Устройство для акустического воздействия на парафиновые отложения на стенках насосно-компрессорных труб (нкт) в промысловых скважинах
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для интенсификации добычи нефти путем разрушения с помощью акустического воздействия парафиновых, асфальтосмолистых и гидратноледяных отложений, образующихся в скважинах. Устройство может использоваться как в скважинах, оборудованных глубинными штанговыми насосами, так и оборудованных электрическими насосами. Устройство разработано в виде модуля, который конструктивно совмещен с колонной насосно-компрессорных труб, и составляет с ней единое целое. Акустический излучатель устанавливают в колонне на определенной глубине скважины в зоне предполагаемого отложения парафина и других отложений. Если необходимо воздействие на протяженный участок НКТ или на несколько разнесенных участков, то, возможно, установить несколько разнесенных по глубине акустических излучателей, которые возбуждают электрическим напряжением звуковой частоты. Техническим результатом заявленной Полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей существенное увеличение интенсивности акустического воздействия на стенки НКТ и нефтеносную жидкость внутри НКТ в любой области колонны насосно-компрессорных труб, конструкции удобной в эксплуатации. Технический результат достигается за счет того, что устройство включает акустический излучатель составного типа, состоящий из пьезокерамического цилиндра, механически связанного торцевыми поверхностями с активной и пассивной металлическими накладками, две соединительные трубы и защитный корпус, причем активная накладка изготовлена в виде цилиндрической полой муфты с внутренней резьбой, выполненной, со стороны каждого торца, соединительные трубы изготовлены с наружной резьбой на обоих концах, длина каждой соединительной трубы выбрана равной целому числу полуволн продольных колебаний в материале трубы на рабочей частоте излучателя, и соединительные трубы одним резьбовым соединением механически связаны с активной накладкой, а другим резьбовым соединением механически связаны с муфтами труб насосно-компрессорной колонны.
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для интенсификации добычи нефти путем разрушения с помощью акустического воздействия парафиновых, асфальтосмолистых и гидратноледяных отложений, образующихся в скважинах. Устройство может использоваться как в скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами (ШГН), так и оборудованных электрическими насосами.
Устройство обеспечивает возможность его установки в колонне НКТ на любой выбранной глубине, в обсадных колоннах любого диаметра, использование в процессе функционирования и эксплуатации скважины, удобную сборку, причем не нарушает целостности и прочности колонны НКТ.
Устройство разработано в виде модуля, который конструктивно совмещен с колонной насосно-компрессорных труб, и составляет с ней единое целое. Акустический излучатель устанавливают в колонне на определенной глубине скважины в зоне предполагаемого отложения парафина и других отложений. Если необходимо воздействие на протяженный участок НКТ или на несколько разнесенных участков, то возможно установить несколько разнесенных по глубине акустических излучателей, которые возбуждают электрическим напряжением звуковой частоты.
Известны различные устройства, создающие механические воздействия на нефтеносную жидкость, протекающую внутри НКТ, при добыче нефти - патенты:
RU 217137, RU2100571, RU 93019124, RU 2148151, RU 2137908.
Описанные в них устройства и способы различны по конструкции и принципам использования.
В патентах RU 2100571 и RU 2106480 предлагаемый способ сводится к помещению излучателя механических колебаний на НКТ в зону кристаллизации парафина без конкретизации принципов конструкции устройства, реализующего данный метод. В патенте RU 2106480 предлагается возбуждать в НКТ радиальные и радиально-изгибные резонансные колебания. В принципиальном плане эти предложения не вызывают возражений, но практическая реализация их не очевидна и не обсуждается.
Иное техническое решение предлагается в патентах RU 2148151, RU 2137908.
Оба известных устройства предназначены для работы в скважинах, оборудованных ШГН, и не могут использоваться в скважинах, оборудованных электрическими насосами. Ультразвуковой излучатель акустических колебаний устанавливают на штанге глубинного насоса выше устья скважины. В патенте RU 2148151 акустические колебания вводят под углом 0°-60° к оси штанги, очевидно, для получения нескольких различных мод колебаний. В патенте указаны продольные и поперечные колебания, хотя могут быть и крутильные. В патенте RU 2137908 также предлагается акустический излучатель, закрепляемый
на конце штока или на его боковой поверхности. В этом патенте детально описана конструкция механических узлов, несущих излучатель.
Обе приведенные конструкции обладают двумя принципиальными существенными недостатками:
- Использование их возможно только в скважинах с ШГН.
- Акустические колебания распространяются по штоку сверху, затухая при увеличении глубины штока. При глубоких скважинах воздействие на парафиновые и прочие отложения представляется весьма слабым и не эффективным.
Для устранения этих недостатков необходимо устанавливать акустический излучатель на колонну НКТ и максимально приближать его к району разрушаемых отложений. При этом для усиления мощности колебаний необходимы низкие частоты и резонансные явления, как самого излучателя, так и конструктивных элементов, связанных с ним.
Установка акустического излучателя вблизи от зоны образования парафиновых и газогидратных отложений предлагается в патентах RU 2100571, RU 93019124, RU 2106480 и RU 2105133, в них описывают способ предотвращения газогидратных отложений в нефтяных скважинах, но не предлагают и не описывают устройств. Они не пригодны для предлагаемой заявки в качестве прототипа. В патентах RU 2117137 и RU 93019124 предлагаются и описываются устройства, предназначенные для удаления отложений. Оба предлагаемых устройства, однако, по своим конструктивным принципам далеки от заявленного и могут использоваться только внутри колонны НКТ, оборудованной глубинным электрическим насосом. Наиболее близким прототипом можно считать устройство, предлагаемое в патенте RU 2117137.
Устройство содержит разъемный корпус, в средней части которого установлены параллельно вибрационные пластины, между которыми расположен ультразвуковой вибратор. Вибрационные пластины представляют собой среднюю часть разъемного корпуса. Стоячие волны, возникающие при работе устройства в нефтегазовой смеси, разрушают отложения на стенках НКТ за счет кавитационного эффекта.
Предложенное устройство в патенте RU 2117137 обладает рядом существенных недостатков:
- Оно может использоваться только в скважинах, оборудованных электрическими насосами.
- При опускании устройства в зону запарафинивания НКТ питающий электрокабель должен пропускаться через большое количество труб колонны НКТ, у которой верхний конец открыт (тогда устройство может функционировать только в скважине, добыча в которой остановлена) или оборудован дополнительным сальниковым вводом, т.е. необходимо дооборудование скважины. Автор патента RU 2117137 предлагает использовать кавитацию, которую реализовать не
представляется возможным. Прямое воздействие на парафин отсутствует, оно создается колебаниями, прошедшими через корпус устройства. Кавитация возникала бы на внутренней поверхности корпуса, по сведениям, изложенным в патенте RU 21006480,парафин откладывается на глубине, превышающей 200 м, гидростатическое давление на глубине близко к 21 кг/см2, а эффективная акустическая мощность, необходимая для создания кавитации, составляет примерно 130 Вт/см2 поверхности. При больших глубинах залегания парафина она еще увеличивается пропорционально квадрату отношения глубин. Техническое использование предлагаемого эффекта представляется нереальным.
Техническим результатом заявленной полезной модели является создание конструкции, обеспечивающей существенное увеличение интенсивности акустического воздействия на стенки НКТ и нефтеносную жидкость внутри НКТ в любой области колонны насосно-компрессорных труб, удобной в эксплуатации.
Технический результат достигается за счет того, что устройство содержит акустический излучатель составного типа, состоящий из пьезокерамического или магнитострикционного цилиндра, который одним из торцов прикрепляют к активной металлической накладке, снабженной с обеих сторон внутренней резьбой, двух соединительных труб со стандартной резьбой на обоих концах, обеспечивающих соединение активной накладки с муфтами труб колонны НКТ используемого диаметра, через которые акустическая энергия от активной накладки поступает в колону НКТ, металлическую цилиндрическую пассивную накладку, которую механически соединяют со вторым торцом акустического преобразователя и акустически развязывают от соединительной трубы, защитного корпуса.
Соединительные трубы с помощью муфт соединяют насосно-компрессорные трубы, расположенные с обеих сторон излучателя, образуя целостную колонну. Поэтому в качестве соединительных труб целесообразно использовать отрезки труб НКТ с диаметром применяемой колонны. При такой конструкции излучателя не нарушается прочность колонны НКТ. В качестве активной накладки используется стандартная муфта, со стандартной резьбой.
Торцевые поверхности активной накладки должны быть гладкими и перпендикулярными ее оси.
Технический результат, аналогичный описанному, может быть достигнут, если активная накладка и соединительные трубы изготовлены из цельной толстостенной трубы или активная накладка и трубы соединены иначе, например, путем сварки. Однако трубы на обоих концах должны иметь стандартную резьбу, такую же, как у конструкции, описанной выше. В предлагаемом устройстве резонирующими элементами являются:
- Составной акустический излучатель.
- Соединительные трубы, механически связанные с активной накладкой излучателя - стандартной муфтой. Длина каждой из этих труб выбирается исходя из условия, что она равна целому числу полуволн
продольных колебаний на рабочей частоте излучателя. Это связано с тем, что из-за разницы в площади сечения муфт и труб НКТ (различаются их импедансы) от мест соединения муфт с трубами происходит отражение волн и необходимо обеспечивать синфазность вынужденных колебаний в НКТ за счет работы излучателя и приходящей к нему волны, отраженной от муфты, т.е. согласовывать излучатель со средой распространения акустических колебаний.
Сущность полезной модели поясняется рисунком.
На фиг.1 представлено схематическое изображение предложенного устройства. Устройство включает акустический излучатель составного типа, состоящий из активного пьезокерамического или магнитострикционного цилиндра 1, активной накладки - соединительной муфты 2, пассивной цилиндрической накладки 3, защитного корпуса 4 и двух соединительных труб 5 и 6, присоединенных к муфте с каждой стороны.
Электропитающий кабель 7 через пассивную накладку присоединен к активному пьезокерамическому или магнитострикционному цилиндру с помощью герметичного разъема 8. Кольца 9 и 10 обеспечивают акустическую развязку пассивной накладки от соединительной трубы. В случае необходимости снижения рабочей частоты излучателя пассивная цилиндрическая накладка может быть заменена четвертьволновым стаканом или соединена с ним противоположной от активного цилиндра стороной.
В связи со значительной массой накладок, реализуют низкую резонансную частоту излучателя. Затухание акустических волн в трубах тем меньше, чем ниже частота, и тем больше амплитуда колебательных смещений. В связи с этим формируют протяженную зону воздействия на парафины и прочие отложения.
Цифрами от 11 до 14 обозначены на рис.1 детали колонны насосно-компрессорных труб, снизу и сверху связанные с предлагаемым устройством.
Т.к. заявляемое устройство составляет единое целое с колонной НКТ, то при протяженной зоне парафиноотложений или наличии нескольких зон в колонну насосно-компрессорных труб устанавливают несколько устройств на выбранном расстоянии друг с другом, и электрические выводы включают параллельно.
Работа устройства осуществляется следующим образом. На поверхности при сборке колонны нижний конец устройства 5 с помощью ключа для свинчивания НКТ соединяют муфтой 11 с колонной НКТ, опускаемой в скважину 15. К излучателю присоединяют кабель, подводящий электрическое напряжение, и устройство опускают в скважину. На свободный конец второй соединительной трубы 6 устройства навинчивают муфту 12 и соединяют со следующей трубой НКТ-13.
Затем постепенно всю колонну труб НКТ наращивают и опускают в скважину. Размещение излучающего устройства в колонне насосно-компрессорных труб определяют исходя из местоположения наиболее интенсивного образования парафиновых и иных отложений. На излучатель подают по кабелю возбуждающее напряжение резонансной частоты. В трубах
НКТ и в нефтесодержащей жидкости возникают акустические вибрации, воздействующие на парафин и другие отложения.
1. Устройство для акустического воздействия на парафиновые отложения на стенках насосно-компрессорных труб в промысловых скважинах, включающее акустический излучатель составного типа, состоящий из пьезокерамического цилиндра, механически связанного торцевыми поверхностями с активной и пассивной металлическими накладками, две соединительные трубы и защитный корпус, причем активная накладка изготовлена в виде цилиндрической полой муфты с внутренней резьбой, со стороны каждого торца, соединительные трубы изготовлены с наружной резьбой на обоих концах, длина каждой соединительной трубы выбрана равной целому числу полуволн продольных колебаний в материале трубы на рабочей частоте излучателя, соединительные трубы одним резьбовым соединением механически связаны с активной накладкой, а другим резьбовым соединением механически связаны с муфтами труб насосно-компрессорной колонны, и пассивная накладка акустически развязана от соединительной трубы.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для увеличения интенсивности акустических колебаний пассивная накладка механически связана с полым четвертьволновым металлическим цилиндром.
