Устройство для термохимической обработки скважин
Полезная модель относится к горному делу, в частности к нефтегазодобычи, и может быть использована при удалении парафиногидратов в газовых скважинах и/или асфальтеносмолопарафиновых (АСПО) и парафиногидратных отложений (ПГО) в насосно-компрессорных трубах. Устройство для термохимической обработки скважин состоит из корпуса, выполненного в виде перфорированной алюминиевой трубки, торцы, которой закрыты крышками. Во внутреннее пространство трубки помещено химически активное вещество цилиндрической формы из цельного металла (кальция) с резьбовыми поверхностьями на торцах. Алюминиевые крышки, головная и хвостовая, имеющие резьбу, при вращении стягивают корпус и создают единую конструкцию. Торцевая поверхность хвостовой крышки имеет перфорацию.
Использование устройства увеличивает эффективность разрушения газогидратных пробок в газовых скважинах и позволяет ликвидировать АСПО и ПГО в нефтяных.
Полезная модель может быть использована для очистки и предотвращения отложений асфальтеносмолопарафиновых и/или парафиногидратных отложений в нефтяных и газовых скважинах.
Во время эксплуатации скважин на стенках насосно-компрессорных труб (НКТ) отлагаются высокомолекулярные парафины, асфальтены и смолы, входящие в состав нефти. Со времени эти соединения накапливаются, уменьшая «живое» сечение НКТ, снижая дебит и полностью забивая скважину. В попутном и природном газе, помимо газов парафинового ряда содержится сероводород, диоксид углерода, азот и другие, способствующие образованию гидратов, которые также отлагаются на стенках труб.
Известно устройство для удаления асфальтеносмолопарафиновых и/или парафиногидратных отложений в скважине, включающее корпус, выполненный из цельного массива щелочного или щелочноземельного металла, а в качестве изолирующей поверхности корпуса служит фольга из алюминия, с нанесенным на ее поверхность слоем битума с утяжелителем (Патент РФ 
2122628, опубликован в 1998 г.).
Недостатком данного способа является то, что в корпусе отсутствует достаточная и регулярная перфорация, следовательно, реакция активного химического элемента будет протекать не равномерно и медленно. Алюминиевая фольга, используемая в качестве изолятора, покрытая битумом и утяжелителем в процессе реакции растворяется не до конца, засоряя скважину. Устройство не надежно в эксплуатации.
Известно устройство для разрушения асфальтеносмолопарафиновых и парафиногидратных отложений в скважине, которое включает оболочку, выполненную из алюминиевой фольги и заполненной химически активной массой из щелочных металлов, причем активная масса изолирована снаружи битумом, затем алюминиевой фольгой, на которую нанесен слой парафина и трансформаторного масла, покрытый снаружи алюминиевой пудрой. Химически активная масса представлена в виде двух половинок цилиндра с внутренней выемкой на смежных поверхностях, заполненной утяжелителем (Патент РФ 2105867, опубликован в 1998 г.) Устройство имеет транспортную упаковку.
Недостатком данного устройства является то, что оболочка из алюминия, покрытая с внутренней стороны битумом, а с внешней парафином, не будет растворятся полностью, что ведет к засорению скважины. Вскрытая с торцевых сторон оболочка, будет иметь малый массообмен а, следовательно, небольшую скорость реакции, в следствии чего устройства не могут быть использованы в условиях вечной мерзлоты. При вскрытой поверхности головной части элемента, выделяющийся в процессе реакции газ, будет выталкивать устройство вверх, замедляя и без того низкую скорость движения. Кроме того, в процессе реакции щелочные металлы (например, натрий) образует мелкие шарики насыщенные водородом, которые всплывая на поверхность, контактируют с воздухом и дают вспышку, которая может привести к аварии. Все это указывает на ненадежность конструкции.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для термохимической обработки скважин, включающее корпус, выполненный в виде полой перфорированной трубки из алюминия, кальция или другого щелочноземельного металла, имеющий замок в виде расширения на одном конце трубки. Концы трубки залиты легкоплавким водоотталкивающим составом, а химически активное вещество представлено смесями отдельных компонентов щелочных и/или щелочноземельных металлов, или отдельными экструзивными элементами, упомянутых металлов или их расплавом. Отверстия перфорации залиты легкоплавким водоотталкивающим составом. (Патент. РФ 2098605, опубликован 1997 г.)
Недостатком этого устройства является то, что химически активное вещество имеет низкую плотность, а следовательно скорость перемещения элемента по скважине будет мала. Кроме того, наличие в составе щелочного металла, например, натрия (лития) в процессе реакции с продукцией скважин ведет к образованию легких шариков водорода, которые всплывая на поверхность и соединяясь с кислородом воздуха дают вспышку, способствующую созданию на устье скважин пожароопасной обстановки. Соединение концов трубок (без стопора) так же является ненадежным. В процессе работы трубки могут разъединяться и двигаться по скважине самостоятельно, что ухудшает степень обработки скважин. Перфорированные трубки из кальция трудновыполнимы и не могут быть без изолирующей оболочки, т.к. кальций реагирует с влагой воздуха. Заполнение перфорированных отверстий и торцов легкоплавким водоотталкивающим составом не позволяет применение их в условиях вечной мерзлоты, где в скважинах отрицательная температура.
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения его тепловой мощности, технологичности производства и сборки, а также безопасности применения.
Данная задача достигается тем, что устройство для термохимической обработки скважин, включающее химически активный корпус, выполненный в виде тонкостенной алюминиевой трубки, заполнен химически активным веществом в виде цельного цилиндра, полученного литьем, экструзией или прессованием из металлического кальция. Цилиндр, имеющий на торцах резьбу, в головной части - наружную, а в хвостовой - внутреннюю, расположенные соосно, помещен в перфорированную тонкостенную трубу. Площадь перфорации составляет от 7 до 25% площади трубы. Плотность химически активного вещества 1,5-1,55 г/см3. Торцевые концы устройства закрыты при помощи цилиндрических крышек, имеющих резьбу. Головная крышка имеет коническую форму, на внутренней поверхности выполнено глухое цилиндрическое отверстие с внутренней резьбой для соединения. На хвостовой крышки устройства имеется цилиндрический выступ с нарезанной на нем наружной резьбой. Внутри выступа выполнено сквозное отверстие. На торцевой поверхности крышки имеется сквозные отверстия, расположенные по окружности.
Каждое устройство помещается в транспортную упаковку, выполненную из двух «рукавов», и помещенных один в другой. Рукава изготавливаются из плотного полиэтилена, заполняются аргоном с помещенным внутрь устройством и последовательно запаеваются сварочным аппаратом для полиэтилена.
Конструкция проста и надежна. Единый присоединительный типоразмер позволяет соединять в цельное устройство несколько цилиндров с алюминеевыми корпусами, что увеличивает многократно энергетическую мощность данного устройства. Взаимодействие продуктов реакции не образует твердой фазы и исключает искрообразование. Большое количество тепла, выделяемое устройством позволяет очищать «глухие» (полностью забитые) нефтяные и газовые скважины.
Существенными признаками полезной модели являются:
1. металлический корпус, заполненный химически активным веществом.
2. материал корпуса.
3. наличие перфорационных отверстий.
4. состав химически активного вещества.
5. цельный цилиндр химически активного вещества, полученный литьем, экструзией или прессованием.
6. наличие присоединительной резьбы на торцах цилиндра.
7. конструкция торцевых крышек.
8. использование цилиндров химически активного вещества в качестве стяжного элемента конструкции.
9. смещение алюминиевого корпуса относительно тела активного вещества.
10. вид транспортной упаковки.
Признаки 1-4 являются общими с прототипом, признаки 5-10 существенными отличительными признаками полезной модели.
На чертеже показано устройство с продольным (фиг.1), и поперечным разрезом (фиг.2). Устройство состоит из цилиндра химически активного вещества 1, который помещен в перфорированный корпус 2, выполненный из алюминиевой трубки. Торцы корпуса закрыты головной крышкой 3, и хвостовой 4.
Устройство работает следующим образом.
Сборка устройства производится в такой последовательности: на цилиндр активного вещества 1, с заданным осевым смещением одевается перфорированный корпус 2. Торцевые крышки, головная 3 и хвостовая 4, вращаясь по резьбе цилиндра 1 перемещаются друг к другу, зажимая корпус 2.
Собранное устройство подается в скважину через лубрикатор, куда спустя некоторое заливается соляная кислота. Разрушение асфальтеносмолопарафиновых и парафиногидратных пробок происходит за счет большого количества тепла, выделяющегося в результате химической реакции взаимодействия устройства и кислоты. Устройство растворяется полностью с выделением тепла и образованием жидких водонефтерастворимых соединений, не ухудшающих качество нефти и не влияющих отрицательно на окружающую среду и здоровье человека. Продукты реакции проходя по скважине, покрывают стенки труб оксидной пленкой и уменьшают их коррозию
При добыче нефти, газоконденсата и природного газа происходит отложение асфальтеносмолопарафиновых и парафиногидратных составляющих, входящих в состав нефти на стенках НКТ, что уменьшает живое сечение и снижает дебет скважины. Данной полезная модель является устройством, которое обладает гораздо большей тепловой мощностью по сравнению с прототипами, технологичным в изготовлении и сборке, а также безопасным в применении.
Для этого химически активное вещество получают максимальной плотности, что способствует увеличению массы реагента, и следовательно тепловой мощности. При этом скорость продвижения устройства в скважине возрастает, что ведет к более быстрой и качественной обработке. Наличие резьбовых концов, позволяет соединять необходимое количество цилиндров активного вещества и алюминиевых корпусов, стягивая их торцевыми крышками. Трубки корпусов при этом смещены относительно торцов цилиндров активного вещества в осевом направлении, что способствует увеличении жесткости всей конструкции. Перфорация тела алюминиевых корпусов, при соединении нескольких устройств меняется в сторону уменьшения, от головной к хвостовой части Такое расположение корпусов ведет к более обильному тепловыделению в головной части устройства, которая испытывает большее сопротивление плотных отложений нефти. Отверстия в хвостовой крышке способствуют созданию реактивной тяги при истечении, образующейся в ходе реакции газожидкостной смеси, и придают поступательное движение устройству в скважине.
1. Устройство для термохимической обработки скважин, включающее металлический корпус в виде полой перфорированной трубки из алюминия, заполненной химически активным веществом, отличающееся тем, что в качестве химически активного вещества применен металлический кальций в виде цельного цилиндра, полученный литьем, экструзией или прессованием, на торцах которого, имеется наружная и внутренняя резьба, с навинченными крышками, головной и хвостовой.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что головная крышка имеет коническую форму с глухим резьбовым отверстием внутри, а на внутренней поверхности хвостовой имеется цилиндрический выступ с наружной резьбой, на торце крышки диаметрально и по оси выполнены сквозные отверстия.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндр химически активного вещества является стяжным элементом, на котором закреплены остальные детали.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус из перфорированной алюминиевой трубки смещен в осевом направлении относительно цилиндра химически активного вещества.
