Устройство для нагнетания в скважину в период эксплуатации с поверхности агентов, ингибирующих коррозию и отложение

 

Использование в геотермальных скважинах для борьбы с коррозионными и образующими отложения термохимическими явлениями. Сущность изобретения: вспомогательная труба для нагнетания агента, ингибирующего коррозию и отложение, выполнена многослойной. Внутренний слой выполнен из металла. Наружный слой выполнен из материала высокой механической прочности, инертного к жидкости, извлекаемой из скважины, и имеет несущие элементы в виде тросов, расположенных вокруг внутреннего слоя и встроенных в наружный слой для вторичной механической защиты трубы в случае разрушения наружного слоя. 11 з. п. ф. -лы, 3 ил.

Изобретение может применяться в геотермальных скважинах для борьбы с коррозионными и образующими отложения термохимическими явлениями, обусловленными геотермальной жидкостью, и для сохранения долговечности сооружений. Эти проблемы хорошо известны в парижском бассейне, где многочисленные геотермальные "дублеты" (ансамбль, образованный эксплуатационной скважиной, служащей для отвода горячих вод из резервуара, и нагнетательной скважиной, используемой для повторного нагнетания жидкости в резервуар после извлечения тепла) были реализованы, начиная с 70-х годов.

В этих установках геотермальная жидкость горячая вода, температура которой заключена между 50^oС и 85^oС, с повышенным солесодержанием (15-25 г/л) содержит растворенную газообразную фазу, обогащенную СО₂ и Н₂О, которая придает ей небольшую кислотность (рН от 6 до 6,4). Эта агрессивность проявляется в некоторых зонах резервуара, охваченного повторяющимися и ускоренными разрушениями сооружений под действием коррозии или отложений, действующих на обсадных трубы, и под действием забивания (кольматажа), затрагивающего открытую зону (зону отвода из резервуара).

Механизм повреждения может быть представлен следующим образом: коррозия обсадных труб эксплуатационной скважины и, в меньшей степени, нагнетательного сооружения; растворение железа обсадных труб и перевод в раствор с образованием сульфидом железа; отложения сульфидов на стальных стенках эксплуатационных обсадных труб без защиты последних (с продолжением кинетики коррозии под действием отложений); захватывание в виде частиц (твердых суспензий) эксплуатационной водой и засорение теплообменников, отложения/образование накипи на нагнетательных обсадных трубах и аккумулирование на дне и на стенках открытой зоны; увеличение потерь напора, уменьшение расхода циркуляции в геотермальном контуре и забивание поверхностных сооружений и оборудования.

Для уменьшения этих повреждений могут использоваться различные исправительные и профилактические средства. Химические профилактические средства относятся к наиболее используемым. Способы, основанные на нагнетании на дно скважины агентов, ингибирующих коррозию/отложение, с соответственно пленкообразующей (коррозия) и диспергирующей (отложение) функциями, не показали, что их применение в геотермии полностью отвечает требуемой надежности вследствие, в частности, состояния ВНТ. Французские патенты N 2463197 и 2502239 описывают соответственно способ ингибирования в результате нагнетания алифатических аминов и нагнетательное устройство на дне скважины, соединенное с концом вспомогательной нагнетательной трубы.

Цель изобретения заключается в получении как можно более высокой производительности, габаритные размеры ВНТ внутри эксплуатационной колонны должны быть, следовательно, минимальными, чтобы ограничить потери напора. Обычные тюбинги 1" или 1" 1/4 из углеродистой стали быстро корродируют при контакте с геотермальной жидкостью. Применение "макарон" 1" из стекловолокна регулярно приводит к инцидентам вследствие очень слабых механических характеристик материала.

Выбор благородных сплавов (Cr, Mo, Ni и т. д.) с высокой стоимостью имеет, с другой стороны, тот недостаток, что происходит образование хрупкости твердой структуры в присутствии растворенного H₂S со слабой концентрацией.

Изобретение исправляет недостатки современных систем, используя металлическую сердцевину, имеющую механические характеристики, необходимые для такого применения, которая покрыта оболочкой из материала, инертного по отношению к геотермальной жидкости, сохраняя при этом ограниченный диаметр.

Понимание изобретения и его преимуществ будет облегчено описанием примера осуществления, иллюстрированного рисунками, приведенными ниже в приложении: рис. 1 показывает пример применения вспомогательной нагнетательной трубы в эксплуатационной скважине, оборудованной погружным насосом; рис. 2 показывает разрез вспомогательной нагнетательной трубы; рис. 3 в своих пунктах a, b, c и d изображает вид в разрезе различных частных вариантов осуществления вспомогательной нагнетательной трубы.

Геотермальная жидкость на рис. 1 нагнетается насосом 1 в эксплуатационную обсадную трубу 2, а после прохождения через основной вентиль 3 вершины скважины 4 посылается в поверхностную сеть 5 к теплообменникам. Вспомогательная нагнетательная труба 6 вводится в скважину 4 через паклевое уплотнение ("сальника") 7, обеспечивающего герметичность ВНТ в скважине 4, даже когда ВНТ находится в движении, в частности в ходе ее установки на место. На поверхности ВНТ накручивается на барабан, позволяющий устанавливать нижний конец ВНТ на желаемую глубину. Между барабаном 8 и паклевым уплотнением 7 блок 9 обеспечивает опору и удержание ВНТ с радиусом намотки, совместимым с ее характеристиками.

Пример изобретения, представлен на рис. 2. ВНТ включает внутренний металлический слой 10, служащий, с одной стороны, для подачи ингибирующих агентов, а с другой стороны, для придания механических характеристик, необходимых для нагнетания ингибирующих агентов. Наружный слой электрохимически инертен относительно подаваемой жидкости, может быть нанесен при помощи машины для непрерывного производства, позволяющей погружать в материал наружного слоя 11 внутренний металлический слой 10 и опорные тросы 12. Это нанесение может, например, использовать методы экструзии или экструзии с вытягиванием. В обычных приложениях материал наружного слоя 11 является полимерным материалом, хорошо устойчивым к механическим напряжениям при использовании и к термическим или химическим напряжениям, некоторые приложения могут, например, оправдать применение эластомера, полиамида или материалов типа ПТФЭ (тефлон), в частности, в случае проблемы с температурой. Точный выбор материала наружного слоя 11 должен учитывать окружающую среду, специфичную для приложения: геотермия, нефть, температура. Погруженные в материал наружного слоя 11 опорные армированные тросы из стали 12 позволяют, с одной стороны, защищать внутренний слой 10 в случае разрушения или местного износа наружного слоя 11, например, вследствие повторяющихся опусканий измерительных инструментов в скважину, а с другой стороны, придать ВНТ, устроенной указанным образом, механические характеристики, разрешающие полностью безопасные операции установки на место извлечения, даже в случае разрыва внутреннего слоя 10. Изолирование материалом наружного слоя 11 присутствующих металлических масс устраняет образование гальванических пар.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения внешний диаметр конечной ВНТ составляет 1" (25,4 мм), чтобы оставаться в нефтяных стандартах, для внутреннего слоя 10 используют материал, который должен быть устойчивым к ингибирующим составам и может быть нержавеющей трубой 316L с внешним диаметром 10 мм и внутренним диаметром 8 мм. Для других приложений можно использовать материалы типа Incoloy 825, Inconel 625, Hosteloy (но можно не ограничиваться только ими). Число опорных тросов 12 составляет предпочтительно 4, но может варьироваться в зависимости от приложений. На рис. 1 внешний диаметр опорных тросов 12 составляет 5 мм, последний может варьироваться в зависимости от имеющихся в распоряжении стандартов и от размеров других компонентов. Например, в другом варианте осуществления ВНТ может иметь внешний диаметр 1" 1/4 (31,75 мм) и внутренний слой 10 с внешним диаметром 12 мм и внутренним диаметром 10 мм. По очевидным причинам коэффициент удлинения материала, образующего тросы 12, является меньше этого коэффициента для внутреннего слоя 10. Это понятие может быть использовано как в "резидентном" варианте (закрепление на месте в покое), так и во временном варианте при монтаже на установке, называемой "намотанный тюбинг" (намотанные обсадные трубы), для нагнетаний "по команде".

Более детальное описание различных вариантов осуществления вспомогательной нагнетательной трубы будет дано при рассмотрении рис. 3.

В соответствии с пунктом а) указанного выше рис. 3 вспомогательная нагнетательная труба 6 содержит внутренний слой 10 и наружный слой 110, образованный материалом 11, который покрывает внутренний слой 10. Кроме того, четыре опорных троса, обозначенные 120, 121, 122 и 123, расположены в наружном слое симметрично относительно продольной оси симметрии ВНТ. Предпочтительно, опорные тросы 120, 121, 122, 123 размещаются два на два напротив друг друга в ортогональных плоскостях.

В соответствии с пунктом b) того же самого рис. 3 предусматривается дополнительный наружный слой 111 между внутренним 10 и наружным слоями 110. Этот второй слой преимущественно может быть образован материалом, выбираемым для обеспечения специальной защиты внутреннего слоя 10 в зависимости от выбранного приложения.

В пункте c) указанного выше рис. 3 предусматривается наружное покрытие 112, так, чтобы покрыть наружный слой 110. Дополнительный наружный слой может быть образован материалом, позволяющим усилить герметичность ансамбля с внешними частями. Когда вспомогательная нагнетательная труба используется в действующем варианте применения, также изображенном в пункте d рис. 3, то для того, чтобы усилить механическую стойкость ВНТ, полностью сохраняя ее упругие свойства при наматывании, может оказаться преимуществом то, чтобы предусмотреть восемь опоpных тросов, обозначенных 120 127. Эти тросы преимущественно размещаются симметрично относительно продольной оси симметрии центральной сердцевины.

В качестве примера внутренний слой 110, наружный слой 111 и дополнительный наружный слой 112 могут быть выбраны среди материалов, приведенных ниже: Кроме того и преимущественным образом отметим, что опорные тросы попарно могут использоваться для передачи командных электрических сигналов, которые могут передаваться до дна скважины от уровня вершины нагнетания.

Формула изобретения

1. Устройство для нагнетания в скважину в период эксплуатации с поверхности агентов, ингибирующих коррозию и отложение, содержащее вспомогательную нагнетательную трубу, отличающееся тем, что вспомогательная нагнетательная труба выполнена многослойной, причем внутренний слой выполнен из металла, наружный слой выполнен из материала, обладающего механической прочностью, необходимой при операциях спуска-подъема, и инертного к жидкости, извлекаемой из скважины, имеет несущие элементы в виде тросов, расположенных вокруг внутреннего слоя и встроенных в наружный слой для вторичной механической защиты трубы в случае разрушения наружного слоя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вспомогательная нагнетательная труба выполнена непрерывной на большой длине с возможностью наматывания на барабан.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что барабан установлен на подвижной установке.

4. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что вспомогательная нагнетательная труба закреплена в скважине.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наружный слой, инертный к жидкости, извлекаемой из скважины, выполнен из полимера, способного экструдировать.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что несущие элементы в виде тросов выполнены из металла.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренний слой выполнен из металла, устойчивого к агентам, ингибирующим коррозию, отложения.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоком удержания вспомогательной нагнетательной трубы, установленным на поверхности.

9. Устройство по пп. 1 8, отличающееся тем, что несущие элементы в виде четырех тросов встроены в наружный слой во взаимоперпендикулярных плоскостях симметрично относительно продольной оси вспомогательной нагнетательной трубы.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что вспомогательная нагнетательная труба имеет дополнительный слой, расположенный между внутренним и наружным слоями.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что вспомогательная нагнетательная труба имеет наружное покрытие.

12. Устройство по пп. 10 и 11, отличающееся тем, что несущие элементы в виде тросов в количестве восьми штук встроены симметрично относительно продольной оси вспомогательной нагнетательной трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4