for processing current media (see, for example, US 5935433, published 10.08.1999), for example, conditioning water in the pipeline, which prevents the formation of deposits on the walls of the pipeline. The installation comprises an emitter consisting of a core made of high-frequency magnetically conductive material and having the shape of a toroidal core, and a primary winding wound on this core orthogonal to the axis of the pipeline. The secondary winding is formed by a portion of the pipeline between the contact terminals. A generator is connected to the emitter, which forms a magnetic field around the pipe. The field has a concentric shape and propagates through the fluid in the pipe. The generator is controlled by a control device to which a measuring transducer is connected, which is used as an audio signal sensor with a filter and amplifier. The control device includes a chain of control signal generators.

Недостатком данного устройства является его недостаточная эффективность ингибирования образования отложений и коррозии, обусловленная ограниченностью возможных режимов излучения электромагнитного поля и, как следствие, низкий уровень адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации, таким как физико-химические свойства потока жидкости, ее состав и др.The disadvantage of this device is its lack of effectiveness in inhibiting the formation of deposits and corrosion, due to the limited possible radiation modes of the electromagnetic field and, as a result, the low level of adaptation to changing operating conditions, such as the physicochemical properties of the fluid flow, its composition, etc.

Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования при добыче углеводородного сырья, который обеспечит повышение эффективности защиты элементов скважинного пространства и погружного оборудования непосредственно в зоне установки системы электропогружного оборудования от естественных гидратных и гидрато-углеводородных отложений и одновременно коррозии при добыче углеводородного сырья путем генерации электромагнитного поля с изменяемой пространственной ориентацией и регулируемыми параметрами, адаптированными к условиям эксплуатации, формируемого непосредственно в зоне установки скважинной системы электропогружного насоса (СЭПН) без усложнения конструкции колонны насосно-компрессорных труб (НКТ).The basis of the present invention is the task of creating a method of inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment during the extraction of hydrocarbon materials, which will increase the efficiency of protection of the elements of the borehole space and submersible equipment directly in the installation area of the system of electric submersible equipment from natural hydrate and hydrate-hydrocarbon deposits and corrosion hydrocarbon production by generating an electromagnetic field with variable transient orientation and adjustable parameters adapted to operating conditions, formed directly in the installation area of the borehole system of an electric submersible pump (SES) without complicating the design of the tubing string (tubing).

В основу настоящего изобретения поставлена также задача создания электромагнитного излучателя для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования при добыче углеводородного сырья.The basis of the present invention is also the task of creating an electromagnetic emitter to inhibit the formation of deposits and corrosion of downhole equipment in the extraction of hydrocarbon materials.

В основу настоящего изобретения поставлена также задача создания установки для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования при добыче углеводородного сырья, которая обеспечивает реализацию указанного способа.The basis of the present invention is also the task of creating an installation for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment in the extraction of hydrocarbon raw materials, which ensures the implementation of this method.

Поставленная задача решена путем создания электромагнитного излучателя для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования, который содержит:The problem is solved by creating an electromagnetic emitter to inhibit the formation of deposits and corrosion of downhole equipment, which contains:

сердечник, выполненный из высокочастотного магнитомягкого материала и имеющий центральное отверстие для размещения на скважинном оборудовании, и по меньшей мере одну пару пазов, выполненных на торцах сердечника для размещения обмоток,a core made of high-frequency soft magnetic material and having a Central hole for placement on the downhole equipment, and at least one pair of grooves made at the ends of the core to accommodate the windings,

аксиальную обмотку, витки которой размещены в указанных пазах сердечника аксиально по отношению к продольной оси а-а скважинного оборудования, предназначенную для формирования электродвижущей силы, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования,an axial winding, the turns of which are placed in the indicated grooves of the core axially with respect to the longitudinal axis aa of the downhole equipment, designed to form an electromotive force, the resulting vector of which is directed along the axis of the downhole equipment,

ортогональную обмотку, размещенную на сердечнике так, что витки ортогональной обмотки расположены перпендикулярно виткам аксиальной обмотки и перпендикулярно оси а-а скважинного оборудования, и предназначенную для формирования магнитодвижущей силы, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования, при этомan orthogonal winding placed on the core so that the orthogonal winding turns are perpendicular to the axial winding turns and perpendicular to the axis aa of the downhole equipment, and designed to generate a magnetomotive force, the resulting vector of which is directed along the axis of the downhole equipment,

количество витков аксиальной обмотки и количество витков ортогональной обмотки подобраны таким образом, чтобы обеспечить:the number of turns of the axial winding and the number of turns of the orthogonal winding are selected in such a way as to provide:

- заданный диапазон частот излучения;- a given range of radiation frequencies;

- максимальный коэффициент передачи мощности от электромагнитного излучателя в окружающее пространство;- the maximum power transfer coefficient from the electromagnetic emitter to the surrounding space;

- стабильность заданных параметров излучения.- stability of the given radiation parameters.

Целесообразно, чтобы диапазон частот излучения, применительно к поставленной задаче, составлял от 30 кГц до 1 МГц.It is advisable that the frequency range of the radiation, in relation to the task, ranged from 30 kHz to 1 MHz.

Поставленная задача решена путем создания установки для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования, содержащей:The problem is solved by creating an installation for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment, containing:

электромагнитный излучатель для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования;electromagnetic emitter for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment;

двухканальный генератор, установленный в отдельном корпусе в непосредственной близости от электромагнитного излучателя и подключенный одним управляющим выходом к аксиальной обмотке и вторым управляющим выходом - к ортогональной обмотке излучателя;a two-channel generator installed in a separate housing in the immediate vicinity of the electromagnetic emitter and connected by one control output to the axial winding and the second control output to the orthogonal winding of the emitter;

электронный блок управления, размещенный в корпусе двухканального генератора, имеющий выход, подключенный к входу двухканального генератора;an electronic control unit located in the housing of the two-channel generator having an output connected to the input of the two-channel generator;

блок сопряжения с погружным электродвигателем (ПЭД), обеспечивающий механическое и электрическое соединение установки для ингибирования образования отложений и коррозии с ПЭД,a submersible electric motor interface unit (SEM) providing a mechanical and electrical connection of the apparatus for inhibiting deposits and corrosion with the SEM,

множество датчиков параметров скважинной среды, установленных в скважинном пространстве и подключенных к электронному блоку управления.a plurality of downhole fluid parameters sensors installed in the borehole space and connected to the electronic control unit.

Предпочтительно установка содержит блок электропитания, связанный с обмоткой погружного электродвигателя установки электропогружного насоса для отбора электроэнергии и питания блоков установки для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования.Preferably, the installation comprises a power supply unit associated with the winding of the submersible motor of the installation of an electric submersible pump for power extraction and power supply of the installation units to inhibit the formation of deposits and corrosion of downhole equipment.

Предпочтительно электронный блок управления устройства связан каналом связи с аппаратурой мониторинга и управления, размещенной на поверхности земли.Preferably, the electronic control unit of the device is connected by a communication channel to monitoring and control equipment located on the surface of the earth.

Целесообразно, чтобы в качестве датчиков параметров среды использовались датчики, выбранные из группы, состоящей из датчиков давления, температуры, обводненности и расхода.It is advisable that sensors selected from the group consisting of pressure, temperature, water cut and flow sensors are used as sensors of environmental parameters.

Поставленная задача решена путем создания способа ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования, содержащего этапы, на которых:The problem is solved by creating a method of inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment, containing stages in which:

размещают на скважинном оборудовании сердечник электромагнитного излучателя из высокочастотного магнитомягкого материала с аксиальной обмоткой, витки которой расположены аксиально по отношению к продольной оси скважинного оборудования, и ортогональной обмоткой, витки которой расположены перпендикулярно виткам аксиальной обмотки и перпендикулярно оси скважинного оборудования,place on the downhole equipment the core of an electromagnetic emitter of high frequency soft magnetic material with an axial winding, the turns of which are axially relative to the longitudinal axis of the downhole equipment, and an orthogonal winding, the turns of which are perpendicular to the turns of the axial winding and perpendicular to the axis of the downhole equipment,

подают на аксиальную и ортогональную обмотки переменные электрические сигналы с соответствующих двух управляющих выходов двухканального генератора, иapplying alternating electrical signals to the axial and orthogonal windings from the respective two control outputs of the two-channel generator, and

формируют электромагнитное поле в непосредственной близости от системы электропогружного насоса (СЭПН), причем посредством аксиальной обмотки формируют электродвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования, а посредством ортогональной обмотки формируют магнитодвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования,an electromagnetic field is formed in the immediate vicinity of the electric submersible pump (SES) system, whereby an electromotive force is generated by the axial winding, the resulting vector of which is directed along the axis of the downhole equipment, and a magnetomotive force is formed by the orthogonal winding, the resulting vector of which is directed along the axis of the downhole equipment,

осуществляют первоначальное формирование закона изменения выходных сигналов двухканального генератора на основе априорных данных или стохастических зависимостей,carry out the initial formation of the law of change of the output signals of a two-channel generator based on a priori data or stochastic dependencies,

варьируют пространственную ориентацию формируемого электромагнитного поля с получением многомодового электромагнитного поля,vary the spatial orientation of the generated electromagnetic field to obtain a multimode electromagnetic field,

регулируют величину напряженности электромагнитного поля в объеме скважинного пространства в непосредственной близости от системы электропогружного насоса (СЭПН) путем изменения величины магнитодвижущих сил излучателя в соответствии с заданным диапазоном значений напряженности электромагнитного поля в зависимости от параметров скважинного флюида,regulate the magnitude of the electromagnetic field in the volume of the borehole space in the immediate vicinity of the electric submersible pump system (SEPN) by changing the magnitude of the magnetically moving forces of the emitter in accordance with a given range of values of the electromagnetic field depending on the parameters of the borehole fluid,

посредством чего ингибируют образование гидратных и гидратно-углеводных отложений на скважинном оборудовании и коррозионных процессов металлических поверхностей оборудования,whereby they inhibit the formation of hydrate and hydrate-carbohydrate deposits on downhole equipment and the corrosion processes of metal surfaces of equipment,

при этом защиту от коррозии обеспечивают путем высокочастотной электрической поляризации металлических поверхностей, приводящей к протеканию уравнительных токов в поверхностном слое, и выравнивания электрического потенциала системы электропогружного насоса и обсадной колонны путем гальванизации скважинного флюида между ними, обеспечивающей торможение процессов электрохимической коррозии.in this case, corrosion protection is provided by high-frequency electric polarization of metal surfaces, which leads to flow of equalizing currents in the surface layer, and equalization of the electric potential of the electric submersible pump system and casing by galvanizing the well fluid between them, which inhibits the processes of electrochemical corrosion.

Целесообразно, чтобы регулировали давление и температуру скважинного флюида на входе в систему электропогружного насоса для дополнительной защиты от нежелательных отложений.It is advisable to control the pressure and temperature of the well fluid at the inlet of the electric submersible pump system for additional protection against unwanted deposits.

Предложенный способ позволяет повысить эффективность защиты элементов скважинного пространства и погружного оборудования непосредственно в зоне установки системы электропогружного оборудования от естественных гидратных и гидрато-углеводородных отложений и одновременно коррозии при добыче углеводородного сырья путем генерации электромагнитного поля с изменяемой пространственной ориентацией и регулируемыми параметрами, адаптированными к условиям эксплуатации, формируемого непосредственно в зоне установки скважинной системы электропогружного насоса (СЭПН) без усложнения конструкции колонны насосно-компрессорных труб НКТ.The proposed method allows to increase the protection efficiency of the elements of the borehole space and submersible equipment directly in the installation area of the electric submersible equipment system from natural hydrate and hydrate-hydrocarbon deposits and at the same time corrosion during hydrocarbon production by generating an electromagnetic field with a variable spatial orientation and adjustable parameters adapted to operating conditions formed directly in the installation area of the downhole system e ektropogruzhnogo pump (SEPN) without complicating the structure of the column tubing tubing.

Обоснование технического результатаJustification of the technical result

Технический результат изобретения достигается благодаря следующему.The technical result of the invention is achieved due to the following.

Образование твёрдого осадка во флюиде классифицируется как процесс кристаллизации. Известно, что движущей силой процесса кристаллизации является перенасыщение. При кристаллизации можно выделить следующие этапы: образование кристаллических зародышей и их рост до видимых размеров. Скорость кристаллизации ограничивается скоростью зародышеобразования.The formation of a solid sediment in a fluid is classified as a crystallization process. It is known that the driving force of the crystallization process is oversaturation. During crystallization, the following stages can be distinguished: the formation of crystalline nuclei and their growth to visible sizes. The rate of crystallization is limited by the rate of nucleation.

Центром зародышеобразования может быть любая энергетическая неоднородность: заряженная частица, свободная поверхностная энергия кристаллической поверхности и её дефекты. При этом процесс кристаллообразования соответствует принципу структурно-геометрического подобия, согласно которому гетерогенная (инородная) поверхность служит матрицей при совпадении сингоний (конфигурации элементарной ячейки) веществ и отличии параметров их кристаллических решёток не более, чем на 20%. Очевидно, что в данном случае главным фактором является перенасыщение, которое характеризуется коэффициентом перенасыщенияThe nucleation center can be any energy heterogeneity: a charged particle, free surface energy of a crystalline surface and its defects. In this case, the process of crystal formation corresponds to the principle of structural-geometric similarity, according to which a heterogeneous (foreign) surface serves as a matrix when the syngonies (unit cell configuration) of substances coincide and the parameters of their crystal lattices differ by no more than 20%. Obviously, in this case, the main factor is glut, which is characterized by a glut factor

k_i=C_i/R_i,k _i = C _i / R _i ,

где: k_i - коэффициент перенасыщения для i-го вещества;where: k _i is the supersaturation coefficient for the i-th substance;

С_i - фактическая концентрация i-го вещества в растворе;C _i is the actual concentration of the i-th substance in the solution;

R_i - растворимость i-го вещества, в данном объёме жидкости в фиксированных термодинамических условиях, т.е.R _i is the solubility of the ith substance in a given volume of liquid under fixed thermodynamic conditions, i.e.

R_i=f(T, P, φ, Σ),R _i = f (T, P, φ, Σ),

где: T - температура, Р - давление, φ - химический потенциал растворённых солей, Σ - совокупность других факторов.where: T is temperature, P is pressure, φ is the chemical potential of dissolved salts, Σ is a combination of other factors.

Относительная величина кристаллографического несоответствия может быть определена из соотношенияThe relative magnitude of the crystallographic mismatch can be determined from the relationship

δ=|1-α_cr/α_sf|,δ = | 1-α _cr / α _sf |,

где: α_cr - величина параметров кристаллической решётки кристалообразующего вещества,where: α _cr is the value of the crystal lattice parameters of the crystal-forming substance,

α_sf - величина параметров кристаллической решётки подложки.α _sf is the value of the parameters of the crystal lattice of the substrate.

Из вышеизложенного следует, что чем меньше δ , тем с большей интенсивностью подложка инициирует образование зародышей. Очевидно, что при наличии в скважинном пространстве гетерогенных, по отношению к растворам флюида, металлических поверхностей, обладающих рядом неоднородностей, покрытых окислами, кристаллографическое несоответствие которых по отношению целому ряду солей минимально, то при значительном перенасыщении k следует ожидать интенсивного отложения солей на этих поверхностях.From the foregoing, it follows that the smaller δ, the higher intensity the substrate initiates nucleation. Obviously, if there are metallic surfaces in the borehole that are heterogeneous with respect to fluid solutions and have a number of heterogeneities coated with oxides, the crystallographic mismatch of which with respect to a whole series of salts is minimal, then with significant supersaturation k, an intensive deposition of salts on these surfaces should be expected.

Еще одно важное положение из теории химической термодинамики. Это понятие термодинамической энтропии, как одно из объективных качеств, характеризующих хаотичность системы. Согласно выводам Л.Больцмана, энтропия определяется соотношением:Another important point from the theory of chemical thermodynamics. This is the concept of thermodynamic entropy, as one of the objective qualities that characterize the randomness of the system. According to the conclusions of L. Boltzmann, entropy is determined by the ratio:

S = b · lnW,S = b lnW,

где S - энтропия;where S is entropy;

b - постоянная Больцмана;b is the Boltzmann constant;

W - термодинамическая вероятность - число возможных микросостояний системы (в данном случае - скважинного флюида), которые обеспечивают параметры данного макросостояния.W - thermodynamic probability - the number of possible microstates of the system (in this case, the borehole fluid) that provide the parameters of this macrostate.

Расчет изменений энтропии в конкретных процессах хорошо известен, так процесс растворения и смешивания приводит к повышению энтропии, а кристаллизация - к ее уменьшению.The calculation of changes in entropy in specific processes is well known, since the process of dissolution and mixing leads to an increase in entropy, and crystallization leads to its decrease.

Очевидно, что интенсификация процесса кристаллообразования в объеме флюида приведет к уменьшению коэффициента перенасыщения k_i, что в свою очередь приведет к замедлению гетерогенной кристаллизации на поверхностях скважинного пространства. Условием интенсивного объемного кристаллообразования является высокий уровень энтропии флюида и, чем выше энтропия, тем выше интенсивность кристаллообразования.It is obvious that the intensification of the process of crystal formation in the fluid volume will lead to a decrease in the coefficient of supersaturation k _i , which in turn will lead to a slowdown of heterogeneous crystallization on the surfaces of the borehole space. The condition for intensive bulk crystallization is a high level of fluid entropy and, the higher the entropy, the higher the intensity of crystal formation.

Согласно теории магнитогидродинамического (МГД) резонанса при воздействии электромагнитного поля на растворы происходит формирование силы Лоренца, создаваемой при пересечении жидкостью магнитных силовых линий. Степень воздействие этой силы на энтропию существенно повышается, если попадет в резонанс с собственными колебаниями электрически заряженных частиц (ионов, свободных радикалов, мельчайших твердых частиц). Интенсификации перемещения разнополярно заряженных частиц в электромагнитном поле уменьшает силы притяжения молекул воды к ионам, что приводит к ускорению процесса зародышеобразования. При этом интенсивно формируются гомогенные (однородные) затравочные кристаллы в объеме раствора, и далее происходит интенсивный рост кристаллов в этом объеме, а не на поверхностях. В свою очередь интенсивная кристаллизации продолжается до тех пор, пока уровень энтропии не упадет до некоторого порогового значения, и воздействие электромагнитного поля с заданными детерминированными параметрами будет лишь поддерживать это значение энтропии, устанавливая в системе динамическое равновесие. Этим объясняется многообразие устройств электромагнитной обработки жидкостей, дающих эффект только в каждой конкретной ситуации.According to the theory of magnetohydrodynamic (MHD) resonance, under the influence of an electromagnetic field on solutions, the formation of the Lorentz force, created when a fluid crosses magnetic field lines. The degree of influence of this force on entropy increases significantly if it gets into resonance with the natural vibrations of electrically charged particles (ions, free radicals, tiny solid particles). The intensification of the displacement of differently charged particles in an electromagnetic field reduces the forces of attraction of water molecules to ions, which leads to an acceleration of the nucleation process. In this case, homogeneous (homogeneous) seed crystals are intensively formed in the volume of the solution, and then the crystals grow intensively in this volume, and not on the surfaces. In turn, intense crystallization continues until the entropy level drops to a certain threshold value, and the action of an electromagnetic field with given deterministic parameters will only maintain this entropy value, establishing a dynamic equilibrium in the system. This explains the variety of devices for electromagnetic treatment of liquids, which give an effect only in each specific situation.

Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение эффективности процесса за счет формирования изменяющегося во времени и пространстве суммарного электромагнитного поля, формируемого посредством излучателя и конструктивных элементов скважинного пространства. Причем результатом воздействия является поддержание интенсивного объемного кристаллообразования в условиях изменения макросостояния флюида (давление, температура, состав). Гомогенные затравочные кристаллы притягивают вещество из раствора более активно примерно на порядок, чем гетерогенные затравочные кристаллы на поверхности, вследствие чего кристаллы образуются в виде взвеси и перемещаются вместе с потоком флюида.The present invention provides an increase in the efficiency of the process due to the formation of a total electromagnetic field that varies in time and space, formed by the emitter and structural elements of the borehole space. Moreover, the result of the impact is the maintenance of intensive volumetric crystallization under conditions of a change in the macrostate of the fluid (pressure, temperature, composition). Homogeneous seed crystals attract the substance from the solution more actively by about an order of magnitude than heterogeneous seed crystals on the surface, as a result of which crystals form in the form of a suspension and move together with the fluid flow.

Процесс осаждения растворенных веществ из воды на поверхности оборудования в скважинном пространстве одновременно будет приводить к снижению отложений на поверхностях оборудования асфальтенов и твердых парафинов из нефтяного содержимого водно-нефтяной смеси. Как асфальтены, так и твердые парафины могут использовать затравочные кристаллы в качестве центра кристаллизации, на котором осаждаются взвешенные частицы, которые обладают внешней схожестью с крупинками.The process of precipitation of dissolved substances from water on the equipment surface in the borehole space will simultaneously lead to a decrease in deposits on the equipment surfaces of asphaltenes and solid paraffins from the oil content of the water-oil mixture. Both asphaltenes and paraffin waxes can use seed crystals as a crystallization center, on which suspended particles are deposited, which have an external similarity to grains.

Таким образом, сформированные в объеме флюида кристаллы транспортируются на поверхность из скважины без образования отложения осадка на поверхностях оборудования в скважинном пространстве.Thus, crystals formed in the fluid volume are transported to the surface from the well without the formation of sediment on the equipment surfaces in the borehole space.

Выбор и оптимизация параметров электромагнитного воздействия и законов их изменений (в дальнейшем - управляющих воздействий) выбирается по критерию минимума нежелательных отложений, определяемому опосредованно в процесс работы по ряду технологических параметров, например, по уменьшению давления на приеме и увеличению производительности СЭПН, режимам ПЭД, увеличению твердой фазы флюида (за счет кристаллов солей), выносимой на поверхность.The selection and optimization of the parameters of electromagnetic effects and the laws of their changes (hereinafter referred to as control actions) is selected according to the criterion of the minimum of unwanted deposits, which is determined indirectly during the work process by a number of technological parameters, for example, by reducing the pressure at the reception and increasing the performance of the EPMS, PED modes, solid phase of the fluid (due to salt crystals) carried to the surface.

Ограничениями при оптимизации являются критерии, полученные в ходе априорного математического и физического моделирования, реализации эвристических подходов, практического опыта, интерпретации статистических данных и др. Методы оптимизации хорошо известны в технике. Выработка управляющих воздействий осуществляется в автоматическом или автоматизированном режиме.Limitations in optimization are the criteria obtained in the course of a priori mathematical and physical modeling, implementation of heuristic approaches, practical experience, interpretation of statistical data, etc. Optimization methods are well known in the art. The development of control actions is carried out in automatic or automated mode.

Следует отметить, что к числу управляющих воздействий опосредованно относится также регулирование динамического уровня на приеме СЭПН, т.к. изменение этого уровня изменяет давление, температуру флюида и, следовательно, его коэффициент растворимости k_i. Однако возможности такого воздействия ограничены, т.к. динамический уровень выбирается, прежде всего, исходя из технологических соображений. Тем не менее регулирование динамического уровня может быть использовано в ограниченных пределах при формировании управляющих воздействий.It should be noted that the number of control actions indirectly also includes the regulation of the dynamic level at the reception of SEPN, because a change in this level changes the pressure, temperature of the fluid and, therefore, its solubility coefficient k _i . However, the possibilities of such an impact are limited, as the dynamic level is selected primarily on the basis of technological considerations. Nevertheless, the regulation of the dynamic level can be used to a limited extent in the formation of control actions.

В предлагаемом изобретении, помимо защиты от нежелательных отложений, осуществляется защита от коррозии. Из теории известно, что возможен процесс электрохимической коррозии, не противоречащий законам термодинамики, для которогоIn the present invention, in addition to protection against unwanted deposits, corrosion protection is carried out. From theory it is known that the process of electrochemical corrosion is possible, not contradicting the laws of thermodynamics, for which

ΔG_T = - nE_TF_Ф < 0,ΔG _T = - nE _T F _Ф <0,

где: ΔG_Т- изменение изобарно-изотермического потенциала данного коррозионного процесса, кал/г-атом Me;where: ΔG _T is the change in the isobaric-isothermal potential of a given corrosion process, cal / g-atom Me;

n- число грамм-эквивалентов;n is the number of gram equivalents;

Е_Т= (V_к)_oбр-(V_а)_обр- э.д.с. гальванического элемента, в котором обратимо осуществляется данный коррозионный процесс, В;E _T = (V _k ) _arr - (V _a ) _arr - e.m.s. a galvanic cell in which a given corrosion process is reversibly carried out, B;

(V_к)_oбр- обратимый потенциал катодной реакции в данных условиях, В;(V _to ) _rev - the reversible potential of the cathodic reaction in these conditions, In;

(V_а)_обр=(V_Me)_обр- обратимый потенциал металла в данных условиях;(V _a ) _arr = (V _Me ) _arr is the reversible metal potential under given conditions;

F_Ф=23062 кал/г-экв - число Фарадея.F _F = 23062 cal / g-eq - Faraday's number.

Принципиальная возможность протекания процесса электрохимической коррозии металла определяется, таким образом, соотношением обратимого потенциала металла в данных условиях и обратимого потенциала катодного процесса в данных условиях. Самопроизвольное протекание электрохимического коррозионного процесса возможно, если (V_а)_обр=(V_Me)_обр<(V_к)_oбр, т.е. для электрохимического растворения металла необходимо присутствие в электролите окислителя - деполяризатора, обратимый окислительно-восстановительный потенциал которого положительнее обратимого потенциала металла в данных условиях, т.е.The fundamental possibility of the process of electrochemical corrosion of a metal is thus determined by the ratio of the reversible potential of the metal under given conditions and the reversible potential of the cathodic process under these conditions. The spontaneous course of the electrochemical corrosion process is possible if (V _a ) _arr = (V _Me ) _arr <(V _k ) _arr , i.e. For the electrochemical dissolution of the metal, it is necessary to have an oxidizing agent - a depolarizer in the electrolyte, whose reversible redox potential is more positive than the reversible metal potential under these conditions, i.e.

Е_Т> 0, ΔG_Т< 0.E _T > 0, ΔG _T <0.

В большинстве практических случаев протекание электрохимической коррозии обычно характеризуется локализацией анодного и катодного процессов на различных (более или менее постоянных) участках корродирующей поверхности металла, что приводит к неравномерному или местному характеру коррозионного разрушения. Эти отличающиеся по своим физическим и химическим свойствам участки корродирующей поверхности металла, на которых происходят анодный или катодный процессы, являются гальваническими элементами. Таким образом, электрохимическая коррозия металлов напоминает работу гальванического элемента, в котором отрицательный электрод (например, цинк) растворяется, когда он соединен проводником со вторым электродом, на котором восстанавливаются ионы водорода или другие вещества и поэтому ее можно рассматривать как результат работы большого числа коррозионных гальванических элементов на корродирующей поверхности металла, соприкасающейся с электролитом.In most practical cases, the occurrence of electrochemical corrosion is usually characterized by the localization of the anodic and cathodic processes in different (more or less constant) areas of the corroding surface of the metal, which leads to an uneven or local nature of the corrosion damage. These parts of the corroding metal surface, which differ in their physical and chemical properties, on which the anodic or cathodic processes occur, are galvanic cells. Thus, the electrochemical corrosion of metals resembles the operation of a galvanic cell, in which a negative electrode (for example, zinc) dissolves when it is connected by a conductor to a second electrode, on which hydrogen ions or other substances are reduced, and therefore it can be considered as a result of the work of a large number of corrosion galvanic elements on the corroding surface of the metal in contact with the electrolyte.

В целом поверхность корродирующего металла представляет собой многоэлектродный гальванический элемент. Процесс электрохимической коррозии в немалой степени провоцируют блуждающие токи. Механизм их действия - формирование катодных и анодных зон на поверхностях металлических конструкций. Как показано в публикации Закирова В.Р. и др. «О причинах разрушения корпусов погружных электродвигателей в добывающих скважинах» (Нефть. Газ. Новации., 2009, №2, с. 46-51), серьезной причиной, вызывающей коррозию ПЭД и обсадной колонны, является наведенный потенциал с брони кабеля на корпус ПЭД.In general, the surface of the corroding metal is a multi-electrode galvanic cell. The process of electrochemical corrosion to a large extent provoke stray currents. The mechanism of their action is the formation of cathode and anode zones on the surfaces of metal structures. As shown in the publication Zakirova V.R. et al. “On the causes of the destruction of submersible motor housings in production wells” (Oil. Gas. Novation., 2009, No. 2, p. 46-51), a serious cause causing corrosion of the SEM and casing string is the induced potential from the cable armor on the body of the PED.

Возбуждение переменного электромагнитного поля в зоне установки УЭПН приводит к возникновению катодной поляризации металлических поверхностей и обеспечивает протекание уравнительных токов, что приводит к торможению процесса электрохимической коррозии. Кроме того, гальванизация высокочастотным электромагнитным полем зазора между обсадной колонной и ПЭД обеспечит выравнивание указанного наведенного потенциала. Чем выше частота электромагнитного поля, тем выше интенсивность указанных защитных процессов.The excitation of an alternating electromagnetic field in the zone of the UEPN installation leads to the occurrence of cathodic polarization of metal surfaces and ensures the flow of equalizing currents, which leads to inhibition of the process of electrochemical corrosion. In addition, galvanization by the high-frequency electromagnetic field of the gap between the casing and the PEM will ensure the alignment of the indicated induced potential. The higher the frequency of the electromagnetic field, the higher the intensity of these protective processes.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:The invention is further explained in the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 изображает схематично электромагнитный излучатель (частичный продольный разрез), согласно изобретению;FIG. 1 schematically shows an electromagnetic emitter (partial longitudinal section) according to the invention;

Фиг. 2 изображает вид по стрелке А на Фиг. 1, согласно изобретению;FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. 1, according to the invention;

Фиг. 3 изображает блок-схему установки для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования, согласно изобретению;FIG. 3 is a block diagram of an apparatus for inhibiting scale formation and corrosion of downhole equipment according to the invention;

Фиг. 4(а,b) иллюстрируют принцип формирования электромагнитного поля для двух характерных случаев, согласно изобретению.FIG. 4 (a, b) illustrate the principle of electromagnetic field formation for two characteristic cases, according to the invention.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Электромагнитный излучатель 1 (Фиг. 1, 2) согласно изобретению содержит сердечник 2, выполненный из высокочастотного магнитомягкого материала и имеющий центральное отверстие 3 для размещения на скважинном оборудовании 4, например, на основании погружного электродвигателя (ПЭД) (не показан). Сердечник 2 содержит по меньшей мере одну пару пазов 5, выполненных на торцах 6 и 7 сердечника для размещения обмоток. На Фиг. 1 показана также обсадная труба 8 скважины.The electromagnetic emitter 1 (Fig. 1, 2) according to the invention comprises a core 2 made of high-frequency soft magnetic material and having a central hole 3 for placement on downhole equipment 4, for example, on the basis of a submersible electric motor (SEM) (not shown). The core 2 contains at least one pair of grooves 5 made at the ends 6 and 7 of the core to accommodate the windings. In FIG. 1 also shows a well casing 8.

На сердечнике 2 размещена аксиальная обмотка 9, витки которой размещены в указанных пазах 5 сердечника аксиально по отношению к продольной оси а-а скважинного оборудования, предназначенная для формирования электродвижущей силы E, результирующий вектор которой направлен вдоль оси а-а скважинного оборудования.An axial winding 9 is placed on the core 2, the turns of which are placed in the indicated grooves 5 of the core axially with respect to the longitudinal axis aa of the downhole equipment, designed to form an electromotive force E, the resulting vector of which is directed along the axis aa of the downhole equipment.

На сердечнике 2 размещена также ортогональная обмотка 10, витки которой расположены перпендикулярно виткам аксиальной обмотки 9 и перпендикулярно оси а-а скважинного оборудования, предназначенная для формирования магнитодвижущей силы, результирующий вектор F которой направлен вдоль оси а-а скважинного оборудования.An orthogonal winding 10 is also located on the core 2, the turns of which are located perpendicular to the turns of the axial winding 9 and perpendicular to the axis aa of the downhole equipment, designed to form a magnetomotive force, the resulting vector F of which is directed along the axis aa of the downhole equipment.

При этом количество витков аксиальной обмотки и количество витков ортогональной обмотки подобраны таким образом, чтобы обеспечить:The number of turns of the axial winding and the number of turns of the orthogonal winding are selected in such a way as to provide:

Диапазон частот излучения, применительно к поставленной задаче, составляет от 30 кГц до 1МГц.The radiation frequency range, as applied to the task, is from 30 kHz to 1 MHz.

Установка 11 (Фиг. 3) для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования содержит электромагнитный излучатель 1, предназначенный для размещения на скважинном оборудовании 4, и двухканальный генератор 12, установленный в отдельном корпусе в непосредственной близости от электромагнитного излучателя 1 и подключенный одним выходом 13 к аксиальной обмотке 9 и вторым выходом 14 - к ортогональной обмотке 10 электромагнитного излучателя 10.Installation 11 (Fig. 3) for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment includes an electromagnetic emitter 1, designed to be installed on the downhole equipment 4, and a two-channel generator 12 mounted in a separate housing in the immediate vicinity of the electromagnetic emitter 1 and connected by one output 13 to the axial winding 9 and the second output 14 to the orthogonal winding 10 of the electromagnetic emitter 10.

Установка 11 содержит электронный блок 15 управления, обеспечивающий управление электромагнитным излучателем 1, размещенный в корпусе двухканального генератора 12, имеющий выход 16, подключенный к управляющему входу 17 двухканального генератора.The installation 11 contains an electronic control unit 15 that provides control of the electromagnetic emitter 1, located in the housing of the two-channel generator 12, having an output 16 connected to the control input 17 of the two-channel generator.

Установка 11 содержит также блок 18 сопряжения с погружным электродвигателем 19 (ПЭД), обеспечивающий механическое и электрическое соединение с корпусом двухканального генератора и обмоткой системы погружного насоса СЭПН.Installation 11 also contains a block 18 for interfacing with a submersible electric motor 19 (SEM), which provides mechanical and electrical connection with the housing of the two-channel generator and the winding of the SEPN submersible pump system.

Множество датчиков 20, 21, 22, 23 параметров скважинной среды установлены в скважинном пространстве и подключены к электронному блоку 15 управления.Many sensors 20, 21, 22, 23 of the parameters of the downhole environment are installed in the borehole space and connected to the electronic control unit 15.

Установка 11 содержит блок 24 электропитания, связанный с обмоткой погружного электродвигателя 19 ПЭД установки электропогружного насоса для отбора электроэнергии и ее подачи на блоки установки 11 для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования.The installation 11 contains a power supply unit 24 connected to the winding of the submersible electric motor 19 of the SEM of the installation of an electric submersible pump to select electric power and supply it to the units of the installation 11 to inhibit the formation of deposits and corrosion of downhole equipment.

Электронный блок 15 управления связан каналом 25 связи с аппаратурой 26 мониторинга и управления, размещенной на поверхности земли.The electronic control unit 15 is connected by a communication channel 25 to the monitoring and control equipment 26 located on the surface of the earth.

В качестве датчиков 20, 21, 22, 23 параметров скважинной среды используются датчики, выбранные из группы, состоящей из датчиков давления, температуры, обводненности и расхода.As the sensors 20, 21, 22, 23 of the parameters of the borehole medium, sensors selected from the group consisting of pressure, temperature, water cut and flow sensors are used.

Канал 25 связи обеспечивает двухстороннюю связь между скважинной частью и наземной аппаратурой. Он может быть беспроводным или проводным. В качестве проводного канала целесообразно использовать силовые цепи питания погружного электродвигателя 23. Блок 24 электропитания осуществляет отбор электроэнергии от обмотки ПЭД 23 или получает электроэнергию от наземной аппаратуры через эту обмотку для питания аппаратуры скважинной части.The communication channel 25 provides two-way communication between the downhole part and the ground equipment. It can be wireless or wired. As a wire channel, it is advisable to use the power supply circuit of the submersible electric motor 23. The power supply unit 24 carries out the selection of electricity from the winding of the PED 23 or receives electricity from ground-based equipment through this winding to power the downhole equipment.

В состав установки 11 для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования могут быть включены дополнительные устройства, обеспечивающие комплексное воздействие на флюид и продуктивный пласт, например виброакустический генератор с излучателем.The device 11 for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment can include additional devices that provide a combined effect on the fluid and the reservoir, for example a vibroacoustic generator with a radiator.

Электронный блок 15 управления обеспечивает двухстороннюю связь с наземной аппаратурой 26 мониторинга, передавая измерительную и контрольную информацию и принимая внешние команды и уставки.The electronic control unit 15 provides two-way communication with ground-based monitoring equipment 26, transmitting measurement and control information and receiving external commands and settings.

Двухканальный генератор 12 обеспечивает подачу с управляющих выходов 13 и 14 на два независимых входа электромагнитного преобразователя 1 электрических сигналов, параметры которых и законы изменения во времени которых соответствуют командам, формируемым в электронном блоке 15 управления. Как указано выше, один управляющий выход 13 двухканального генератора 12 подключен к аксиальной обмотке 9, а другой управляющий выход 14 подключен к ортогональной обмотке 10 излучателя. Электромагнитный излучатель 1 формирует совместно с элементами скважинного пространства - СЭПН, обсадной трубой, колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) и скважинным флюидом переменное электромагнитное поле, функционально зависящее от выходных сигналов двухканального генератора 12 и свойств скважинной среды.The two-channel generator 12 provides the supply from the control outputs 13 and 14 to two independent inputs of the electromagnetic converter 1 of electrical signals, the parameters of which and laws of change in time which correspond to the commands generated in the electronic control unit 15. As indicated above, one control output 13 of the two-channel generator 12 is connected to the axial winding 9, and the other control output 14 is connected to the orthogonal winding 10 of the emitter. The electromagnetic emitter 1 forms, together with the elements of the borehole space, the EECS, the casing, the tubing string and tubing fluid, an alternating electromagnetic field functionally dependent on the output signals of the two-channel generator 12 and the properties of the borehole medium.

Благодаря наличию двух независимых входов электромагнитное поле варьируется в широких пределах в отношении пространственной ориентации и временной зависимости.Due to the presence of two independent inputs, the electromagnetic field varies widely with respect to spatial orientation and time dependence.

Принципы формирования электромагнитного поля двумя обмотками, аксиальной и ортогональной, электромагнитного генератора поясняются со ссылками на Фиг. 4а и 4b.The principles of the formation of an electromagnetic field by two windings, axial and orthogonal, of an electromagnetic generator are explained with reference to FIG. 4a and 4b.

На Фиг. 4а показаны силовые линии магнитного поля, формируемые электромагнитным излучателем 1 при наличии сигнала с выхода 13 двухканального генератора 12. Здесь F - магнитодвижущая сила, (мдс), направленная вдоль оси а-а сердечника электромагнитного излучателя 1 и соосно с осью СЭПН, f - линии магнитного потока, i- цепь электрического тока, 10 - обсадная труба, 4 - элемент системы электропогружного насоса СЭПН. Как показано на Фиг. 4а, для точки «k» скважинного пространства ориентация векторов магнитной индукции b и напряженности электрического поля е ортогональная.In FIG. 4a shows the magnetic field lines generated by the electromagnetic emitter 1 in the presence of a signal from the output 13 of the two-channel generator 12. Here F is the magnetomotive force, (mds) directed along the axis aa of the core of the electromagnetic emitter 1 and coaxially with the axis of the EPDM, f are the lines magnetic flux, i- electric current circuit, 10 — casing pipe, 4 — element of the SEPN electric submersible pump system. As shown in FIG. 4a, for the point “k” of the borehole space, the orientation of the magnetic induction vectors b and the electric field strength e is orthogonal.

На Фиг. 4b показаны силовые линии, формируемые электромагнитным излучателем 1 при наличии сигнала с выхода 14 двухканального генератора 12. Здесь вектор результирующей эдс E направлен вдоль оси а-а сердечника и соосно системе СЭПН, i - путь электрического тока, f - направление магнитного потока. Как показано на Фиг. 4b, для точки «k» скважинного пространства ориентация векторов магнитной индукции b и напряженности электрического поля е ортогональная.In FIG. 4b shows the lines of force formed by the electromagnetic emitter 1 in the presence of a signal from the output 14 of the two-channel generator 12. Here, the vector of the resulting emf E is directed along the axis aa of the core and coaxially with the SES system, i is the path of the electric current, f is the direction of the magnetic flux. As shown in FIG. 4b, for the point “k” of the borehole space, the orientation of the magnetic induction vectors b and the electric field strength e is orthogonal.

При одновременной подаче сигналов на оба входа электромагнитного излучателя 1 электромагнитное поле представляет собой интерференцию раскрытых выше двух характерных случаев.With the simultaneous supply of signals to both inputs of the electromagnetic emitter 1, the electromagnetic field represents the interference of the two characteristic cases disclosed above.

Таким образом, варьируя сигналами на входах электромагнитного излучателя, возможно получить многомодовое электромагнитное поле, флуктуирующее по направлению в пространстве и изменяемое во времени. Первоначальное формирование законов изменения выходных сигналов осуществляется на основании априорных данных или стахостических зависимостей с последующей оптимизацией, как было выше указано.Thus, by varying the signals at the inputs of the electromagnetic emitter, it is possible to obtain a multimode electromagnetic field that fluctuates in direction in space and changes in time. The initial formation of the laws of change of the output signals is carried out on the basis of a priori data or stachostic dependencies with subsequent optimization, as mentioned above.

Механизм ингибирования коррозии включает в себя, во-первых, катодную поляризацию металлических поверхностей оборудования в скважинном пространстве, во-вторых, выравнивание наведенного потенциала между обсадной колонной и СЭПН за счет гальванизации скважинного флюида в зазоре между этими элементами.The mechanism of corrosion inhibition includes, firstly, the cathodic polarization of the metal surfaces of the equipment in the borehole space, and secondly, the alignment of the induced potential between the casing string and the SES due to galvanization of the borehole fluid in the gap between these elements.

Способ ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования содержит следующие операции.A method of inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment includes the following operations.

Размещают на скважинном оборудовании 4 сердечник 2 электромагнитного излучателя из высокочастотного магнитомягкого материала с аксиальной обмоткой 9, витки которой расположены аксиально по отношению к продольной оси а-а скважинного оборудования, и ортогональной обмоткой 10, витки которой расположены перпендикулярно виткам аксиальной обмотки 9 и перпендикулярно оси а-а скважинного оборудования.Place on the downhole equipment 4 a core 2 of an electromagnetic emitter of high frequency soft magnetic material with an axial winding 9, the turns of which are axially relative to the longitudinal axis aa of the downhole equipment, and an orthogonal winding 10, the turns of which are perpendicular to the turns of the axial winding 9 and perpendicular to the axis a well equipment.

Подают на аксиальную и ортогональную обмотки 9, 10 переменные электрические сигналы с соответствующих двух выходов 13, 14 двухканального генератора, и формируют электромагнитное поле в непосредственной близости от системы электропогружного насоса (СЭПН), причем посредством аксиальной обмотки формируют электродвижущую силу, результирующий вектор Е которой направлен вдоль оси а-а скважинного оборудования, а посредством ортогональной обмотки формируют магнитодвижущую силу, результирующий вектор F которой направлен также вдоль оси скважинного оборудования.An alternating electrical signal is supplied to the axial and orthogonal windings 9, 10 from the corresponding two outputs 13, 14 of the two-channel generator, and an electromagnetic field is formed in the immediate vicinity of the electric submersible pump (SEPN) system, and an electromotive force is generated by the axial winding, the resulting vector E of which is directed along the axis aa of the downhole equipment, and by means of the orthogonal winding, a magnetomotive force is formed, the resulting vector F of which is also directed along the axis of the wells th equipment.

Первоначальное формирование изменения выходных сигналов двухканального генератора 12 осуществляют на основе априорных данных или стохастических зависимостей.The initial formation of changes in the output signals of the two-channel generator 12 is carried out on the basis of a priori data or stochastic dependencies.

Варьируют по заданной программе пространственную ориентацию формируемого электромагнитного поля с получением многомодового электромагнитного поля.According to a given program, the spatial orientation of the generated electromagnetic field is varied to produce a multimode electromagnetic field.

Регулируют величину напряженности электромагнитного поля в объеме скважинного пространства в непосредственной близости от системы электропогружного насоса (СЭПН) путем изменения величины магнитодвижущих сил излучателя в соответствии с заданным диапазоном значений напряженности электромагнитного поля в зависимости от параметров скважинного флюида, т.е. температуры, давления, обводненности и расхода.The magnitude of the electromagnetic field strength is controlled in the volume of the borehole space in the immediate vicinity of the electric submersible pump system (SEPN) by changing the magnitude of the magnetically moving forces of the emitter in accordance with a given range of electromagnetic field strengths depending on the parameters of the borehole fluid, i.e. temperature, pressure, water cut and flow.

В результате обеспечивается ингибирование образования гидратных и гидратно-углеводных отложений на скважинном оборудовании и коррозионных процессов металлических поверхностей оборудования.The result is the inhibition of the formation of hydrate and hydrate-carbohydrate deposits on the downhole equipment and the corrosion processes of the metal surfaces of the equipment.

Дополнительно регулируют давление и температуру скважинного флюида на входе в систему электропогружного насоса для дополнительной защиты от нежелательных отложений.Additionally, the pressure and temperature of the well fluid at the inlet to the electric submersible pump system are further regulated to provide additional protection against unwanted deposits.

Защиту от коррозии обеспечивают путем высокочастотной электрической поляризации металлических поверхностей, которая осуществляется при работе электромагнитного излучателя, приводящей к протеканию уравнительных токов в поверхностном слое, и выравнивания электрического потенциала системы электропогружного насоса и обсадной колонны при гальванизации скважинного флюида между ними, что приводит к торможению процессов электрохимической коррозии.Corrosion protection is provided by high-frequency electric polarization of metal surfaces, which is carried out during the operation of an electromagnetic emitter, leading to the flow of equalizing currents in the surface layer, and equalization of the electric potential of the electric submersible pump and casing string during galvanization of the borehole fluid between them, which leads to inhibition of electrochemical processes corrosion.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Настоящее изобретение может быть использовано для ингибирования образования отложений и коррозии скважинного оборудования при добыче углеводородного сырья посредством систем с электропогружными насосами (СЭПН) в осложненных условиях.The present invention can be used to inhibit the formation of deposits and corrosion of downhole equipment during the extraction of hydrocarbon materials through systems with electric submersible pumps (EPPS) in difficult conditions.

Claims

1. An electromagnetic emitter for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment, comprising:
a core made of high-frequency soft magnetic material and having a Central hole for placement on the downhole equipment, and at least one pair of grooves made at the ends of the core of high-frequency soft magnetic material to accommodate the windings,
an axial winding, the turns of which are placed in the indicated grooves of the core axially with respect to the longitudinal axis aa of the downhole equipment, designed to form an electromotive force, the resulting vector of which is directed along the axis of the downhole equipment,
an orthogonal winding placed on the core so that the orthogonal winding turns are perpendicular to the axial winding turns and perpendicular to the axis aa of the downhole equipment, and designed to generate a magnetomotive force, the resulting vector of which is directed along the axis of the downhole equipment,
the number of turns of the axial winding and the number of turns of the orthogonal winding are selected in such a way as to provide:
- a given range of radiation frequencies;
- the maximum power transfer coefficient from the electromagnetic emitter to the surrounding space;
- stability of the given radiation parameters.

2. The electromagnetic emitter according to claim 1, in which the frequency range of the radiation, as applied to the task,
ranges from 30 kHz to 1 MHz.

3. Installation for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment, containing:
electromagnetic emitter for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment according to claim 1;
a two-channel generator installed in a separate housing in the immediate vicinity of the electromagnetic emitter and connected by one control output to the axial winding and the second control output to the orthogonal winding of the electromagnetic emitter;
an electronic control unit located in the housing of the two-channel generator having an output connected to the input of the two-channel generator;
a submersible electric motor interface unit (SEM), providing a mechanical and electrical connection of the apparatus for inhibiting deposition and corrosion with the SEM;
a plurality of downhole fluid parameters sensors installed in the borehole space and connected to the electronic control unit.

4. The installation according to claim 3, characterized in that it comprises a power supply unit associated with the winding of the submersible electric motor of the electric submersible pump installation for electric power extraction and power supply of the installation units for inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment.

5. Installation according to claim 3, characterized in that the control unit is connected by a communication channel to monitoring and control equipment located on the earth's surface.

6. Installation according to claim 3, characterized in that sensors selected from the group consisting of pressure, temperature, water-cut and flow sensors are used as sensors of environmental parameters.

7. A method of inhibiting the formation of deposits and corrosion of downhole equipment, comprising the following operations:
place on the downhole equipment the core of an electromagnetic emitter of high frequency soft magnetic material with an axial winding, the turns of which are axially relative to the longitudinal axis of the downhole equipment, and an orthogonal winding, the turns of which are perpendicular to the turns of the axial winding and perpendicular to the axis of the downhole equipment,
the number of turns of the axial winding and the number of turns of the orthogonal winding are selected in such a way as to provide:
- a given range of radiation frequencies ranging from 30 kHz to 1 MHz;
- the maximum power transfer coefficient from the electromagnetic emitter to the surrounding space;
- stability of the given radiation parameters,
applying alternating electrical signals to the axial and orthogonal windings from the respective two control outputs of the two-channel generator, and
form an electromagnetic field in the immediate vicinity of the electric submersible pump system (SEPN), and through the axial winding form an electromotive force,
the resulting vector of which is directed along the axis aa of the downhole equipment, and by means of the orthogonal winding, a magnetomotive force is generated, the resulting vector of which is directed along the axis aa of the downhole equipment,
carry out the initial formation of the law of change of the output signals of a two-channel generator based on a priori data or stochastic dependencies,
vary the spatial orientation of the generated electromagnetic field to obtain a multimode electromagnetic field,
regulate the magnitude of the electromagnetic field in the volume of the borehole space in the immediate vicinity of the electric submersible pump system (SEPN) by changing the magnitude of the magnetically moving forces of the emitter in accordance with a given range of values of the electromagnetic field depending on the parameters of the well fluid,
whereby the formation of hydrate and hydrate-carbohydrate deposits on downhole equipment and the corrosion processes of metal surfaces of downhole equipment are inhibited,
in this case, corrosion protection is provided by high-frequency electric polarization of metal surfaces, which leads to flow of equalizing currents in the surface layer, and equalization of the electric potential of the electric submersible pump system and casing by galvanizing the well fluid between them, which inhibits the processes of electrochemical corrosion.

8. The method according to p. 7, characterized in that they regulate the pressure and temperature of the well fluid at the inlet of the electric submersible pump system for additional protection against unwanted deposits.