устройство для депарафинизации нефтяных скважин

Формула изобретения

Устройство для депарафинизации скважин, включающее три концентрически расположенные трубы, с возможностью подогрева в них основного потока нефти и насос, отличающееся тем, что в нижней части внутренней трубы расположен ряд отверстий, а в верхней части средней трубы - дросселирующие отверстия для разогрева части перекачиваемой нефти и ее поступления в систему полостей между средней и наружной трубой, при этом внутренняя труба служит для движения основного потока нефти, а полость между внутренней и средней трубами служит для осаждения крупных частиц песка, система полостей между трубами в нижней части соединена с приемом эжекторного насоса, при этом устройство выполнено с возможностью использования давления жидкости для получения тепла при дросселировании части перекачиваемой нефти.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к обеспечению устойчивой работы нефтяных скважин при добыче вязких и парафинистых нефтей.

Одним из важнейших аспектов разработки нефтегазовых месторождений является выбор технологических и инженерных решений эксплуатации скважин с целью предотвращения осложнений, связанных с отложениями нефтяных парафинов на внутренние стенки добывающих скважин.

Исследования показали, что наиболее вероятным механизмом парафинообразования является кристаллизационный механизм, т.е. в условиях, когда газожидкостный поток в состоянии транспортировать тяжелые компоненты, формирование и дальнейшее наращивание парафиновых отложений происходит за счет роста кристаллов непосредственно на поверхности подземного оборудования. Образование парафина начинается в тех местах, где нефть вступает в контакт с холодными стенками подземного оборудования. Вследствие локального снижения температуры газожидкостного потока в пристенном слое происходит снижение его растворяющей способности по отношению к парафинам и выделение твердой фазы на поверхности труб. Для каждой концентрации растворенных парафинов в газонефтяной смеси существует температура Т (Т плавление парафина = 40÷60°С), ниже которой начинается выпадение твердой фазы из потока.

Численные расчеты, а также промысловая практика показывают, что во всем интервале температур скважины, где температура внутренней поверхности подъемной колонны становится ниже температуры начала кристаллизации парафина Т, за короткое время образуется слой парафиновых отложений небольшой толщины. Это способствует некоторой стабилизации температурной обстановки внутри скважины, т.е. парафиновые отложения оказывают некоторые теплоизолирующее воздействие. Однако, если не принять никаких мер, будет происходить постепенное наращивание сечения канала, увеличивается скорость нарастания парафиновой пробки.

Для борьбы с отложениями парафина и смолистых соединений при добыче нефти используются термохимические, электротепловые, тепловые и механические методы обработки. Призабойную зону и скважину прогревают при помощи глубинных электронагревателей и газонагревателей, горячей нефтью, нефтепродуктами, водой и паром, устанавливают скребки.

Известны и методы растворения парафинов различными растворителями. Недостатками этих методов является сложность технологии их применения и дороговизна. Как показывает практика, единственным универсальным средством предупреждения парафинообразования является сохранение в подъемной колонне скважины оптимального температурного режима (температура стенки подъемной колонны должна быть выше температуры начала кристаллизации парафина). В этой борьбе в качестве одного из превентивных методов борьбы с парафиновыми отложениями может служить комплекс мероприятий по снижению теплопередачи через систему труб скважины. Существенно улучшить температурную обстановку в подъемной колонне позволяет использование теплоизолированных труб, в качестве теплоизолирующего слоя используется пенополиуритан. Негативной стороной использования теплоизолирующих труб является то, что изготовление подобных труб довольно сложно и не всегда экономически оправданно.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является «Способ эксплуатации и установка для его реализации» (см. патент РФ №2138622 от 27.09.99), содержащий добывающий подъемник и вспомогательную трубу, в которой устанавливают внутри или снаружи электронагреватели. Недостатком этого способа является сложность конструкции.

Принцип действия предлагаемого устройства для депарафинизации скважин основан на физическом явлении тепловыделения при дросселировании давления жидкости через местные гидравлические сопротивления без существенных потерь давления основного потока перекачиваемой жидкости.

Для оценки температуры дросселирования нефти в устройстве применим формулу:

а/с №1786335,

где

- коэффициент восстановления;

- критерий Прандтля,

- динамическая вязкость, Па·с;

, ₁₅ - плотность, кг/м ³;

С - теплоемкость нефти, Дж/кг °С;

t - рабочая температура нефти до процесса дросселирования;

Р - величина дросселируемого давления, Па;

_H=0,14; =0,01÷0,07; =1000; ₁₅=700; С=200.

Расчеты показывают, что с увеличением динамической вязкости нефти с 0,01 до 0,07 Па·с и Р с до и понижением температуры нефти перепад температур устойчиво растет с 10°С до 175°С.

Также как, в основном, нефть представляет собой водогазонефтяную смесь, то при дросселировании нефтяных газов наблюдается отрицательный эффект, т.е. газ будет нагреваться, за исключением пропановой фракции (пропан в условиях >10 МПа и t>80°C будет в сжиженном состоянии).

Для того чтобы создать достаточно большой перепад давлений, дроссельное устройство должно обладать достаточно большим местным гидравлическим сопротивлением. Его рассчитываем по формуле Вейсбаха:

где - коэффициент местного сопротивления,

- средняя скорость потока.

Так как в грануметрическом составе песка размеры зерен от 0,06 до 0,140 мм составляют более 90%, выбираем размер отверстий в подъемной колонне 400-450 мкм. Коэффициент местного сопротивления определяется расчетным путем:

где - площадь поверхности вокруг отверстия в подъемной трубе исходя из частоты расположения отверстий h=50 мм.

Т.о. давление, действующее на отверстие, ограничивается окружностью R=25 мм

_d - площадь отверстия,

- коэффициент сжатия.

Гидравлический расчет устройства для депарафинизиции нефти.

Выбираем диаметр отверстий d=400 мкм=0,4 мм.

Исходя из частоты отверстий на поверхности дроссельной трубы, примем D=5 см, R=2,5 см

Находим методом экстраполяции: =0,18660

Расход жидкости.

Допустим 1000 отверстий

d=0,4 мм

r=0,2 мм = 0,02 см

S= ·r²=3,14·(0,02) ²=0,001256 см²

Q= ·S=0,001256·0,0669=0,000084026 см ³/с·1000_{отверстий}=0,084026 см ³/с

Тепловой расчет устройства

Количество теплоты вычислим по формуле

Q=cm·(t ₂-t₁),

где с - удельная теплоемкость нефти в среднем равна

m - количество нефти в граммах, при , равной 950 кг/м³

- разность температур в среднем примем 60°С

Эта величина сопоставима с мощностью используемых электроподогревателей нефти.

Приведенный гидравлический и тепловой расчеты показывают, что для достижения поставленной задачи определяющим является создание такой системы местных гидравлических сопротивлений, которая обеспечивает максимальные потери давления, в результате которого происходит максимальное тепловыделение. При расчетах использованы диаметры отверстий размером 400 мкм. Подобные результаты достигаются при использовании и больших диаметров отверстий. При этом уменьшается количество отверстий, но в конструкции устройства увеличивается количество дополнительных гидравлических сопротивлений, обеспечивающих получение необходимого эффекта тепловыделения.

Предлагаемое в изобретении устройство представляет собой трубу из концентрически расположенных внутри нее двух труб меньших диаметров. Общая длина устройства 8000 мм, диаметр зависит от диаметра эксплуатационной колонны. По внутренней трубе устройства, в которую встроен эжектор, движется основной поток откачиваемой нефти из скважины. В нижней части внутренней трубы расположены ряд отверстий через которые осаждаемые крупные частицы песка выводятся в основной поток нефти. Полости между внутренней трубой и средней трубой является успокоителем потока нефти. Нефть в полость между внутренней и средней трубами поступает через отверстия, расположенные выше. Поступившая нефть заполняет полость и через отверстия на средней трубе, дросселируя, поступает в систему полостей между средней и наружной трубами. Разогреваясь, нефть через систему полостей между средней и наружной трубами стекает вниз и через отверстия поступает на прием эжекторного насоса, откуда вводится в основной поток нефти по внутренней трубе.

Предлагаемое устройство для депарафинизации нефти, легко в изготовлении, не требует ухода, практически не влияет на производительность насосов.

Изобретение применимо также и для подогрева внутрипромысловых водо- и нефтепроводов.