Устройство для подачи реагента в нефтегазовые скважины, в том числе пологие

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для дозированной подачи химического реагента как в вертикальные, так и в пологие в скважины, например, с целью предотвращения и удаления асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), защиты от коррозии, предотвращения образования водонефтяных эмульсий и т.п. Технический результат заключается в обеспечении универсальности устройства за счет возможности эффективного использования его как в вертикальных, так и в пологих скважинах, а также возможности, в случае необходимости, эффективного выполнения одним кабелем трех функций - прогрев НКТ, дозирование реагентов в скважину и питание ПЭД. Технический результат заключается также в снижения энергопотребления при размещении нагревательного кабеля в межтрубном пространстве скважины за счет более эффективного нагрева одновременно как скважинной жидкости, так и реагента, в повышении надежности работы за счет обеспечения механической защиты кабеля от контакта с эксплуатационной колонной при спускоподъемных операциях. Сущность: устройство содержит плоский или выпукло-вогнутый нагревательный кабель 1, нагревательные элементы 2 которого в верхней части (на дневной поверхности) подключены к источнику питания и к системе управления нагревом, размещенных в шкафу 3. Гидравлический канал 4 нагревательного кабеля 1 соединен своей верхней частью с дозатором 5 и емкостью 6 для химического реагента. Нижний конец токопроводящих жил 11 нагревательных элементов 2 нагревательного кабеля 1 соединен в единую законцовку и изолирован. А нижний конец гидравлического канала 4 выполнен с возможностью сообщения со скважинной жидкостью, например, через открытый конец или через клапан. Нагревательный кабель 1 снабжен защитными элементами 12, например, кабельными протекторами с защитными ребрами, устанавливаемыми на муфтах колонны НКТ, предназначенными для защиты кабеля от механических повреждений при спускоподъемных операциях. Нагревательный кабель 1 выполнен плоским или выпукло-вогнутым и снабжен защитными элементами от контакта с эксплуатационной колонной, а полый гидравлический канал 4 выполнен металлическим со слоем наружной полимерной оболочки, при этом внешний диаметр гидравлического канала равен внешнему диаметру нагревательных элементов, а внутренний диаметр выполнен размером от 2 до 8 мм. В качестве защитных элементов от контакта нагревательного кабеля с эксплуатационной колонной устройство содержит устанавливаемые на муфтах колонны насосно-компрессорных труб кабельные протекторы с защитными ребрами, образующими каналы для безопасной прокладки нагревательного кабеля. 1 н.п. ф-лы; 1 з.п. ф-лы; 1 ил.

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для дозированной подачи химического реагента как в вертикальные, так и в пологие в скважины, например, с целью предотвращения и удаления асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), защиты от коррозии, предотвращения образования водонефтяных эмульсий и т.п. с одновременным прогревом скважинной жидкости.

Известно устройство и способ для регулирования теплового режима скважины (Патент РФ 2166615), включающий спуск в насосно-компрессорной трубе кабеля с распределенным по длине нагревательным элементом на глубину, где температура скважинной жидкости выше точки начала кристаллизации парафиногидратов и подключение нагревательного элемента кабеля к регулируемому источнику электропитания, выделение нагревательным элементом удельной мощности вдоль насосно-компрессорной трубы, а также соответствующее устройство, содержащее кабель с нагревательным элементом, состоящим из двух частей, подключенных к регулируемому источнику электропитания, электрически соединенных в нижней части кабеля, опущенного на глубину начала кристаллизации парафиногидратов.

Однако известное устройство требует непрерывной подачи электроэнергии и большой потребляемой мощности для поддержания температуры ствола скважины выше точки начала парафинообразований, что в большинстве случаев является технически и экономически нецелесообразным. Кроме того, спуск нагревательного кабеля в скважину с большим углом проложения (пологая скважина) вызывает технологические трудности, связанные с его зависанием. В связи с этим становится невозможен спуск кабеля под насос и удаление АСПО в насосе. Вместе м с этим при прокладке нагревательного кабеля по поверхности насосно-компрессорной трубы (НКТ), он не защищен при спуске от контакта с эксплуатационной колонной и может быть подвержен механическим повреждениям.

Также известно устройство для подачи химического реагента в межтрубное пространство скважины (Патент РФ 2302513), включающее специальный кабель с гидравлически каналом. Верхняя часть гидравлического канала через регулировочный клапан и манометр подключена к дозатору и емкости, а нижняя часть - с полиэтиленовой капиллярной трубкой и грузом-форсункой. Указанное известное устройство предназначено для дозирования в скважину ингибиторов коррозии, парафиноотложений, солеотложений и деэмульгаторов.

Однако указанное известное устройство имеет следующие недостатки:

- низкая эффективность при работе с реагентами повышенной вязкости, так как не предусмотрен их подогрев (кабель не является нагревательным), особенно в регионах с низкими температурами;

- низкая надежность, так как специальный кабель с гидравлически каналом не защищен от механических повреждений при спускоподъемных операциях;

- недостаточная надежность полиэтиленовой капиллярной трубки при выведении на поверхность, особенно при низких температурах, и в скважине при повышенных температурах.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является устройство депарафинизации нефтегазовых скважин, обеспечивающее комбинированный способ борьбы с АСПО, объединяющее тепловой и химический метод обработки скважин (Патент РФ 2273725). Известное устройство содержит круглый нагревательный кабель с двумя, по меньшей мере, нагревательными элементами, и соединенную с ним систему управления его нагревом. При этом нагревательный кабель имеет по всей длине металлический или пластмассовый полый гидравлический канал, или содержит несколько гидравлических каналов различного диаметра, подключенных в верхней части к дозировочному насосу и емкости с химическим реагентом, а нижняя часть открыта для соединения со скважинной жидкостью, причем внутренний диаметр гидравлического канала составляет 10-50% от диаметра кабеля.

Указанное известное устройство, также как и аналоги, не лишено недостатков, а именно:

- при спуске круглого нагревательного кабеля в скважину с большим углом проложения, особенно при наличие парафина на внутренних стенках труб малого диаметра, происходит его зависание, что не позволяет выполнить спуск кабеля ниже интервала АСПО;

- нагревательный кабель известного устройства предназначен для спуска внутрь колонны НКТ, поэтому невозможен его спуск ниже насоса и, следовательно, подача реагента на прием насоса;

- в случае размещения нагревательного кабеля круглого сечения на поверхности НКТ в межтрубном пространстве, прогрев НКТ, а значит, и скважинной жидкости, происходит лишь по одной линии контакта, что снижает эффективность нагрева;

- сложность разделения нагревательного кабеля круглого сечения на электрическую часть (нагревательные элементы) и трубку гидравлического канала на устье скважины для соответствующего подключения, ввиду того, что необходимо разделывать внешнюю двухповивную броню из стальных проволок, кроме того при этом теряется механическая прочность нагревательных элементов и гидравлического канала;

- круглый нагревательный кабель, имеющий внешнюю двухповивную броню из стальных проволок, неремонтопригоден, так как при вскрытии брони он может становиться не грузонесущим, а при спуске его внутрь колонны НКТ он должен держать свой вес, т.е. быть грузонесущим;

Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в обеспечении универсальности устройства при размещении его в межтрубном пространстве за счет возможности эффективного использования его как в вертикальных, так и в пологих скважинах, а также возможности, в случае необходимости, эффективного выполнения одним кабелем предлагаемого устройства трех функций - прогрев НКТ, а значит - скважинной жидкости, подачу реагентов в скважину и питание ПЭД. Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается также в снижения энергопотребления при размещении нагревательного кабеля в межтрубном пространстве скважины за счет более эффективного нагрева одновременно как скважинной жидкости, так и реагента, в повышении надежности работы за счет обеспечения механической защиты кабеля от контакта с эксплуатационной колонной при спускоподъемных операциях.

Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым устройством для подачи реагента в нефтегазовые скважины, в том числе, пологие, включающим нагревательный кабель с полым гидравлическим каналом по всей длине, соединенный нагревательными элементами с источником питания и с системой управлением нагревом, а гидравлическим каналом в верхней части - с дозировочным насосом и емкостью с химическим реагентом, с обеспечением нижней части указанного канала открытой для соединения со скважинной жидкостью, отличающееся тем, что нагревательный кабель выполнен плоским или выпукло-вогнутым и снабжен защитными элементами от контакта с эксплуатационной колонной, а полый гидравлический канал выполнен металлическим со слоем наружной полимерной оболочки, при этом внешний диаметр гидравлического канала равен внешнему диаметру нагревательных элементов, а внутренний диаметр выполнен размером от 2 до 8 мм.

В качестве защитных элементов от контакта нагревательного кабеля с эксплуатационной колонной устройство содержит устанавливаемые на муфтах колонны насосно-компрессорных труб кабельные протекторы с защитными ребрами, образующими каналы для безопасной прокладки нагревательного кабеля.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет следующего.

Благодаря тому, что нагревательный кабель выполнен с полым гидравлическим каналом по всей длине, обеспечивается возможность подачи химического реагента в скважину одновременно с его нагревом.

На скважинах, обустроенных УЭЦН, наряду подачей реагента и нагревом скважинной жидкости в НКТ, при необходимости можно обеспечить технологически и одновременное питание ПЭД одним и тем же кабелем.

Подключение нагревательных элементов кабеля с источником питания и с системой управлением нагревом позволяет подать напряжение на токопроводящие жилы нагревательных элементов и регулировать режим нагрева, например, по температуре.

Подключение верхней части гидравлического канала с дозировочным насосом и емкостью с химическим реагентом обеспечивает процесс закачки реагента в скважину в необходимых объемах и режимах закачки. Выполнение нижней части указанного канала открытой для соединения со скважинной жидкостью позволяет беспрепятственно проникать реагенту в скважину. В оптимальном варианте возможно размещение обратного клапана на нижней части канала.

Выполнение нагревательного кабеля в предлагаемом устройстве плоским или выпукло-вогнутым позволяет:

- снизить энергопотребление при размещении такого нагревательного кабеля в межтрубном пространстве скважины за счет более эффективного нагрева одновременно как скважинной жидкости, так и подаваемого реагента, т.к. площадь контакта кабеля такой формы с НКТ, по которой протекает скважинная жидкость, будет в несколько раз выше, чем у круглого кабеля, а у выпукло-вогнутого - на порядок выше;

- при спуске плоского или выпукло-вогнутого кабеля в межтрубное пространство пологой скважины будет исключен эффект закручивания кабеля вокруг НКТ, т.к. он, наряду с большей жесткостью, имеет больший контакт поверхности с НКТ и при этом возникает в большей степени эффект трения, который и не позволяет кабелю закручиваться вокруг НКТ, в то время как круглый кабель по своим конструктивным особенностям обладает меньшей площадью контакта с НКТ, и при его спуске в межтрубье пологих скважин, особенно с большим углом проложения, не исключен эффект закручивания, что в промысловых условиях может привести к потере изоляции кабеля.

Благодаря тому, что тело нагревательного кабеля снабжено защитными элементами от контакта с эксплуатационной колонной обеспечивается защита кабеля от механических повреждений, а значит - повышается надежность работы всего устройства.

Выполнение полого гидравлического канала металлическим со слоем наружной полимерной оболочки, обеспечивает жесткость и прочность конструкции гидравлического канала, что положительно влияет на надежность работы нагревательного кабеля в промысловых условиях, например, при различных пластовых давлениях, и одновременно позволяет использовать для обработки скважины реагенты различной химической природы.

Выполнение внешнего диаметра гидравлического канала равным внешнему диаметру нагревательных элементов обусловлен необходимостью надежной герметизации устья скважины при проводке гидравлического канала через стандартный токоввод.

Учитывая, что при подаче реагентов в скважины используется дозировочный насос и дозировка каждого из реагентов имеет свою оптимальную величину, например, для ряда ингибиторов парафиноотложения она составляет величину порядка 100-200 г/т, для ингибиторов коррозии порядка 25-50 г/т, то экспериментальным и расчетным путем было установлено, что внутренний диаметр гидравлического каналы должен быть выполнен размером от 2 до 8 мм. Это позволяет рационально использовать закачиваемый реагент и не допускать его непроизводительного перерасхода.

Предлагаемое устройство для подачи химического реагента в скважину иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства в скважине; на фиг.2 - плоский нагревательный кабель с капиллярной трубкой. Выпукло-вогнутый нагревательный кабель отличается от плоского только формой и его конфигурация в общем виде представлена, например, в патенте РФ 16220. Отличие в том, что один из нагревательных элементов заменен на гидравлический канал.

Заявляемое устройство содержит плоский или выпукло-вогнутый нагревательный кабель 1, нагревательные элементы 2 которого в верхней части (на земной поверхности) подключены к источнику питания и к системе управления нагревом, размещенных в шкафу 3. Гидравлический канал 4 нагревательного кабеля 1 соединен своей верхней частью с дозатором 5 и емкостью 6 для химического реагента. Дозатор 5 снабжен приводом 7. Для исключения попадания реагента из скважины в дозатор 5 устройство снабжено обратным клапаном 8, размещенным перед устьевым узлом 9 ввода нагревательного кабеля 1 в скважину 10. Нижний конец токопроводящих жил 11 нагревательных элементов 2 нагревательного кабеля 1 соединен в единую законцовку и изолирован. В случае подключения нагревательного элемента 2 нагревательного кабеля 1 к ПЭД 15, соединению друг с другом в законцовку и изоляции подвергают оставшиеся нагревательные элементы (если остался один нагревательный элемент, то подвергают скрутке его токопроводящие жилы и изолируют). А нижний конец гидравлического канала 4 выполнен с возможностью сообщения со скважинной жидкостью, например, через открытый конец или через клапан. Нагревательный кабель 1 снабжен защитными элементами 12, например, кабельными протекторами с защитными ребрами, устанавливаемыми на муфтах колонны НКТ, предназначенными для защиты кабеля от механических повреждений при спускоподъемных операциях.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. Верхний конец нагревательного кабеля 1, который размещен на дневной поверхности, освобождают от брони 13, примерно на длину 10 м, и высвобождают нагревательные элементы 2 и трубку гидравлического канала 4. Далее токопроводящие жилы 11 нагревательных элементов 2 соединяют с источником питания и системой управления, которые находятся в шкафу 3. Трубку гидравлического канала 4 соединяют с емкостью 6 через дозатор 5. Нагревательный кабель 1 обеспечивают защитными элементами 12, например, кабельными протекторами с защитными ребрами, располагаемыми на муфтах НКТ, и спускают в межтрубное пространство скважины 10 на НКТ 14 с обеспечением размещения нижнего конца трубки гидравлического канала 4 ниже насоса (ПЭД) 15. При подаче напряжения происходит нагрев кабеля 1 и соответственно, нагрев химического реагента в гидравлическом канале 4, а также нагрев скважинной жидкости в колонне НКТ 14.

Исследования показали, что только при внутреннем диаметре гидравлического канала 2-8 мм, обеспечивается оптимальное дозирование реагента в скважину. При диаметре менее 2 мм, возрастает противодавление в трубке особенно при закачке вязких реагентов, что может привести к недостаточному поступлению реагента в скважину. При диаметре более 8 мм возникает обратный эффект, т.е. расход реагента может быть технологически неоправданно большим, особенно для реагентов с низкой вязкостью.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет следующие преимущества перед известным по прототипу:

- является универсальным, т.к. обеспечивает возможность выполнения трех функций - подачу реагента в скважину с одновременным его прогревом и прогревом скважинной жидкости и обеспечением питания, при необходимости, ПЭД, при этом обеспечивается эффективность работы устройства как в вертикальных, так и в пологих скважинах, в то время как устройство по прототипу ограничено по числу выполняемых функций и может работать без осложнений только в вертикальных скважинах;

- обеспечивает снижение энергопотребления при размещении нагревательного кабеля заявляемой формы в межтрубном пространстве скважины за счет более эффективного нагрева одновременно как скважинной жидкости, так и реагента, в то время как размещение известного устройства по прототипу в межтрубном пространстве практически не обеспечит нагрев скважинной жидкости в НКТ за счет малой площади контакта круглого нагревательного кабеля с НКТ;

- позволяет повысить надежность работы по сравнению с известным устройством за счет обеспечения качественной герметизации устья скважины при проводке нагревательных элементов и гидравлического канала через стандартный токоввод, а также за счет снабжения кабеля защитными элементами;

- обеспечивает ремонтопригодность нагревательного кабеля;

- обеспечивает повышение технологичности и надежности наземной и скважинной разводки нагревательного кабеля.

1. Устройство для подачи реагента в нефтегазовые скважины, в том числе пологие, включающее нагревательный кабель с полым гидравлическим каналом по всей длине, соединенный нагревательными элементами с источником питания и с системой управления нагревом, а гидравлическим каналом в верхней части - с дозировочным насосом и емкостью с химическим реагентом, с обеспечением нижней части указанного канала открытой для соединения со скважинной жидкостью, отличающееся тем, что нагревательный кабель выполнен плоским или выпукло-вогнутым и снабжен защитными элементами от контакта с эксплуатационной колонной, а полый гидравлический канал выполнен металлическим со слоем наружной полимерной оболочки, при этом внешний диаметр гидравлического канала равен внешнему диаметру нагревательных элементов, а внутренний диаметр выполнен размером от 2 до 8 мм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве защитных элементов от контакта нагревательного кабеля с эксплуатационной колонной устройство содержит устанавливаемые на муфтах колонны насосно-компрессорных труб кабельные протекторы с защитными ребрами, образующими каналы для безопасной прокладки нагревательного кабеля.