способ ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважинах и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважинах, обсаженных эксплуатационной колонной и оборудованных насосно-компрессорными трубами, глубинным штанговым насосом, штанговой колонной с полированным штоком и фонтанной арматурой, включающий разрыв электрических связей между полированным штоком и станком-качалкой, полированным штоком и фонтанной арматурой в сальниковой части, фонтанной арматурой и выкидной линией, подачу электрической энергии на полированный шток и снятие ее с заземлителя, отличающийся тем, что перед подачей электрической энергии дополнительно разрывают электрические связи по металлу между скважиной и контуром заземления, причем для ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки используют двухэлектродную гальваническую цепь, а в качестве электродов используют электроизолированную скважину и близко расположенный заземлитель, при этом ликвидацию парафино-кристаллогидратной пробки производят поинтервально, вначале освобождают от пробки прогретую часть штанговой колонны, отворачивают и поднимают ее из скважины, затем в скважину спускают вспомогательную штанговую колонну с электрическим сопротивлением, меньшим, чем прихваченная штанговая колонна, соединяют ее с прихваченной частью штанговой колонны и повторяют операцию до полного освобождения штанг от парафино-кристаллогидратной пробки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве близко расположенного заземлителя используют соседнюю скважину.

3. Устройство для ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважинах, обсаженных эксплуатационной колонной, включающее насосно-компрессорные трубы, глубинный штанговый насос, штанговую колонну и полированный шток, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит вспомогательную штанговую колонну с электроизолированной наружной поверхностью, выполненную из материала с электрическим сопротивлением, меньшим, чем прихваченная штанговая колонна, а полированный шток выполнен комбинированным, состоящим из диэлектрической, токопроводящей контактной и токопроводящей с изолированной наружной поверхностью частей.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что штанги вспомогательной штанговой колонны выполнены полыми с левой резьбой.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что штанги вспомогательной штанговой колонны и токопроводящие части полированного штока выполнены из сплава алюминий-медь-магний.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к способам и устройствам для ликвидации парафиновых и кристаллогидратных пробок в скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами с использованием электронагрева.

Известен способ предупреждения парафиногидратных образований в скважинах, реализуемый с помощью устройства, содержащего источник питания и подключенный к нему кабель. Кабель выполнен в виде сердечника, охваченного подушкой под броню, и двухслойной брони из стальных круглых проволочек.

Переменное напряжение от однофазной сети подают к жиле сердечника и броне кабеля, спущенного в скважинные трубы на глубину, которая должна обеспечить предупреждение отложений парафина и гидратообразование [1].

Недостатками известного способа являются: необходимость предварительного спуска в скважинные трубы специально изготовленного кабеля; способ неприменим для скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами.

Известен способ предотвращения образования отложений парафина в добывающих скважинах, включающий спуск в обсаженную скважину колонны насосно-компрессорных труб, оборудованных изоляторами и насоса на штанговой колонне, при котором электрический ток подается по кабелю через кабельный ввод и электрическую муфту, изолирующую устьевую арматуру, от насосно-компрессорных труб. Внизу на колонне насосно-компрессорных труб устанавливается контактор, через который электрический ток замыкается на обсадную колонну. Сверху на колонне штанг устанавливается одна штанга из стеклопластика в целях предотвращения замыкания колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) на устьевую арматуру.

Проходя по колонне НКТ, электрический ток нагревает колонну НКТ.

За счет нагрева колонны НКТ до температуры, равной или выше температуры насыщения нефти парафином, что достигается подводимой мощностью тока, предотвращается отложение на стенках НКТ кристаллов парафина [2].

Недостатком известного способа является то, что он предполагает предварительную установку изоляторов по всей длине колонны НКТ, контактора внизу колонны НКТ, электрической муфты, в верхней части НКТ и штанги из стеклопластика в верхней части колонны штанг. Если же прихват штанговой колонны произошел в скважине, не оборудованной указанными элементами, то применение указанного способа становится невозможным.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ депарафинизации скважин, обсаженных эксплутационной колонной и оборудованных насосно-компрессорными трубами, глубинным штанговым насосом, штанговой колонной с полированным штоком и фонтанной арматурой, включающий разрыв электрических связей между полированным штоком и станком-качалкой, полированным штоком и фонтанной арматурой в сальниковой части, фонтанной арматурой и выкидной линией, подачу электрической энергии на полированный шток и снятие ее с обсадной колонны [3].

Указанный способ принят нами за прототип.

Недостатками прототипа являются: необходимость предварительного оборудования скважины штангами с изоляторами и контактным фонарем; если прихват штанговой колонны происходит в скважине, не оборудованной указанными элементами, то способ неприменим; малая глубина прогрева штанг в связи с большим электрическим сопротивлением стальных штанг; повышенная опасность в связи с высокой разностью потенциалов между полированным штоком и фонтанной арматурой.

Задачей предлагаемого способа является расширение области применения, увеличение глубины прогрева штанг и увеличение безопасности работ.

Для решения указанной задачи в известном способе, включающем разрыв электрических связей между полированным штоком и станком-качалкой, полированном штоком и фонтанной арматурой в сальниковой части, фонтанной арматурой и выкидной линией, подачу электрической энергии на полированный шток и снятие ее заземлителя, перед подачей электрической энергии дополнительно разрывают электрические связи по металлу между скважиной и контуром заземления, причем для ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки используют двухэлектродную гальваническую цепь, а качестве электродов используют электроизолированную скважину и близко расположенный заземлитель, при этом ликвидацию парафино - кристаллогидратной пробки производят поинтервально, вначале освобождают от пробки часть штанговой колонны, отворачивают и поднимают ее из скважины, затем в скважину спускают вспомогательную штанговую колонну с электрическим сопротивлением, меньшим, чем прихваченная колонна, соединяет ее с прихваченной частью штанговой колонны и повторяют операцию до полного освобождения штанг от парафино-кристаллогидратной пробки, при этом в качестве близко расположенного заземлителя используют соседнюю скважину.

Операция по разрыву электрической связи по металлу между скважиной и контуром заземления позволит изменить электрическую схему способа ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважине. В результате изменения электрической схемы получим двухэлектродную гальваническую цепь, где в качестве одного электрода используется скважина, а в качестве второго - близко расположенный заземлитель. В качестве заземлителя может быть использована соседняя скважина.

По новой схеме ток будет проходить по штанговой колонне и растекаться по контактам между штангами и НКТ, НКТ и осадной колонной и, далее, в основном, через интервал перфорации, залегающие породы будут перетекать к поверхностному заземлителю. Ток, протекая по штанговой колонне, будет нагревать ее до температуры плавления парафина или разложения гидрата.

Поинтервальная ликвидация парафино-кристаллогидратной пробки позволит сократить время работ и сэкономить расход электроэнергии. Это обусловлено тем, что точная протяженность образованной парафино-кристаллогидратной пробки неизвестна, а выделение тепла на штангах с глубиной падает. Кроме того, проведение поинтервальной ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки позволит увеличить глубину прогрева штанг.

Нам не известны способы ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважинах, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого способа требованиям, предъявляемым к изобретениям.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважинах, обсаженных эксплутационной колонной, включающее насосно-компрессорные трубы, глубинный штанговый насос, штанговую колонну и полированный шток [3].

Недостатком известного устройства является необходимость предварительного оборудования скважины штангами с изоляторами и контактным фонарем, малая глубина прогрева штанг, а также повышенная опасность поражения электрическим током, в связи с высокой разностью потенциалов между полированным штоком и фонтанной арматурой.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение области его применения, увеличение глубины прогрева штанг и увеличение безопасности работ.

Для решения указанной задачи известное устройство для ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважинах, обсаженных эксплутационной колонной, содержащее насосно-компрессорные трубы, глубинный штанговый насос, штанговую колонну и полированный шток, дополнительно содержит вспомогательную штанговую колонну с электроизолированной наружной поверхностью, выполненную из материала с электрическим сопротивлением, меньшим, чем прихваченная штанговая колонна, а полированный шток выполнен комбинированным, состоящим из диэлектрической, токопроводящей контактной и токопроводящей с изолированной наружной поверхностью частей, причем штанги вспомогательной штанговой колонны выполнены полыми с левой резьбой, и штанги вспомогательной штанговой колонны и токопроводящие части полированного штока выполнены из сплава алюминий - медьмагний (Аl - Cu - Mg).

Назначение вспомогательной штанговой колонны - передача электрической энергии к колоне прихваченных штанг с минимальными ее потерями при протяженной парафино-кристаллогидратной пробке.

Исполнение колонны штанг с изоляторами из материала с меньшим удельным электрическим сопротивлением, чем стальные и с электроизолированной наружной поверхностью, позволит значительно снизить потери электроэнергии при прохождении по ним электрического тока вне зависимости от окружающей среды.

Исполнение полированного штока комбинированным, состоящим из диэлектрической, токопроводящей контактной и токопроводящей с изолированной наружной поверхностью частей позволит увеличить безопасность работ при ликвидации глубокозалегающей парафино-кристаллогидратной пробки за счет более надежной изоляции поверхности полированного штока от подъемника и от фонтанной арматуры. Это имеет практический смысл, поскольку, в результате применения штанговой колонны с изоляторами разность потенциалов меду полированным штоком и фонтанной арматурой, полированным штоком и подъемником будет увеличена.

Исполнение штанг с левой резьбой позволит после растепления части парафино-кристаллогидратной пробки произвести отворот стальных штанг с последующим их подъемом на поверхность и тем самым обеспечить поинтервальную ликвидацию парафино-кристаллогидратной пробки.

Исполнение штанг полыми позволит перед соединением с прихваченной колонной штанг произвести промывку места соединения и беспрепятственно произвести соединение.

Изготовление штанговой колонны и токопроводящих частей полированного штока из термообработанного алюминиевого сплава A1-Cu-Mg, ГОСТ 21488 - 76 позволит, кроме уменьшения удельного электрического сопротивления, иметь высокое прочностные характеристики, обеспечивающие подъем нижележащей колонны стальных штанг.

Нам не известны устройства для ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважинах, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого устройства требованиям, предъявляемым к изобретениям.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема способа ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки в скважине, оборудованной глубинным штанговым насосам; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема способа; на фиг. 3 - вспомогательная штанговая колонна и комбинированный полированный шток.

В скважину, обсаженную эксплутационной колонной 1, для проведения работ по добыче нефти спущены насосно-компрессорные трубы 2, штанговая колонна 3 и глубинный насос 4. В результате образования в скважине парафино-кристаллогидратной пробки произошел прихват штанговой колонны с насосом. Подачу электрического тока от трансформатора 5 на полированный шток 6 штанговой колонны 3 осуществляют через блок управления 7 по гибкому силовому кабелю 8 через токоввод 9. Диэлектрическое сальниковое устройство 10, установленное на фонтанной арматуре 11, изолирует ее от полированного штока 6. Диэлектрическая вставка 12 изолирует полированный шток 6 от станка-качалки 13, а диэлектрическая вставка 14 - фонтанную арматуру 11 от выкидной линии 15. Эксплутационная колонна 1 имеет интервал перфорации 16, по которому ток стекает в породу и через заземлитель 17 поступает в электросиловое оборудование. Вспомогательная штанговая колонна (фиг.3) состоит из штанг 18 с изоляторами 19, выполненных из материала с меньшим электрическим сопротивлением, чем стальные штанги и с изолированной наружной поверхностью 20. Штанги 18 выполнены полыми с левой резьбой, а низ штанг оборудован соединительными устройством, например штангоголовкой, обеспечивающей механическое соединение их с оставшимися в скважине прихваченными штангами и хороший элетрический контакт. Комбинированный полированный шток состоит из диэлектрической 21, токопроводящей контактной 22 и токопроводящей с изолированной наружной поверхностью 23 частей. Вспомогательная штанговая колонна и токопроводящие части полированного штока могут быть изготовленными, например из термообработанного алюминиевого сплава Al-Cu-Mg 21488-76.

Штанги, изготовленные из указанного сплава, имеют удельное сопротивление 1,029 ом мм²/м, в то время как стальные штанги - 0,13 ом мм²/м. Таким образом потери энергии при транспортировке ее по штангам из алюминиевого сплава будут в 0,1 3/0,029 = 4,5 раза меньше.

Для проведения операции по ликвидации парафино-кристаллогидратной пробки производят установку силового оборудования, включающего силовой трансформатор 5 и блок управления 7, обвязку его с контуром заземления (на чертеже не показана) и с линией электропередачи, разматывание гибких силовых кабелей 8 ("фазового" и "нулевого"). Затем проводят работы по электроизоляции на растепляемой скважине, а именно: разрыв электрической связи между полированным штоком 6 и станком-качалкой 13 путем установки диэлектрической втулки 12; разрыв электрической связи между полированным штоком 6 и фонтанной арматурой 11 путем установки диэлектрического сального устройства 10; разрыв электрической связи между скважиной и трубопроводом 15 путем установки диэлектрической вставки 14; разрыв электрической связи по материалу между скважиной и контуром заземления.

Общеизвестно, что для объединения заземляющих устройств различных электроустановок рекомендуется применять одно общее заземляющее устройство, то есть связывать все оборудование единым заземляющим устройством, при этом использовать все имеющиеся в наличии естественные, в особенности протяжные проводники. Также общеизвестно, что на нефтяных промыслах в качестве естественных заземлителей глубинонассосных установок используют обсадные колонны (см. например, книгу: Элетрооборудование нефтяных и газовых скважин. Б. М. Плющ и др., М.: Недра, 1965 г., с. 306-307). Станки-качалки обычно заземляют на обсадные колонны скважин с помощью металлических прутков ("катанок") диаметром более 15 мм и длиной менее 1 м. Разрыв электрической связи по материалу между скважиной и контуром заземления, в этом случае, означает разрыв указанных металлических прутков.

После выполнения всех вышеописанных операций производится обвязка гибкими силовыми кабелями 8 силового трансформатора 5 и блока управления 7 с полированным штоком 6 и поверхностным заземлителем 17. Затем подается напряжение на полированный шток 6. Ток от силового кабеля ("фазового") 8 через токоввод 9 перетекает на полированный шток 6 и, далее, проходя по штанговой колонне 3 и растекаясь по контактам, образованным штанговой колонной 3 с насосно-компрессорными трубами 2, нагревает штанги за счет "джоулева тепла", расплавляя парафино-кристаллогидратную пробку. Далее ток перетекает на обсадную колонну 1, затем, в основном через зону перфорации 16, через залегающие породы к поверхностному заземлителю 17 и посредством гибкого кабеля ("нулевого") 8 возвращается в силовой трансформатор 5. Время нагрева штанговой колонны 3 на глубину несколько сотен метров - не более 5 часов.

При протяженной парафино-кристаллогидратной пробке дальнейшие работы по ее растеплению осуществляют поинтервально, производя отворот и подъем отогретой части колонны штанг. Затем в скважину спускают вспомогательную штанговую колонну, состоящую из штанг 18 с изоляторами 19, при этом штанги выполнены из материала с меньшим электрическим сопротивлением, чем стальные и с электроизолированной поверхностью. Низ спускаемых штанг оборудован соединительным устройством, например, штангоголовкой, обеспечивающей механическое соединение их с оставшимися в скважине прихваченными штангами и хороший электрический контакт. Перед соединением колонн штанг производят установку комбинированного полированного штока.

После соединения штанговых колонн производят обвязку кабелями силового трансформатора 5 с токопроводящей контактной частью 22 полированного штока и поверхностным заземлителем 17, и подают напряжение на штанговую колонну. Ток от силового трансформатора 5, посредством силового кабеля ("фазового") 8, через токоввод 9, электроизолированную штанговую колонну 18 с изоляторами 19, соединительное устройство (штангоголовку), подается на прихваченную штанговую колонну 3. Далее, ток протекает аналогично, что и при разогреве колонны стальных штанг, начиная с поверхности.

В случае, если после повторного электронагрева штанг, штанговая колонна остается прихваченной, производят отворот отогретой части штанговой колонны. После подъема отвернутых стальных штанг, операции по растеплению нового интервала парафино-кристаллогидратной пробки повторяют до полной ее ликвидации.

Данный способ позволит в течение не более 2 суток ликвидировать парафино-кристаллогидратную пробку и освободить штанговую колонну в интервале 0 - 1000 м, а если глубина парафино-кристаллогидратной пробки не более 400 м, то растепление проводят в один этап и в течение 12 часов вводят скважину в эксплуатацию.

Проведенные испытания подтвердили полезность и промышленную осуществимость предлагаемого способа.

Так, на скв. N 6753 Повховского месторождения, объединения "Ватьеганнефть" в результате отложения парафино-кристаллогидратной пробки произошел прихват скважинного оборудования - штанговой колонны и насоса, спущенного на глубину 1465 м. Согласно описанному выше через гибкий силовой кабель была подана подводимая мощность 120 кВт. Через 5 часов наблюдалось подвижка штанг, что свидетельствовало об их освобождении от парафино-кристаллогидратной пробки. Были включены насосы, восстановлена циркуляция и скважина пущена в эксплуатацию.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1839043 кл. E 21 В, 36/04 с приоритетом от 1990 года. 20.04.96.

2. Патент США N 4716960, кл. E 21 В 36/00 с приоритетом от 1988 года.

3. П.П.Галонский. Борьба с парафином при добыче нефти. Теория и практика. М.: ГОСТОПТЕХИЗДАТ, 1955 г., с. 104 - 106 [прототип].