устройство для предупреждения образования и ликвидации асфальтосмолистых и парафиновых отложений в скважинных трубах

Формула изобретения

Устройство для предупреждения образования и ликвидации асфальто-смолистых и парафиновых отложений в скважинных трубах, содержащее насосно-компрессорную трубу, подключенную к отрицательному выводу источника питания, нагревательный элемент в виде кабеля с токопроводящими жилами и токопроводящими элементами на конце, подключенный к положительному выводу источника питания, отличающееся тем, что кабель жестко закреплен к насосно-компрессорной трубе с ее наружной стороны, броня кабеля подключена к отрицательному выводу источника питания, а на конце токопроводящего элемента установлен переключатель, обеспечивающий возможность замыкания его на насосно-компрессорную трубу, либо на броню кабеля для обеспечения прохождения тока по насосно-компрессорной трубе, либо по броне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для предупреждения образования асфальтово-смолистых и парафиновых отложений как на внутренней, так и на внешней поверхности скважинных труб, а также для их ликвидации на технологическом оборудовании, установленном в нефтяных скважинах. Данное изобретение может применяться во всех скважинах, пробуренных в любой географической и климатической зоне, особенно будет эффективно для зоны вечной мерзлоты, при различных способах эксплуатации (фонтанный, глубинно-насосный и в скважинах, оборудованных штанговыми насосами).

Известна установка для предотвращения образования и ликвидации парафиновых пробок в нефтяных и газовых скважинах, которая включает нагревательный кабель, опускаемый в камеру, и систему управления нагревом кабеля, причем нагревательный кабель содержит не менее одной токоподводящей жилы, и как минимум, один линейный нагревательный элемент, причем нагревательный кабель электрически соединен с автоматизированным регулятором нагрева кабеля через силовой кабель (патент RU № 2158819, Е 21 В 37/00, 36/04, опубликован 10.11.2000 года).

Данное устройство имеет существенный недостаток - перед началом работы необходимо выполнять большие подготовительные операции по кабелю:

спуск кабеля на максимальную глубину и выдержка его в скважине на срок от 1 до 5 суток (тренировку кабеля с целью вытяжки от веса кабеля, который несет силовую нагрузку), т.е. срок, достаточный для естественного удлинения его отдельных элементов. Затем в процессе применения данного устройства необходимо произвести подъемные операции кабеля на поверхность с применением специальной техники. После этого на поверхности необходимо замкнуть жилу с нагревательным элементом, заизолировав концы термоусадочной муфтой или втулкой, или другим изолировочным материалом, чтобы газы и влага, содержащаяся в нефтегазовой скважине, не могли проникнуть внутрь кабеля по длине и расслоить его, и вновь повторить операции по спуску кабеля в насосно-компрессорную трубу.

Также требуется проведение дополнительных операций, связанных с подготовкой самой скважины:

необходимо произвести отключение подачи газа в пространство между трубами насосно-компрессорной трубы (газлифт) и отключение добычи нефти установкой электроцентробежного насоса, пропарить скважину острым паром или промыть ствол скважины горячей водой на глубину спуска кабеля, что существенно удлиняет процесс. Подготовительная часть занимает достаточно времени: от 5 до 12 суток. Все работы выполняются с привлечением специальной техники.

Известно устройство для нагрева скважин, содержащее расположенный в насосно-компрессорной трубе первый нагревательный элемент в виде кабеля, подключенного к источнику питания. На конце кабеля выполнен неизолированный участок с токопроводящими грузами, обеспечивающими электрическое соединение одной или нескольких жил кабеля с насосно-компрессорной трубой. Насосно-компрессорная труба является вторым нагревательным элементом. Кабель подключен к положительному источнику питания. Насосно-компрессорная труба подключена к отрицательному выводу источника питания (патент RU № 2171363, Е 21 В 37/00, 36/04, опубликован 27.07.2001 года).

Применение в данном устройстве двух нагревательных элементов позволяет поддерживать оптимальный тепловой режим, исключить большое естественное удлинение грузонесущето токопроводящего кабеля от собственного веса за счет применения серийно выпускаемого геофизического бронированного токопроводящего кабеля с наложенным поверх кабеля изоляционного слоя из термостойкого полимера, однако имеет существенный недостаток: по причине подачи на неизолированный участок кабеля с шайбами большого тока и высокого напряжения создается большая опасность при работе в среде горючих жидкостей и газов. Габариты неизолированного участка от 2-10 метров и установленные на нем токопроводящие грузы в виде металлических шайб с наружным диаметром 1,1-1,3 от диаметра кабеля по изоляции, приводят к тому, что для применения данного устройства также необходимо проведение подготовительных работ таких как, подъем труб, пропарка их паром и промывка горячей водой, спуск насосно-компрессорных труб в скважинную колонну, установка и монтаж дополнительного оборудования для обеспечения монтажа устройства в скважину. Кроме того, большие размеры по наружному диаметру изоляции кабеля и металлических шайб, снижают проходное сечение насосно-компрессорных труб на 25-30%, а установка их друг от друга на расстоянии 0,3-0,6 метра по длине неизолированного участка создает большие местные сопротивления восходящему потоку нефти, вызывая завихрения потока и изменение гидравлического и гидродинамического режима. Электрический контакт между металлическими шайбами и стенкой трубы будет малоэффективен по причине наличия на внутренней стенке насосно-компрессорной трубы асфальтосмолопарафиновых отложений и окислов металла (ржавчины), которые при существующих методах эксплуатации нефтяных скважин удалить невозможно, а при проведении подготовительных работ достаточно проблематично. В данном устройстве используется тяжелый кабель с хорошей изоляцией, необходимой для обеспечения больших токовых нагрузок. Применение его в ремонтных работах также возможно лишь при условии, когда оси токопроводящего кабеля совпадают с осью скважины. Крепление кабеля на скважине выполняется с помощью оттяжки с заделкой. Отсюда его применение также весьма ограничено.

Технической задачей изобретения является сокращение времени простоя скважины за счет совмещения ремонта скважины и монтажа оборудования в скважине, а также уменьшение трудоемкости обслуживания скважины во время ее эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для предупреждения образования и ликвидации асфальтосмолистых и парафиновых отложений в скважинных трубах, содержащем насосно-компрессорную трубу, подключенную к отрицательному выводу источника питания, нагревательный элемент в виде кабеля с токопроводящими жилами и токопроводящими элементами на конце, подключенный к положительному выводу источника питания, кабель жестко закреплен к насосно-компрессорной трубе с ее наружной стороны, броня кабеля подключена к отрицательному выводу источника питания. На конце токопроводящего элемента установлен переключатель, обеспечивающий возможность замыкания его на насосно-компрессорную трубу, либо на броню кабеля.

При проведении подготовительных работ такая конструкция позволяет жестко закреплять кабель с наружной стороны насосно-компрессорных труб одновременно с монтажом оборудования в скважину, что позволяет совместить работы со спуском насосно-компрессорных труб и монтажом оборудования, что ведет к сокращению времени простоя скважины в ремонте и монтажа оборудования в скважине.

Установка на конце токопроводящего элемента переключателя, обеспечивающего возможность замыкания его на насосно-компрессорную трубу либо на броню кабеля, позволяет при необходимости производить разогрев межколонного пространства, либо насосно-компрессорных труб.

За счет прохождения электрического тока по броне и металлу труб происходит разогрев брони кабеля либо насосно-компрессорных труб в зависимости от положения переключателя. На их поверхностях создается температура выше температуры начала кристаллизации твердых углеводородов на 15-20 градусов по Цельсию, необходимая для расплавления асфальтосмолистых и парафиновых отложений.

В процессе эксплуатации при работе штангового насоса разогретый пластовый флюид поднимается восходящим потоком по насосно-компрессорной трубе к устью эксплуатационной скважины и происходит вынос расплавленных парафиновых углеводородов на устье.

При необходимости поднятия колонны насосно-компрессорных труб переключатель замыкают на броню кабеля, в результате чего происходит разогрев межколонного пространства, парафиновые отложения межколонного пространства расплавляются, чем обеспечивается беспрепятственный подъем насосно-компрессрных труб, что сокращает продолжительность операции по их подъему.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство для предупреждения образования и ликвидации асфальтосмолистых и парафиновых отложений в скважинных трубах содержит расположенный в межколонном пространстве скважины насосно-компрессорную трубу 1, к которой с наружной стороны крепежными поясами 2 закреплен кабель 3 с токопроводящими жилами и токопроводящими элементами на конце, с датчиком защиты от перегрева 4. Токопроводящие жилы кабеля 3 подключены к положительному выводу источника питания 5, а броня кабеля замкнута на отрицательный вывод источника питания. На конце токопроводящего элемента кабеля 3 установлен переключатель 6 с возможностью замыкания его на насосно-компрессорную трубу 1 либо на броню кабеля.

Кабель 3 выведен из скважины через устьевой вывод 7, герметизируя входное отверстие во избежание загазованности и утечки нефти. Устройство расположено в эксплуатационной колонне 8. В насосно-комрессорной трубе 1 смонтированы штанги 9 с насосом 10. Контроль температуры и управление процессом нагрева осуществляется через автоматическую станцию управления. Выкидная линия скважины содержит термокарман 11, в котором установлен термодатчик 12, связанный со станцией управления, состоящей из электроблока 13 и трансформатора 14. Датчик защиты 4 и термодатчик 12 через электроблок 13 соединены с источником питания 5.

Устройство для предупреждения образования и ликвидации асфальтово-смолистых и парафиновых отложений в скважинных трубах работает следующим образом.

При включении источника питания 5 ток идет по токопроводящим жилам кабеля 3 через переключатель 6, замкнутый на насосно-компрессорную трубу. При этом насосно-компрессорная труба, нагреваясь сама, отдает тепло пластовому флюиду, находящемуся внутри нее. При работе насоса пластовый флюид отнимает тепло от стенок насосно-компрессорной трубы 1 и в разогретом виде, поднимаясь на устье скважины, расплавляет асфальтосмолистые и парафиновые отложения на штангах штангового насоса 9 и самом насосе 10.

При необходимости разогрева отложений внутри межколонного пространства переключатель 6 замыкают на броню кабеля 3. При этом происходит разогрев жидкости в межколонном пространстве от тепла, выделяемого кабелем 3. Разогретая жидкость отдает тепло насосно-компрессорной трубе 1 и одновременно происходит разогрев эксплуатационной колонны 8.

Контроль температуры и управление процессом нагрева осуществляется через автоматизированную станцию управления процессом нагрева.

Устройство для предупреждения образования и ликвидации асфальтово-смолистых и парафиновых отложений в скважинных трубах позволяет предотвратить образование асфальтово-смолистых и парафиновых отложений как на внутренней, так и на внешней поверхности скважинных труб, облегчить проведение спуско-подъемных операций насосно-компрессорных труб при проведении работ по подземному ремонту скважин, а также ликвидировать вышеуказанные отложения на технологическом оборудовании, установленном в нефтяных скважинах. Данное устройство может применяться во всех типах скважин, особенно актуально применение данного устройства для скважин, пробуренных в зонах вечной мерзлоты. Данное устройство применимо для скважин при глубинно-насосной эксплуатации, оборудованных штанговыми насосами, когда ось токопроводящего кабеля не совпадает с осью скважины.