Устройство для очистки труб от парафинобитумных отложений

 

Использование: в нефтяной промышленности при добыче и трубопроводной транспортировке нефти. Сущность: внутри лифтовой трубы или нефтепровода перемещают теплогенератор, работающий на жидком реагенте с экзотермической реакцией разложения, например, концентрированной перекиси водорода, окиси этилена, гидразина. Жидкий реагент подается в реактор, например, насосом или давлением газообразных продуктов разложения (самонаддув). Реакция разложения жидкого реагента возбуждается в реакторе катализатором. Газообразные продукты разложения, вытекая через сопла теплогенератора, нагревают и расплавляют парафинобитумные отложения, которые затем растворяются в перекачиваемой нефти и выносятся из трубы. При подъеме теплогенератора из трубы производится механическая очистка скребками от остатков отложений, размягченных при нагревании. Теплогенератор может быть совмещен с устройством подачи депрессорных реагентов, которое приводится в действие давлением газообразных продуктов разложения жидкого реагента из теплогенератора. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к добыче и трубопроводному транспорту нефти.

При движении парафинистой нефти по трубам содержащиеся в ней парафины и асфальтены откладываются на стенках, сужая живое сечение вплоть до полного заращивания. Для очистки лифтовых труб, нефтепроводов и арматуры применяется обработка химреактивами-депрессорами, механическая очистка и термическая депарафинизация [1].

Известны системы для термической депарафинизации скважин в виде паропередвижных установок и установок депарафинизации горячей нефтью [2, c.3]. Паропередвижная установка содержит паровой котел, вырабатывающий влажный пар давлением до 10 МПа, трубопроводы и устройство для перемещения трубопровода внутри скважины. Питательная вода для котла транспортируется к скважине от пункта химводоочистки. Установка депарафинизации горячей нефтью содержит нагреватель-теплообменник, где сырая нефть перед закачиванием в скважину нагревается примерно до 150^oC. Паропередвижные установки и установки депарафинизации горячей нефтью имеют большие массу и габариты, громоздкую трубную обвязку, высокие энергетические затраты, нуждаются в химводоочистке или очистке закачиваемой горячей нефти, для них характерны частые отказы оборудования (главным образом, насосов высокого давления и трубных пучков) и повышенная пожароопасность.

Известен скважинный парогазогенератор (прототип) [3], включающий камеру сгорания с запальным узлом и выходным соплом, трубы для подвода воздуха, топлива и воды, с резонирующим элементом в запальном узле, размещенным в трубе для подвода воздуха. По сравнению с паропередвижными установками и установками депарафинизации горячей нефтью в прототипе уменьшены энергозатраты, т.к. теплота подводится непосредственно к участку тепловой обработки скважины. Однако для прототипа характерна сложность устройства и эксплуатации, связанная с наличием трех трубопроводов (топливного, водяного, воздушного), с размещением у скважины насосного и компрессорного хозяйства, систем очистки воды и воздуха.

Цель изобретения - очистка лифтовых труб и нефтепроводов от парафинобитумных отложений с применением автономного скважинного теплогенератора. Ожидаемые технические результаты от использования изобретения - уменьшение массы и габаритов оборудования, снижение энергозатрат, автономность, уменьшение вредных выбросов и пожароопасности.

Предлагаемая система для очистки труб от парафинобитумных отложений, включающая устройство для перемещения внутри трубы, теплогенератор и устройство механической очистки, отличается тем, что теплогенератор выполнен в виде заключенного в емкость жидкого реагента с экзотермической реакцией разложения, например, на основе концентрированной перекиси водорода, окиси этилена, гидразина, и включает устройство подачи жидкого реагента, камеру разложения и размещенный между ними реактор, обеспечивающий реакцию разложения жидкого реагента, причем теплогенератор может быть совмещен с устройством механической очистки трубы от отложений и устройством подачи депрессорных реагентов. При этом устройство подачи жидкого реагента в камеру разложения содержит узел для создания избыточного давления в реагенте, например, в виде насоса или эластичного вытеснительного мешка, находящегося под давлением газообразных продуктов разложения, получаемых во вспомогательном реакторе самонаддува, и запорно-регулирующий узел, например, в виде клапана. Устройство механической очистки трубы от отложений, совмещенное с теплогенератором, выполнено в виде скребков, прижатых к очищаемой поверхности, причем скребки и отделяемые от поверхности трубы парафинобитумные отложения нагреты в результате работы теплогенератора. С теплогенератором может быть совмещено устройство подачи депрессорных реагентов, приводимое в действие давлением газообразных продуктов разложения из теплогенератора.

На чертеже представлен один из возможных вариантов реализации системы.

Устройство перемещения 1, например, в виде штанги или троса, соединено с теплогенератором 2, размещенным внутри трубы 3 со слоем парафинобитумных отложений 4. В эластичном вытеснительном мешке 5 размещен жидкий реагент 6. Мешок с жидким реагентом через запорно-регулирующий клапан 7 сообщается с реактором 8 и камерой разложения 9. Камера разложения имеет сопла 10, через которые при работе теплогенератора вытекают струи газообразных продуктов разложения 11. Вспомогательный реактор самонаддува 12 размещается в газовом объеме 13 теплогенератора. Газовый объем имеет предохранительно-перепускной клапан 14. Эластичный вытеснительный мешок оборудован заправочно-сливным клапаном 15. В головной части теплогенератора размещены шарнирно скребки 16, прижатые к поверхности трубы пружинами 17. В газовом объеме теплогенератора размещается эластичный мешок 19 с депрессорным реагентом 19, сообщающийся с объемом внутри трубы через клапан 20.

Система работает следующим образом.

Теплогенератор 2 устройством 1 перемещается внутри трубы 3, заполненной нефтью (например, опускается в лифтовую трубу на штанге или тросе). При этом скребки 16 скользят по слою парафинобитумных отложений 4, преодолевая натяг пружин 17, работающих на сжатие. По команде включается вспомогательный реактор самонаддува 12, начинают выделяться газообразные продукты разложения, создавая в газовой полости 13 теплогенератора 2 повышенное давление, которое регулируется предохранительно-перепускным клапаном 14. Под повышенным давлением жидкий реагент 6 выдавливается из эластичного вытеснительного мешка 5 через запорно-регулирующий клапан 7 в реактор 8, выполненный в виде каталитического пакета, заполненного веществом, вызывающим при контакте с жидким реагентом реакцию его разложения (например, составом на основе окислов марганца для перекиси водорода). Газообразные продукты разложения поступают в камеру разложения 9 и далее вытекают из камеры разложения через сопла 10 в виде высокотемпературных газовых струй 11, направленных на парафинобитумные отложения 4. Отложения размягчаются и плавятся, растворяются в нефти, заполняющей трубу, и выносятся с нею. Высокая температура головной части теплогенератора способствует расплавлению парафиновых отложений перед ним. Газообразные продукты поднимаются по трубе, нагревая нефть и частично растворяясь в ней, при этом парафинобитумные отложения продолжают растворяться в нефти, их слой выше теплогенератора становится тоньше. При использовании в качестве жидкого реагента перекиси водорода, продукты разложения которой содержат до 46% (по массе) кислорода, нефтепродукты внутри трубы самовоспламеняются из-за высокой температуры газа в струях газообразных продуктов разложения (600. ..800^oC), что обеспечивает дополнительное тепловыделение в зоне тепловой обработки. Горение прекращается по мере расходования выделившегося кислорода.

При подъеме системы из трубы скребки 16, прижатые пружинами 17, очищают трубу от остатков парафинобитумных отложений, размягченных в результате тепловой обработки. В начале подъема открывается запорный клапан 20, и жидкий депрессорный реагент 19 выдавливается из эластичного мешка 18 давлением в газовой полости 13 теплогенератора внутрь трубы 3, препятствуя дальнейшему отложению парафина. С уменьшением гидростатического давления в трубе при подъеме системы предохранительно-перепускной клапан 14 сбрасывает давление в газовой полости 13 теплогенератора.

Ряд жидких реагентов с экзотермической реакцией разложения обладает высокой энергоемкостью. Так, реакция разложения 1 килограмма перекиси водорода сопровождается выделением примерно 3 МДж теплоты и дополнительно от сгорания нефти в кислороде продуктов разложения перекиси водорода - еще около 2,5 МДж на килограмм перекиси водорода. В то же время для нагрева до температуры плавления и для растопления 1 кг парафина требуется 250...350 кДж теплоты. Даже если половина подведенной теплоты будет потеряна на нагрев трубы и заполняющей ее нефти, то и в этом случае разложение 1 кг перекиси водорода приведет к растоплению примерно 10 кг парафина. При этом существенно облегчается работа системы механической очистки (скребков), которые при подъеме снимают остатки парфинобитумного слоя, размягченные в результате нагрева.

Компактность и малая масса теплогенератора и жидкого реагента сокращают затраты по их доставке к месту обработки трубы. Отпадает необходимость транспортировки парогенераторов и больших количеств химочищенной воды для паропередвижной установки; теплообменного оборудования и очищенной нефти для установки депарафинизации горячей нефтью, а также труб, топлива. По сравнению с парогазогенератором-прототипом отпадает необходимость подачи в трубу топлива, воды и сжатого воздуха соответствующими насосными и компрессорными установками.

При использовании в качестве жидкого реагента перекиси водорода продукты ее разложения - кислород и водяной пар экологически чисты. Водяной пар и углекислый газ, образующийся при сгорании нефти внутри трубы в кислороде, выделяющемся при реакции разложения, обладают депрессорными свойствами, препятствуя образованию парафиновых отложений при эксплуатации трубы.

Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что ряд реагентов, пригодных для использования в теплогенераторе, выпускается промышленностью без ограничения. Отработана технология их безопасного хранения, транспортировки и использования. Устройство и технология изготовления реакторов, узлов подачи жидкого реагента, запорно-регулирующей арматуры базируется на имеющемся опыте энергомашиностроения.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки труб от парафинобитумных отложений, содержащее полый корпус, блок теплогенерации и узлы перемещения и механической очистки, отличающееся тем, что блок теплогенерации выполнен в виде камеры разложения жидкого реагента, в качестве которого используют реагент с экзотермической реакцией разложения, и снабжен средством подачи жидкого реагента и реактором, размещенным между средством подачи реагента и камерой разложения, имеющей выходные сопла.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок теплогенерации совмещен с узлом механической очистки и/или средством подачи депрессорного реагента.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве реагента с экзотермической реакцией разложения используют реагент на основе перекиси водорода, окиси этилена и гидразина.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено узлом создания избыточного давления реагента в виде насоса или узла самонадува, причем последний выполнен в виде вспомогательного реактора самонадува, снабженного индивидуальным средством подачи реагента и запорно-регулирующими элементами.

5. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что узел механической очистки выполнен в виде скребков.

РИСУНКИ

Рисунок 1