Способ очистки труб от асфальтосмолопарафиновых отложений и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для промышленной очистки труб нефтяных скважин от асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО ). Способ очистки труб от АСПО заключается в их расплаве высокочастотным электромагнитным излучением и удалении продуктов плавления. Высокочастотное излучение перемещают вдоль трубы с помощью подвижного металлического штока, образуя совместно с очищаемой трубой коаксиальный волновод с изменяемой от 0 до L длиной, где L - длина очищаемой трубы. Концентрируют энергию высокочастотного излучения на вводимом в трубу конце подвижного штока в пристеночной области трубы с помощью полуволнового концентратора в форме двух усеченных конусов с общим основанием. Устройство для осуществления способа содержит подвижный металлический шток, расположенный соосно внутри рабочей трубы. Имеется четвертьволновый фильтр-пробка. Узел ввода высокочастотного излучения - это индуктивно-емкостная связь, образованная металлическим кольцом вокруг диэлектрической втулки, установленной в средней части рабочей трубы, и штырем, соединенным с выводом высокочастотного генератора. В рабочей трубе имеется патрубок для отвода расплава. Изобретение обеспечивает возможность использования разрешенных для технологического применения частот ВЧ электромагнитного поля для очистки труб любого диаметра, в том числе и малого диаметра, а также чистоту пристенной области труб при одновременном уменьшении энергоемкости процесса очистки. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., табл.

Настоящее изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для очистки труб нефтяных скважин от асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО).

Известен способ депарафинизации, основанный на воздействии на АСПО высокочастотного электромагнитного поля и разогреве материала трубы переменным магнитным полем, создаваемым токами промышленной частоты (АС СССР N 857443, E 21 B 43/00, 1981). Недостатком способа является низкая эффективность в связи со значительными затратами тепловой энергии на разогрев материала труб.

Устройство для осуществления способа выполнено в виде трубы из фторопласта, на которую намотан в форме спирали проводник волновода, подключенный к высокочастотному генератору электромагнитной энергии. Контактирующая с трубой из фторопласта поверхность волновода снабжена сквозными резонаторными щелями. Переменное магнитное поле создается в рабочей трубе источником тока промышленной частоты. Недостатком данного устройства являются значительные потери энергии, связанные с разогревом материала трубы и потерями в волноводе.

Наиболее близким к заявляемому является способ ликвидации ледяных, газогидратных и парафиновых пробок в трубопроводах (АС СССР N 1707190, E 21 B 43/00, 1992). Ликвидацию пробок осуществляют за счет их расплавления высокочастотным излучением. При этом энергию к пробке подводят с помощью коаксиального кабеля со штырем или петлей на конце, а продукты плавления удаляют.

Устройство для осуществления способа ликвидации парафиновых пробок содержит мощный высокочастотный генератор, к выходу которого подключен коаксиальный кабель со штырем или петлей на излучающем конце, который введен в вертикальную трубу выкидной линии и опущен до начала горизонтального участка очищаемой трубы. На излучающем конце кабеля жестко закреплен металлический отражатель на расстоянии четверти волны от штыря или петли. При этом длина волны высокочастотного излучения не должна превышать 1,7D, где D - внутренний диаметр очищаемой трубы.

Недостатками указанных способа и устройства являются: - ограничения снизу на диаметры труб, которые не позволяют использовать для стандартных труб электромагнитные поля в диапазонах частот, разрешенных для технологических применений; - низкая продуктивность и высокая энергоемкость процесса очистки; - недостаточная чистота очистки труб, особенно в пристенной области.

Техническая задача, решаемая при создании изобретения, заключается в обеспечении возможности использования разрешенных для технологического применения частот ВЧ электромагнитного поля для очистки труб любого диаметра, в том числе и малого диаметра, а также в обеспечении чистоты пристенной области труб при одновременном уменьшении энергоемкости процесса очистки.

Задача решена тем, что при очистке труб от асфальтосмолопарафиновых отложений способом, включающим их расплав высокочастотным электромагнитным излучением и удаление продуктов плавления, высокочастотное излучение перемещают вдоль трубы с помощью подвижного металлического штока, образуя совместно с очищаемой трубой коаксиальный волновод с изменяемой от 0 до L длиной (где L - длина очищаемой трубы) и концентрируя энергию высокочастотного излучения на вводимом в трубу конце штока в пристеночной области трубы.

Задача решается также тем, что устройство для осуществления способа очистки труб от асфальтосмолопарафиновых отложений, содержащее генератор высокочастотного излучения, узел ввода высокочастотного излучения, выполнено в виде рабочей трубы, соединяемой с очищаемой трубой, при этом внутри рабочей трубы соосно с ней расположен подвижный металлический шток, на излучающем конце которого выполнен полуволновый концентратор в форме двух усеченных конусов с общим основанием, перпендикулярно которому равномерно по окружности общего основания установлены диэлектрические пластинки, кроме того, в рабочей трубе до места соединения с узлом ввода высокочастотного излучения выполнен четвертьволновый фильтр-пробка. Узел ввода высокочастотного излучения представляет собой индуктивно-емкостную связь, образованную металлическим кольцом вокруг диэлектрической втулки, установленной в средней части рабочей трубы соосно подвижному штоку, и штырем, соединенным с выводом высокочастотного генератора, причем внутренний диаметр диэлектрической втулки равен внешнему диаметру подвижного штока, а сама диэлектрическая втулка с излучающей стороны подвижного штока заканчивается шайбой, запрессованной в рабочей трубе. В нижней части рабочей трубы выполнено отверстие с патрубком для отвода расплава.

Кроме того, устройство включает в себя узел соединения с очищаемой трубой и короткозамкнутую нагрузку для заглушки выходного отверстия очищаемой трубы, на неизлучающем торце устройства смонтирована высокочастотная нагрузка, а на неизлучающем конце подвижного штока выполнена коническая цанга для подключения механизма движения штока и наращивания штока.

На фиг. 1 изображено устройство для очистки труб от АСПО, фиг. 2 иллюстрирует выбор параметров индуктивно-емкостной связи для ввода энергии генератора высокочастотного излучения в пространство рабочей трубы устройства, фиг. 3 иллюстрирует выбор параметров концентратора высокочастотного поля.

Устройство по фиг. 1 выполнено в виде рабочей трубы 1, соединяемой любым возможным способом, например с помощью накидной гайки 2, с очищаемой трубой 3, на конце которой устанавливается короткозамкнутая нагрузка 4. Внутри рабочей трубы соосно с ней установлена диэлектрическая втулка 5 с шайбой 6 с излучающей стороны рабочей трубы 1. В средней части рабочей трубы 1 выполнен узел 7 ввода высокочастотного излучения генератора 8. Узел 7 состоит из индуктивного штыря 9, соединенного с одной стороны с выходом генератора 8, а с другой стороны с металлическим кольцом 10, охватывающим средний участок диэлектрической втулки 5. На неизлучающей стороне рабочей трубы 1 (до места установки узла 7) выполнен четвертьволновый фильтр-пробка 11. Через коническую высокочастотную нагрузку 12 на неизлучающем торце рабочей трубы 1 и диэлектрическую втулку 5 введен металлический подвижный шток 13 с полуволновым концентратором высокочастотного излучения 14 в форме двух усеченных конусов с общим основанием, перпендикулярно которому равномерно по окружности основания установлены диэлектрические пластинки 15 (от 3-х до 5 штук), при этом диаметры усеченных вершин конусов, направленных в противоположные стороны, равны внешнему диаметру подвижного штока 13. Кроме того, на излучающем конце подвижного штока 13 выполнен излучатель 16 с заостренным концом и длиной не менее четверти волны. На неизлучающем конце подвижного штока 13 выполнена цанга 17 для подключения механизма движения и наращивания штока. Для отвода продуктов плавления в рабочей трубе 1 выполнено отверстие с патрубком 18.

Способ очистки труб осуществляется следующим образом.

Электромагнитная энергия генератора 8 подается на узел ввода 7 высокочастотного излучения, по которому через индуктивный штырь 9 и емкостное кольцо 10 поступает на подвижный шток 13. Параметры индуктивно-емкостной связи выбираются из требования резонанса на частоте генератора 8, условия обеспечения электрической прочности и в соответствии с выражением (см. кн. Н.А.Семенова. Техническая электродинамика. - М.: Связь, 1973, с. 86, 96-97, 242): Выбор параметров иллюстрируется на фиг. 2.

Распространению электромагнитной энергии на неизлучающий конец подвижного штока 13 препятствует фильтр-пробка 11. Параметры фильтра выбираются из требования короткого замыкания линии, условия диэлектрической прочности (см. кн. Д. М. Сазонова. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988, с. 41).

Остаточная электромагнитная энергия на неизлучающем конце подвижного штока 13 поглощается высокочастотной нагрузкой 17. Конструктивные параметры нагрузки 17 должны обеспечивать ее сопротивление, определяемое соотношением внутреннего диаметра рабочей трубы 1 и диаметра подвижного штока 13, что обеспечивает поглощение не менее 95% поступающей на ее вход электромагнитной энергии (см. там же, с. 37).

Электромагнитная энергия поступает в зону очищаемой трубы 3. Полуволновой концентратор 14 не препятствует излучению энергии излучателем 16, концентрирует энергию у внутренних стенок трубы, обеспечивая интенсивный расплав отложений и, тем самым, высокое качество очистки. Параметры концентратора выбираются из условия обеспечения отвода расплава, свободной подвижности штока, а также минимального отражения волны в соответствии с выражением: Выбор параметров иллюстрируется на фиг. 3. При длине концентратора 14, измеряемой между центрами образующих конусов и равной полуволне, обеспечивается режим согласования линии с неоднородностью типа рассматриваемого концентратора. Диаметр концентратора 2a_k с точки зрения повышения эффективности очистки должен быть максимально приближен к внутреннему диаметру рабочей трубы 1, то есть (d-a_k)=min. Этот минимум ограничен снижением электрической прочности коаксиальной линии в сечении максимального диаметра концентратора 14 и условиями обеспечения отвода расплава. Ограничение электрической прочности следует из формулы (10.26) в кн. А.Н.Семенова. Техническая электродинамика. - М.: Связь, 1973, с. 242.

Расплавленный материал через зазор, образуемый между внешней поверхностью концентратора 14 и внутренней поверхностью трубы 3 за счет диэлектрических пластинок 15, стекает в отверстие отвода расплава и патрубок 18. Параметры отверстия выбираются из требования создания для волны на частоте генератора запредельного режима распространения и затухания на толщине стенки трубы и длине патрубка не менее 95% энергии при условии обеспечения отвода расплава, то есть из условия, обратного условию, налагаемому на длину волны высокочастотного излучения в прототипе. Подача и наращивание подвижного штока осуществляется за счет конической цанги 17.

При продвижении штока 13 к концу очищаемой трубы 3 поглощение энергии в материале расплава падает. Для предотвращения излучения энергии в окружающую среду и отражения энергии на конце трубы 3 монтируется короткозамкнутая нагрузка 4.

При использовании одного устройства очистки с определенным диаметром рабочей трубы 1 можно производить очистку труб 3 того же и меньшего диаметра, не меняя частоту высокочастотного излучения, используя только сменные концентраторы 14.

Эксперименты с генератором 8 (P = 0,5 квт, λ = 12 см), выполненные на отрезке (L = 1,2 м) реальной трубы (d = 60 мм), подтвердили эффективность способа. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Узел ввода 7 высокочастотного излучения снабжен стандартным разъемом для подключения генератора 8 с помощью соединительного кабеля. Металлические подвижный шток 13 и концентратор 14 могут быть выполнены как полыми, так и сплошными. Для соединения рабочей трубы 1 с очищаемой трубой 3 могут быть использованы также стандартные соединительные муфты. Индуктивный штырь 9 выполнен составным для соединения вывода разъема для подключения генератора 8 с металлическим кольцом 10.

Формула изобретения

1. Способ очистки труб от асфальтосмолопарафиновых отложений, включающий их расплав высокочастотным электромагнитным излучением и удаление продуктов плавления, отличающийся тем, что высокочастотное излучение перемещают вдоль трубы с помощью подвижного металлического штока, образуя совместно с очищаемой трубой коаксиальный волновод с изменяемой от 0 до L длиной, где L - длина очищаемой трубы, и концентрируя энергию высокочастотного излучения на вводимом в трубу конце штока в пристеночной области трубы.

2. Устройство для очистки труб от асфальтосмолопарафиновых отложений, содержащее генератор высокочастотного излучения, узел ввода высокочастотного излучения, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде рабочей трубы, внутри которой соосно с ней расположен подвижный металлический шток, на излучающем конце которого выполнен полуволновый концентратор в форме двух усеченных конусов с общим основанием, перпендикулярно которому равномерно по окружности основания установлены диэлектрические пластинки, кроме того, в рабочей трубе до места соединения с узлом ввода высокочастотного излучения выполнен четвертьволновый фильтр-пробка, а узел ввода высокочастотного излучения представляет собой индуктивно-емкостную связь, образованную металлическим кольцом вокруг диэлектрической втулки, установленной в средней части рабочей трубы соосно подвижному штоку, и штырем, соединенным с выводом высокочастотного генератора, причем внутренний диаметр диэлектрической втулки равен внешнему диаметру подвижного штока, а сама диэлектрическая втулка с излучающей стороны подвижного штока заканчивается шайбой, запрессованной в рабочей трубе, в нижней части которой выполнено отверстие с патрубком для отвода расплава.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что включает в себя узел соединения с очищаемой трубой и короткозамкнутую нагрузку для заглушки выходного отверстия очищаемой трубы, а на неизлучающем торце устройства смонтирована высокочастотная нагрузка.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что на неизлучающем конце подвижного штока выполнена коническая цанга для подключения механизма движения штока и наращивания штока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4