способ создания и поддержания в рабочем состоянии проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб в эксплуатационной скважине и очистное устройство

Формула изобретения

1. Способ создания и поддержания в рабочем состоянии проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб в эксплуатационной скважине, включающий восстановление циркуляции через колонну насосно-компрессорных труб в случае ее отсутствия, периодическую очистку внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб от отложений осевым перемещением очистного устройства, оснащенного, по крайней мере, одной вращающейся головкой с режущими элементами и удаление отложений на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости, отличающийся тем, что периодическую очистку внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб начинают с проверки размера ее проходного сечения путем последовательных спусков и подъемов очистного устройства, оснащенного, по крайней мере, одной упомянутой вращающейся головкой, при этом максимальный размер в поперечном сечении каждой вышерасположенной вращающейся головки выбирают превышающим или соответствующим аналогичному размеру нижерасположенной головки, при каждом последующем спуске очистного устройства ступенчато изменяют максимальный размер в поперечном сечении вращающихся головок и доводят его до величины, не превышающей аналогичного размера инструмента, использованного при шаблонировании проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб, после чего через назначенные промежутки времени производят очистку внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб от отложений осевым перемещением упомянутого очистного устройства, при этом назначение промежутков времени между очистками осуществляют на основе анализа параметров продуктивного пласта, добываемой жидкости, интервала и состава отложений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление отложений на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости завершают увеличением его расхода на устье скважины.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что продолжительность увеличения расхода потока добываемой жидкости на устье скважины составляет преимущественно от 3 до 15 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ступенчато изменяют максимальный размер в поперечном сечении вращающихся головок путем его увеличения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что ступенчато изменяют максимальный размер в поперечном сечении вращающихся головок сначала путем его уменьшения до размера, обеспечивающего свободный спуск и подъем очистного устройства, а затем путем его увеличения.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе периодической очистки внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб через назначенные промежутки времени используют очистное устройство, оснащенное упомянутыми вращающимися головками, у которых максимальный размер в поперечном сечении каждой вышерасположенной превышает или соответствует аналогичному размеру нижерасположенной головки.

7. Способ по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что осевое перемещение очистного устройства осуществляют на тяговом органе под действием их силы тяжести при спуске вниз и принудительно посредством лебедочного подъемника - при подъеме вверх.

8. Способ по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что вращение головок в очистном устройстве осуществляют за счет их взаимодействия с потоком добываемой жидкости в процессе осевого перемещения устройства.

9. Способ по одному из пп.1 - 7, отличающийся тем, что вращение головок с режущими элементами в очистном устройстве осуществляют посредством привода, размещенного в упомянутом устройстве.

10. Способ по одному из пп.1 - 9, отличающийся тем, что очистное устройство перед спуском обрабатывают гидрофилизирующим составом.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что используют гидрофилизирующий состав, вес. ч.:

Полиакриламид - 3 - 5

Силикат натрия - 3 - 5

Вода - До 100

12. Способ по одному из пп.1 - 11, отличающийся тем, что осевое перемещение очистного устройства в процессе очистки внутренней поверхности колонны насосно-компрессорных труб от отложений сопровождают остановкой его в крайнем нижнем положении и/или периодическими остановками при его подъеме.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что продолжительность остановок назначают из условия обеспечения выноса отложений восходящим потоком добываемой жидкости на расстояние, достаточное для исключения их соприкосновения с очистным устройством при его подъеме.

14. Очистное устройство с приводом, включающее связанные между собой, по крайней мере, одну вращающуюся головку с режущими элементами, закрепленную жестко на валу, сочлененном с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, средство создания осевой силы и узел присоединения к тяговому органу, оснащенному электропроводящими элементами, отличающееся тем, что оно снабжено пустотелым валом, охватывающим вал, сочлененный с валом двигателя привода или его понижающего редуктора, узлом изменения направления вращения пустотелого вала на противоположное по отношению к направлению вращения вала, сочлененного с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, при этом на пустотелом валу закреплена жестко, по крайней мере, одна вращающаяся головка с режущими элементами.

15. Очистное устройство по п.14, отличающееся тем, что узел изменения направления вращения пустотелого вала на противоположное по отношению к направлению вращения вала, сочлененного с выходным валом электродвигателя или его понижающего редуктора, выполнен в виде размещенных в корпусе и находящихся в зацеплении двух пар конических шестерен, установленных напротив друг друга, при этом одна пара конических шестерен закреплена в корпусе, а конические шестерни второй пары закреплены одна на валу, сочлененном с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, а другая - на пустотелом валу.

16. Очистное устройство по п.14 или 15, отличающееся тем, что между пустотелым валом и валом, сочлененным с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, установлены центраторы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и может быть использовано в эксплуатационных скважинах.

В процессе нефтегазодобычи на стенках трубных колонн скважин, по которым движется добываемая продукция, отлагается слой отложений (асфальтены, смолы, парафины, гидраты и их смеси), сужается проходное сечение вплоть до полного его перекрытия, что приводит к снижению объема добываемой продукции или к полному прекращению дебита скважины.

Известен способ поддержания в рабочем состоянии проходного сечения колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) в эксплуатационной скважине и очистное устройство, с помощью которого осуществляется этот способ (патент РФ N 2041341).

Известный способ включает периодическую очистку внутренней поверхности колонны НКТ от отложений осевым перемещением очистного устройства, оснащенного двумя вращающимися головками с режущими элементами и удаление отложений на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости, при этом осевое перемещение очистного устройства осуществляют на тяговом органе под действием их силы тяжести - при спуске вниз и принудительно посредством лебедочного подъемника - при подъеме вверх, а вращение головок с режущими элементами в очистном устройстве осуществляют за счет их взаимодействия с потоком добываемой жидкости в процессе осевого перемещения устройства.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности создания максимально возможного проходного сечения колонны НКТ при наличии циркуляции через нее, поскольку известный способ позволяет поддерживать в рабочем состоянии то проходное сечение колонны НКТ, через которое возможен свободный спуск на тяговом органе под действием силы тяжести очистного устройства, и это проходное сечение нельзя назвать максимально возможным, т.к. очередную очистку внутренней поверхности колонны НКТ обычно проводят, когда вследствие уменьшения проходного сечения снижение дебита скважины стало ощутимым. Попытка же вернуть проходное сечение колонны НКТ в первоначальное состояние, как правило, приводит к неудаче, т.к. не удается провести свободный спуск очистного устройства желаемого диаметра.

Известен способ поддержания в рабочем состоянии проходного сечения колонны НКТ в эксплуатационной скважине (авторское свидетельство N 87024).

Согласно известному способу периодическую очистку внутренней поверхности колонны НКТ от отложений осуществляют осевым перемещением очистного устройства той или иной конструкции на тяговом органе под действием их силы тяжести - при спуске вниз, и принудительно посредством лебедочного подъемника - при подъеме вверх, и удаление отложений на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости. Спуски и подъемы очистного устройства осуществляются в автоматическом режиме с заранее определенной периодичностью, что позволяет поддерживать в рабочем состоянии практически максимально возможное проходное сечение колонны НКТ. Однако этот способ связан с большими капитальными затратами, т. к. требует наличия стационарно смонтированного на скважине лебедочного подъемника, оснащенного сложной системой автоматического управления, которая подразумевает как профилактические мероприятия, так и ремонтные работы, связанные с выходом из строя как наземной части (лебедочного подъемника), так и находящегося в скважине очистного устройства и связанного с ним тягового органа. Способ не предусматривает создания рабочего состояния проходного сечения колонны НКТ, например, в случае его сужения за счет наращивания отложений по причине нарушения периодичности очисток, вызванной, например, выходом из строя лебедочного подъемника, тягового органа, автоматической системы управления или очистного устройства.

Известен, выбранный в качестве ближайшего аналога, способ создания и поддержания в рабочем состоянии проходного сечения колонны НКТ в эксплуатационной скважине, включающий восстановление циркуляции через колонну НКТ в случае ее отсутствия, периодическую очистку внутренней поверхности колонны НКТ от отложений осевым перемещением очистного устройства, оснащенного вращающимися головками с режущими элементами, и удаление отложений на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости (патент РФ N 2147064). Недостатки те же, что и в способе (патент РФ N 2041341).

Известно очистное устройство с приводом, включающее связанные между собой вращающуюся головку с режущими элементами, закрепленную жестко на валу, сочлененном с. выходным валом электродвигателя привода, узел присоединения к тяговому органу, оснащенному электропроводящими элементами и второй электродвигатель, выходной вал которого вращается в противоположном направлении. На валах электродвигателей установлены гидронасосы, один из которых предназначен для подачи жидкости в зону работы вращающейся головки, а второй - для создания осевой силы, продвигающей устройство вниз (патент РФ N 2097532).

Задачей изобретения является разработка способа создания максимально возможного проходного сечения колонны НКТ в эксплуатационной скважине и поддержания его в рабочем состоянии для обеспечения устойчивого дебита скважины, предотвращение выхода из строя скважин по причине пробкообразований из отложений.

Техническим результатом изобретения следует считать обеспечение возможности эксплуатации скважин тех или иных участков месторождения или месторождения в целом с максимально возможным устойчивым дебитом.

Технический результат в процессе решения поставленной задачи достигается тем, что в способе создания и поддержания в рабочем состоянии проходного сечения колонны НКТ в эксплуатационной скважине, включающем восстановление циркуляции через колонну НКТ в случае ее отсутствия, периодическую очистку внутренней поверхности колонны НКТ от отложений осевым перемещением очистного устройства, оснащенного, по крайней мере, одной вращающейся головкой с режущими элементами и удаление отложений на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости, согласно изобретению периодическую очистку внутренней поверхности НКТ начинают с проверки размера ее проходного сечения путем последовательных спусков и подъемов очистного устройства, оснащенного, по крайней мере, одной упомянутой вращающейся головкой, при этом максимальный размер в поперечном сечении каждой вышерасположенной вращающейся головки выбирают превышающим или соответствующим аналогичному размеру нижерасположенной головки, при каждом последующем спуске очистного устройства ступенчато изменяют максимальный размер в поперечном сечении вращающихся головок и доводят его до величины, не превышающей аналогичного размера инструмента, использованного при шаблонировании проходного сечения колонны НКТ, после чего через назначенные промежутки времени производят очистку внутренней поверхности колонны НКТ от отложений осевым перемещением упомянутого очистного устройства, при этом назначение промежутков времени между очистками осуществляют на основе анализа параметров продуктивного пласта, добываемой жидкости, интервала и состава отложений.

В частных случаях реализации способа:

удаление отложений на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости завершают увеличением его расхода на устье скважины, при этом продолжительность увеличения расхода потока составляет, преимущественно, от 3 до 15 минут;

ступенчатое изменение максимального размера в поперечном сечении вращающихся головок производят путем его увеличения; в другом случае - сначала путем его уменьшения до размера, обеспечивающего свободный спуск и подъем очистного устройства, а затем путем его увеличения;

в процессе периодической очистки внутренней поверхности колонны НКТ через назначенные промежутки времени используют очистное устройство, оснащенное упомянутыми вращающимися головками, у которых максимальный размер в поперечном сечении каждой вышерасположенной превышает или соответствует аналогичному размеру нижерасположенной головки;

осевое перемещение очистного устройства осуществляют на тяговом органе под действием их силы тяжести - при спуске вниз и принудительно посредством лебедочного подъемника - при подъеме вверх;

вращение головок с режущими элементами в очистном устройстве осуществляют за счет их взаимодействия с потоком добываемой жидкости в процессе осевого перемещения устройства или посредством привода, размещенного в упомянутом устройстве;

очистное устройство перед спуском может быть обработано гидрофилизирующим составом, представляющим собой смесь полиакриломида с силикатом натрия по 3-5 весовых частей и воды - остальное;

целесообразно осевое перемещение очистного устройства в процессе очистки внутренней поверхности колонны НКТ от отложений сопровождать остановкой его в крайнем нижнем положении и/или периодическими остановками при его подъеме, при этом продолжительность остановок назначают из условия обеспечения выноса отложений восходящим потоком добываемой жидкости на расстояние, достаточное для исключения их соприкосновения с очистным устройством при его подъеме.

Способ может быть реализован с помощью известных устройств, раскрытых в источниках информации (см. , например патенты РФ NN 2041341, 2089719, 2126881, 2147064, 2155860).

В тех случаях, когда потока добываемой жидкости недостаточно для вращения в очистном устройстве головок с режущими элементами, используют очистное устройство с приводом. В частности, известно такое устройство (см. патент РФ N 2097532, 1997). Это устройство включает связанные между собой вращающуюся головку с режущими элементами, закрепленную на валу, сочлененном с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, средство создания осевой силы в виде гидронасоса и узел присоединения к тяговому органу, оснащенному электропроводящими элементами.

Недостатком известного очистного устройства является то, что оно предназначено для удаления только пробок в НКТ, и для его работы необходима подача (подлив) жидкости с поверхности в пространство над пробкой. Другим недостатком является невозможность его использования для удаления протяженных пробок, поскольку принцип его работы предполагает механическое разрушение материала пробки (гидратопарафин) и перевод его в расплавленное состояние за счет воздействия теплом. Очевидно, что по мере разрушения пробки и продвижения устройства вниз, в пространстве над устройством материал пробки из расплавленного состояния, остывая, вновь будет переходить в твердое состояние и извлечь устройство на поверхность будет невозможно. Конструкция устройства не предназначена для удаления отложений с внутренней поверхности НКТ для обеспечения возможности эксплуатации скважин с максимально возможным устойчивым дебитом.

С целью устранения отмеченных выше недостатков и получения технического результата очистное устройство с приводом, включающее связанные между собой, по крайней мере, одну вращающуюся головку с режущими элементами, закрепленную на валу, сочлененном с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, средство создания осевой силы и узел присоединения к тяговому органу, оснащенному электропроводящими элементами, согласно изобретению снабжено пустотелым валом, охватывающим вал, сочлененный с валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, узлом изменения направления вращения пустотелого вала на противоположное по отношению к направлению вращения вала, сочлененного с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, при этом на пустотелом валу закреплена жестко, по крайней мере, одна вращающаяся головка с режущими элементами.

В конкретных случаях выполнения очистного устройства с приводом, узел изменения направления вращения пустотелого вала на противоположное по отношению к направлению вращения вала, сочлененного с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, выполнен в виде размещенных в корпусе и находящихся в зацеплении двух пар конических шестерен, установленных напротив друг друга, при этом одна пара конических шестерен закреплена в корпусе, а конические шестерни второй пары закреплены - одна на валу, сочлененным с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, а другая - на пустотелом валу, причем желательно, чтобы между пустотелым валом и валом, сочлененным с выходным валом электродвигателя привода или его понижающего редуктора, были установлены центраторы.

Средство создания осевой силы в частном случае может представлять собой груз, установленный, например, между приводом и узлом присоединения к тяговому органу, причем этот груз может выполнять также функцию стабилизатора (соответствующая масса, продольные или наклонные ребра на его наружной поверхности), способствующего устойчивому положению устройства в работе.

Конкретным примером выполнения очистного устройства с приводом может служить предлагаемое устройство, показанное на фиг.1 - общий вид; на фиг.2 -нижняя часть, продольный разрез.

Устройство включает вращающиеся головки 1,2 с режущими элементами, узел 3 изменения направления вращения пустотелого вала 4 на противоположное по отношению к направлению вращения вала 5, привод 6, средство создания осевой силы (груз) 7 и узел 8 присоединения к тяговому органу 9. Вращающаяся головка 1 закреплена жестко на валу 5 с помощью, например, шпонки 10. Вал 5 сочленен с валом 11 электродвигателя привода 12 или его понижающего редуктора, например, муфтой 13 и пальцами 14. Такое сочленение обеспечивает передачу крутящего момента и удержание вала 5 в осевом направлении. Вал 5 охвачен пустотелым валом 4, на котором закреплена жестко с помощью, например, шпонки 15 вращающаяся головка 2. Узел 3 изменения направления вращения пустотелого вала 4 по отношению к направлению вращения вала 5 представляет собой две пары конических шестерен 16,17 и 18,19, установленных напротив друг друга. Одна пара шестерен 16,17 закреплена в корпусе 20. Шестерни 18,19 второй пары закреплены - одна (18) на валу 5, а другая (19) - на пустотелом валу 4. Между пустотелым валом 4 и валом 5 установлены центраторы 21,22, обеспечивающие соосное расположение валов 4,5 при вращении. На валу 4 выполнен кольцевой упор 23. Между головками 1,2 установлена втулка 24, которая охватывает пустотелый вал 4 и нижним концом так же, как и вал 4 опирается на осевой подшипник 25. Верхним концом, имеющим выступы, втулка 24 упирается в головку 2, имеющую ответные выступам втулки 24 впадины, что обеспечивает втулке 24 совместное с валом 4 вращение. На нижнюю резьбовую часть вала 5 навинчена конусная гайка 26, которая поджимает головку 1 и зафиксирована от самопроизвольного отвинчивания стопором (не показан). В корпусе 20 установлены верхний радиальный подшипник 27 и сальниковое уплотнение 28. Тяговый орган 9 оснащен электропроводящими элементами и может представлять собой бронированный геофизический кабель. Головки 1,2 имеют режущие элементы и выполнены известным образом (см. например, патент РФ N 2147064).

Работает устройство следующим образом. При включении привода 6 понижающего редуктора вал 5 начинает вращаться, в противоположную сторону вращается также вал 4. Головки 1,2 вращаются в противоположные стороны, уравновешивая друг друга, корпус 20 остается неподвижным ввиду наличия также груза 7.

Способ осуществляется следующим образом. Если скважина потеряла циркуляцию через колонну НКТ, то ее восстанавливают известным образом, например, прокачкой горячей нефтью с помощью АДП, при этом не ставится цель очистки внутренней поверхности колонны НКТ от отложений для достижения максимально возможного проходного сечения колонны НКТ. В общем случае скважина, как правило, имеет какой-то небольшой дебит, т.е. минимальную циркуляцию через колонну НКТ. Периодическую очистку внутренней поверхности колонны НКТ начинают с проверки размера ее проходного сечения путем последовательных спусков и подъемов очистного устройства, оснащенного, по крайней мере, одной вращающейся головкой. В этом случае очистное устройство имеет установленную на валу вращающуюся головку, связанный с валом стабилизатор, груз и узел присоединения к тяговому органу. Чаще используется очистное устройство, у которого вращающихся головок более одной, например две, как в устройстве по патенту РФ N 2147064. При подготовке устройства максимальный размер в поперечном сечении (наружный диаметр) каждой вышерасположенной вращающейся головки выбирают превышающим аналогичный размер нижерасположенной головки и производят спуск устройства через лубрикатор. Если выясняется, что спуск устройства затруднен, то его извлекают, заменяют каждую вышерасположенную (верхнюю) головку на головку с максимальным размером, соответствующим аналогичному размеру нижерасположенной головки и вновь осуществляют спуск устройства. Если снова спуск устройства невозможен, то заменяют головки на головки с меньшим максимальным размером в поперечном сечении и так далее до тех пор, пока не удастся осуществить спуск устройства до нижней крайней точки. Затем после подъема устройства на поверхность заменяют головки и устанавливают головки с большим (на определенную ступень) максимальным размером в поперечном сечении и снова осуществляют спуск устройства и так далее, доводят упомянутый размер до величины, не превышающей аналогичного размера инструмента, использованного при шаблонировании проходного сечения колонны НКТ, которое проводят в период подготовки и спуска колонны НКТ.

Возможна ситуация, при которой максимальный размер в поперечном сечении головок изначально выбран таковым, что спуск устройства оказался возможным с первого раза. В этом случае при каждом последующем спуске устройства ступенчато увеличивают максимальный размер в поперечном сечении головок и также доводят его до величины, не превышающей аналогичного размера инструмента, использованного при шаблонировании проходного сечения колонны НКТ. Очевидно, что максимальный размер в поперечном сечении каждой вышерасположенной головки может превышать или соответствовать аналогичному размеру нижерасположенной головки в каждом конкретном спуске устройства. После того, как будет определен максимальный размер в поперечном сечении головок устройства, при котором обеспечивается с одной стороны беспрепятственный спуск и подъем устройства в конкретной скважине, а с другой - создание максимально возможного проходного сечения колонны НКТ, производят анализ параметров продуктивного пласта, добываемой жидкости, интервала и состава отложений. По результатам анализа назначают промежутки времени, через которые и осуществляют очистку внутренней поверхности колонны НКТ от отложений осевым (спуск-подъем) перемещением очистного устройства.

В процессе осевого перемещения устройства головки вращаются за счет их взаимодействия с потоком добываемой жидкости в противоположные стороны и режущими элементами срезают отложения, которые удаляются на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости. Осевое перемещение очистного устройства осуществляют на тяговом органе под действием силы тяжести устройства и тягового органа - при спуске вниз и принудительно посредством лебедочного подъемника - при подъеме вверх. Осевое перемещение очистного устройства в процессе очистки внутренней поверхности колонны НКТ от отложений обычно сопровождают остановкой его в крайнем нижнем положении и периодическими остановками при его подъеме. В более легких условиях работы очистного устройства (интенсивный поток добываемой жидкости) осевое его перемещение сопровождают остановкой только в крайнем нижнем положении или периодическими остановками при его подъеме. Возможен также вариант, при котором после достижения крайнего нижнего положения, очистное устройство сразу же начинают поднимать. Продолжительность остановок назначают из условия обеспечения выноса отложений (срезанных) восходящим потоком добываемой жидкости на расстояние, достаточное для исключения их соприкосновения с очистным устройством при его подъеме. Часто удаление отложений на поверхность восходящим потоком добываемой жидкости завершают увеличением его расхода на устье скважины в течение 3-15 мин с помощью регулятора расхода. Перед спуском в скважину устройство или его вращающиеся головки могут быть обработаны гидрофилизирующим составом (полиакриламид 3-5 вес.ч., силикат натрия 3-5 вес.ч., вода до 100 вес. ч. ). Такая обработка способствует лучшей работе устройства, т.к. препятствует налипанию отложений на его элементы. В тех случаях, когда потока добываемой жидкости недостаточно для вращения головок очистного устройства (эффективной его работы), используют очистное устройство с приводом, конструктивное выполнение которого в одном из возможных вариантов раскрыто в настоящем изобретении.

Использование изобретения позволяет вести эксплуатацию скважин тех или иных участков месторождения или всего месторождения с максимально возможным устойчивым дебитом.