Способ ликвидации отложений и предотвращения их образования в нефтяной скважине и устройство для его реализации
Владельцы патента RU 2569102:
Общество с ограниченной ответственностью Научно-инженерный центр "Энергодиагностика" (RU)
Группа изобретений относится к нефтяной промышленности, а именно к оборудованию нефтяных скважин, и может быть использовано для ликвидации парафиногидратных пробок и поддержания в скважинах оптимального теплового режима в целях предупреждения и ликвидации парафиногидратных и асфальтосмолистых отложений на внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы. В скважину в зону образования отложений погружается нагревательная система, состоящая из линейного нагревательного элемента в виде внешней грузонесущей стальной брони геофизического кабеля и питающей жилы, которые замыкаются в головной части кабеля при помощи замыкающего элемента (замыкателя). Замыкатель является локальным нагревателем. Во время спуска нагревательной системы в скважину осуществляют преимущественно локальный нагрев в головной части, для этого пропускают высокочастотный электрический ток через питающую жилу, замыкающий элемент и линейный нагревательный элемент. Частоту тока устанавливают на нижнем пороге, чтобы глубина проникновения высокочастотного поля в металл линейного нагревательного элемента была меньше его толщины. При этом тепловыделение преимущественно будет происходить в головной части. За счет этого преодолевают забитые отложениями участки (пробки), спуская нагревательную систему в скважину, при этом температура замыкателя и окружающей его среды контролируется при помощи датчика температуры и поддерживается в необходимом диапазоне системой управления нагревом. После полного погружения нагревательной системы в скважину осуществляют преимущественно попутный нагрев. Для этого система управления нагревом обеспечивает перераспределение мощности между линейным нагревательным элементом и замыкателем, что достигается вводом в насыщение ферромагнитного сердечника замыкателя и уменьшением при этом индуктивного сопротивления высокочастотного провода замыкателя. Затем, регулируя частоту тока в нагревательной системе, регулируют нагрев линейного нагревательного элемента. Устройство содержит систему питания и управления нагревом, нагревательную систему, состоящую из питающей жилы и линейного нагревательного элемента в виде металлического проводника с сечением, выбранным достаточным для удержания веса погружаемой в скважину нагревательной системы, а также замыкатель электрического тока между ними в головной части нагревательной системы. В головной части нагревательной системы располагается датчик температуры, при помощи которого контролируется температура замыкателя и окружающей его среды при спуске нагревательной системы в скважину. Питающая жила выполнена из скрученных и изолированных проводников, замыкатель электрического тока выполнен в виде обмотки из высокочастотного провода, намотанной на ферромагнитный сердечник и помещенной внутрь металлической оболочки, сердечник торцевыми частями замкнут на эту оболочку. Техническим результатом является повышение надежности и расширение функциональных возможностей нагревательной системы. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к оборудованию нефтяных скважин, и может быть использовано для ликвидации парафиногидратных пробок и поддержания в скважинах оптимального теплового режима в целях предупреждения и ликвидации парафиногидратных и асфальтосмолистых отложений на внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы (НКТ).
Известен способ теплового воздействия, при котором с целью предупреждения образования асфальтосмолопарафиновых отложений в скважине на глубине образования отложений, либо в призабойной зоне размещают локальный электронагреватель, с последующим разогревом и добычей разогретой продукции из скважины [RU, патент №2379495 от 19.09.2008].
Недостатком способа является тот факт, что поднимаемая по колонне НКТ нефть может остывать до температуры начала кристаллизации парафина и ближе к устью скважины формируются отложения.
Известны устройства для реализации этого способа: локальный электронагреватель, состоящий из трубчатого корпуса и размещенного на его поверхности нагревательного элемента в виде кабеля с малым электрическим сопротивлением, установленного в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса [RU, патент №2249096 от 24.02.2004]; индукционный скважинный электронагреватель, включающий корпус, являющийся одновременно магнитным сердечником, нагревательный элемент в виде индукционной катушки, намотанной на наружной поверхности корпуса, корпусом служит насосно-компрессорная труба [RU, патент №2198284 от 19.02.2001].
Электронагреватели спускают в скважину с колонной НКТ. Для этого необходимо устанавливать их либо на стадии строительства скважины, либо при капитальном ремонте, что является существенным недостатком этих устройств.
Известен способ регулирования теплового режима скважины, предусматривающий попутный нагрев добываемой жидкости с помощью нагревательного кабеля, размещенного в насосно-компрессорной трубе [RU, патент №2455461 от 15.11.2010].
Устройство, реализующее этот способ, содержит нагревательный кабель, состоящий из расположенных коаксиально изолированных нагревательных элементов, и соединенную с ним систему управления его нагревом [RU, патент №2455461 от 15.11.2010].
Недостатком способа и устройства является то, что перед спуском нагревательного кабеля в запарафиненную скважину необходима ее предварительная чистка.
Известен способ запуска в работу запарафиненной нефтедобывающей скважины, при котором перед спуском нагревательного кабеля в скважину его нагревают выше 45°С, а далее нагретый кабель спускают в зону парафинообразования [RU, патент №2275493 от 11.11.2004].
Устройство, реализующее способ, содержит нагревательный кабель, навитый на барабан управляемой лебедки с, по меньшей мере, одним температурным датчиком, и соединенную с этим кабелем станцию управления его нагревом [RU, патент №2275493 от 11.11.2004].
Недостатком способа и устройства является то, что в головной части нагревательный кабель имеет температуру не выше, чем по всей его длине, поэтому спуск его в скважину при прохождении парафиновых пробок затруднен и происходит медленно.
Общим недостатком устройств, содержащих нагревательный кабель, является низкая погонная мощность тепловыделения.
Известен способ ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, при котором в скважину на глубину образования отложений погружают нагревательную систему, состоящую из линейного нагревательного элемента, питающего проводника и замыкателя между ними.
Устройство, реализующее этот способ, содержит линейный нагревательный элемент в виде колонны НКТ, погружной контакт и обсадную колонну, являющуюся питающим проводником [RU, патент №2109927, МПК Е21В 36/04, Е21В 43/24 от 08.04.1996].
Недостатком устройства является необходимость исключения возможных перемыканий между НКТ и обсадной колонной в местах выше расположения погружного контакта, для этого на НКТ необходимо разместить изоляторы, которые могут повредиться при спуске НКТ в обсадную колонну. К тому же необходима изоляция наземного оборудования.
Описанные выше недостатки устранены в прототипе [RU, патент №2248442 от 10.09.2003]. В скважину на глубину образования отложений погружают нагревательную систему, состоящую из линейного нагревательного элемента в виде металлического проводника, питающей жилы и замыкателя тока между ними в головной части. Замыкатель представляет собой локальный нагреватель, при помощи которого осуществляют нагрев при погружении нагревательной системы в скважину, что позволяет проходить пробки, образованные отложениями. После погружения осуществляют преимущественно попутный нагрев путем замыкания цепи тока, образованной металлическим проводником и питающей жилой, для этого замыкающий элемент имеет падающую зависимость сопротивления от роста температуры.
Устройство, реализующее способ, содержит нагревательную систему, состоящую из питающей жилы, выполненной из скрученных и изолированных проводников, линейного нагревательного элемента в виде голого металлического проводника и замыкателя, состоящего из корпуса, ферритового сердечника и обмотки. Особенностью замыкателя является то, что ферритовый сердечник при нагреве до точки Кюри теряет свои магнитные свойства и сопротивление замыкателя падает [RU, патент №2248442 от 10.09.2003].
Недостатком данного способа и устройства для его реализации является необходимость подбора ферритового сердечника под конкретный тип отложений, имеющих разную температуру плавления.
Технической задачей изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей нагревательной системы.
Поставленная задача решается способом ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, при котором осуществляют нагрев на глубину образования отложений с помощью нагревательной системы, содержащей линейный нагревательный элемент в виде металлического проводника, погружаемого в скважину, и погружаемую в скважину питающую жилу, по которой пропускают электрический ток с обеспечением его замыкания в головной части нагревательной системы на линейный нагревательный элемент, через питающую жилу пропускают электрический ток высокой частоты и воздействуют на металл линейного нагревательного элемента высокочастотным полем питающей жилы, при этом частоту электрического тока устанавливают на нижнем пороге из условия, чтобы глубина проникновения высокочастотного поля в металл линейного нагревательного элемента была меньше его толщины, и обеспечивают преимущественное тепловыделение по длине линейного нагревательного элемента путем увеличения частоты электрического тока, замыкание электрического тока в головной части нагревательной системы между линейным нагревательным элементом и питающей жилой обеспечивают использованием замыкающего элемента, причем замыкающий элемент выполняют на ферромагнитном сердечнике, температура замыкающего элемента и окружающей его среды контролируется при помощи датчика температуры, расположенного в головной части нагревательной системы, и регулируется системой управления в необходимом диапазоне при спуске нагревательной системы в скважину, затем, после полного погружения нагревательной системы в скважину, система управления нагревом вводит ферромагнитный сердечник в насыщение и тепловыделение происходит преимущественно по длине линейного нагревательного элемента, поскольку замыкающий элемент имеет падающую зависимость сопротивления от насыщения его ферромагнитного сердечника.
Задача решается также устройством для ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, содержащим нагревательную систему, состоящую из питающей жилы и линейного нагревательного элемента в виде металлического проводника с сечением, выбранным достаточным для удержания веса погружаемой в скважину нагревательной системы, а также замыкатель электрического тока между ними в головной части нагревательной системы, питающая жила выполнена из скрученных и изолированных проводников, замыкатель электрического тока выполнен в виде обмотки из высокочастотного провода, намотанной на сердечник и помещенной внутрь металлической оболочки, сердечник торцевыми частями замкнут на эту оболочку, причем в головной части нагревательной системы располагается датчик температуры, при помощи которого контролируется температура замыкателя при спуске нагревательной системы в скважину, в качестве сердечника используется ферромагнитный материал, вводимый в насыщение системой управления нагревом, когда нагревательная система полностью погружена в скважину.
Установка для борьбы с АСПО (асфальтосмолопарафиновые отложения) (фиг. 1) содержит систему питания и управления нагревом 1, лебедку с барабаном 2, геофизический кабель 3, замыкатель 4, датчик температуры 5. Геофизический кабель 3, замыкатель 4 и датчик температуры 5 образуют нагревательную систему. Нагревательная система погружается в насосно-компрессорную трубу 6 либо в межтрубное пространство, образованное насосно-компрессорной трубой 6 и обсадной колонной 7.
Литцендратный геофизический кабель (фиг. 2) состоит из внешней грузонесущей стальной брони 8, которая является линейным нагревательным элементом, питающей жилы 9, состоящей из скрученных медных проводников и заключенных в изоляцию 10, в пространстве между жилами - полимерный заполнитель 11.
При погружении нагревательной системы в скважину (фиг. 3) осуществляют локальный нагрев в головной части при помощи замыкателя 4, являющегося локальным нагревателем, встречающиеся на пути пробки из АСПО 12 плавятся и нагревательная система опускается ниже по стволу скважины.
Индукционная нагревательная система работает следующим образом. Геофизический кабель 3 спускается в скважину в зону образования отложений. При этом для его спуска на необходимую глубину нужно преодолевать забитые отложениями участки НКТ - пробки 12. Поэтому важно, чтобы при спуске происходил более мощный локальный нагрев в головной части, а кабель 3, навитый на барабан 2, нагревался значительно меньше. Для этого в головной части нагревательной системы размещается локальный нагреватель 4. Локальный нагреватель является замыкателем между питающей жилой 9 и линейным нагревательным элементом (броня кабеля 8), осуществляющим попутный нагрев добываемой жидкости. Замыкатель 4 выполнен в виде обмотки из высокочастотного провода на ферромагнитном сердечнике, размещенных внутри стальной оболочки, которая и является нагревательным элементом локального нагревателя.
При спуске нагревательной системы в скважину устанавливают частоту тока на нижнем пороге, при которой глубина проникновения высокочастотного поля в металл линейного нагревательного элемента будет меньше его толщины. При этом тепловыделение преимущественно будет происходить в замыкателе 4. Рабочая температура замыкателя (выше температуры плавления отложений, но ниже температуры их коксования) поддерживается системой питания и управления нагревом 1 и контролируется датчиком температуры 5, размещенным в головной части. После погружения нагревательной системы в скважину, когда с помощью замыкателя пробиты и расплавлены пробки АСПО, необходимость в сильном локальном тепловыделении в головной части отпадает и для осуществления попутного нагрева скважины необходимо перераспределение мощности между линейным нагревательным элементом и замыкателем, что достигается вводом в насыщение ферромагнитного сердечника замыкателя и уменьшением при этом индуктивного сопротивления высокочастотного провода замыкателя. Затем, регулируя частоту тока в нагревательной системе, регулируют нагрев линейного нагревательного элемента. Существует несколько способов, чтобы ввести ферромагнитный сердечник в насыщение. Например, можно повысить ток в обмотке замыкателя. Для этого увеличивают амплитуду напряжения, причем во время погружения нагревательной системы в скважину амплитуда напряжения и сила тока устанавливаются такими, что сердечник находится в состоянии преднасыщения, это делает устройство более контролируемым. Также возможно подобрать сердечник, который будет насыщаться при увеличении частоты тока.
Предлагаемая нагревательная система имеет более широкие функциональные возможности с точки зрения применимости при ликвидации АСПО, поскольку применима для борьбы с отложениями с различной температурой плавления. Повышение надежности предлагаемой нагревательной системы определяется возможностью использования механически более прочных магнитных материалов, чем ферриты.
1. Способ ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, при котором осуществляют нагрев на глубину образования отложений с помощью нагревательной системы, содержащей линейный нагревательный элемент в виде металлического проводника, погружаемого в скважину, и погружаемую в скважину питающую жилу, по которой пропускают электрический ток с обеспечением его замыкания в головной части нагревательной системы на линейный нагревательный элемент, через питающую жилу пропускают электрический ток высокой частоты и воздействуют на металл линейного нагревательного элемента высокочастотным полем питающей жилы, при этом частоту электрического тока устанавливают на нижнем пороге из условия, чтобы глубина проникновения высокочастотного поля в металл линейного нагревательного элемента была меньше его толщины, и обеспечивают преимущественное тепловыделение по длине линейного нагревательного элемента путем увеличения частоты электрического тока, замыкание электрического тока в головной части нагревательной системы между линейным нагревательным элементом и питающей жилой обеспечивают использованием замыкающего элемента, отличающийся тем, что замыкающий элемент выполняют на ферромагнитном сердечнике, температура замыкающего элемента и окружающей его среды контролируется при помощи датчика температуры, расположенного в головной части нагревательной системы, и регулируется системой управления в необходимом диапазоне при спуске нагревательной системы в скважину, затем, после полного погружения нагревательной системы в скважину, система управления нагревом вводит ферромагнитный сердечник в насыщение, и тепловыделение происходит преимущественно по длине линейного нагревательного элемента, поскольку замыкающий элемент имеет падающую зависимость сопротивления от насыщения его ферромагнитного сердечника.
2. Устройство для ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, содержащее нагревательную систему, состоящую из питающей жилы и линейного нагревательного элемента в виде металлического проводника с сечением, выбранным достаточным для удержания веса погружаемой в скважину нагревательной системы, а также замыкатель электрического тока между ними в головной части нагревательной системы, питающая жила выполнена из скрученных и изолированных проводников, замыкатель электрического тока выполнен в виде обмотки из высокочастотного провода, намотанной на сердечник и помещенной внутрь металлической оболочки, сердечник торцевыми частями замкнут на эту оболочку, отличающееся тем, что в головной части нагревательной системы располагается датчик температуры, при помощи которого контролируется температура замыкателя при спуске нагревательной системы в скважину, в качестве сердечника используется ферромагнитный материал, вводимый в насыщение системой управления нагревом, когда нагревательная система полностью погружена в скважину.
