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 двух концентрически расположенных тонкостенных алюминиевых трубок, заполненных химически активным веществом в виде полых цилиндров, спрессованных из крупки кальция или смеси кальция и алюминия. Цилиндры нанизаны на внутреннюю трубку и помещены в наружную, перфорированную с внутренней резьбой на концах.. Площадь живого сечения перфорации увеличивается от хвостового конца к головному. Вместо внутренней трубки может быть применен алюминиевый шток. Торцевые концы устройства закрыты цилиндрическими крышками, имеющими внутреннее резьбовое отверстие соосно внутренней трубки (штока) и наружную резьбу по образующей поверхности. Внутренняя трубка (шток) имеет наружную резьбу с обоих концов и выдвинута, со стороны головной крышки, имеющей овальную форму На торцевой поверхности хвостовой крышки имеются отверстия, выполненные под углом к поверхности крышки. 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. Применение щелочного металла, например, натрия (лития) в процессе реакции с продукцией скважин ведет к созданию пожароопасной ситуации на скважине. 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 расплавленного металла, которые всплывая на поверхность, контактируют с воздухом и дают вспышку, которая может привести к аварии. Кроме того, вскрытая с торцевых поверхностей оболочка без регулярной перфорации, не позволяет протекать реакции интенсивно, что не обеспечивает возможность очистки НКТ в условиях вечной мерзлоты. Все это указывает на несовершенность 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 представленное смешением отдельных компанентов щелочных и/или щелочноземельных металлов или их экструзивными элементами имеет малый насыпной вес, а следовательно скорость перемещения элемента по скважине будет низка. Кроме того, наличие в составе щелочного металла, например, натрия (лития) в процессе реакции с продукцией скважин ведет к образованию легких шариков расплавленного металла, 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 за счет увеличения тепловой мощности, надежности конструкции, а также безопасности применения.

Данная задача достигается тем, что устройство, включающее корпус, выполненный в виде двух концентрически расположенных тонкостенных алюминиевых трубок, заполнен химически активным веществом в виде полых цилиндров спрессованных из крупки металлического кальция или из смеси крупки кальция и опилок алюминия. Цилиндры нанизаны на внутреннюю трубку и помещены в наружную перфорированную тонкостенную трубку, которая имеет перфорацию с живым сечением от 10 до 30% площади, причем площадь живого сечения увеличивается от хвостовой части к головной. Соотношение Ca:Al в смеси может составлять от 70:30 до 50:50 вес.%, при этом плотность химически активного вещества изменяется от 1,1 до 1,5 г/см3. Вместо внутренней трубки может быть применен алюминиевый шток. Торцевые концы устройства закрыты цилиндрическими крышками, имеющими центральное отверстие с внутренней резьбой по диаметру внутренней трубки (штока) и наружную резьбу по образующей поверхности. Внутренняя трубка (шток) имеет наружную резьбу с обоих концов и выдвинута на 15 мм. со стороны головной крышки, имеющей овальную форму. На торцевой поверхности хвостовой крышке в имеются отверстия диаметром 2-4 мм., выполненные под углом 15-25 градусов к поверхности крышки.

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 запаяваются.

Конструкция выполнена прочно и надежно. При взаимодействии устройства с продукцией скважин все детали устройства полностью растворяются не засоряя скважину. Продукты реакции во время работы не создают условий пожароопасности. Высокая тепловая мощность устройства (5500 ккал/кг) позволяет очищать «глухие» (полностью забитые) нефтяные и газовые скважины. Единый присоединительный типоразмер позволяет соединять несколько устройств в единую конструкцию, что увеличивает массу, а следовательно и тепловую мощность устройства.

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.. конструкция корпуса.

6. соотношение диаметров наружной и внутренней трубок..

7. процентное соотношение компанентов в смеси.

8. конфигурация спрессованных цилиндров активного вещества.

9. конструкция торцевых крышек.

10. наличие отверстий на хвостовой крышке устройства..

11. угол наклона отверстий.

12. площадь живого сечения перфорации.

13. наличие изменения площади «живого сечения» перфорации по длине трубки.

14. конструкция замка соединения крышек с корпусом..

15. вид транспортной упаковки.

Признаки 1-4 являются общими с прототипом, признаки 4-15 существенными отличительными признаками полезной модели.

На чертеже показано устройство с продольным (фиг.1), и поперечным разрезом (фиг.2). Устройство состоит из цилиндров спрессованного химически активного вещества 1, которые нанизаны на внутреннюю трубку 2 помещеную в перфорированный корпус 3, выполненный из алюминиевой трубки. Торцы корпуса закрыты головной крышкой 4, и хвостовой 5, соединенных с корпусом и с внутренней трубкой на резьбе. На чертеже (фиг 3) и (фиг 4) показано устройство с алюминиевым штоком 2 вместо трубки.

Устройство работает следующим образом.

Сборка устройства производится в такой последовательности: в головную крышку 4 вкручивается центральная трубка (шток) 2 с заданным наружу «вылетом» и накручивается перфорированный корпус 3. Полученное пространство между трубками заполняется цилиндрами активного вещества 1, с последующей установкой торцевой крышки 5.. Торцевые крышки, головная 4 и хвостовая 5, вращаясь по резьбе трубки (штока) 2 и корпуса 3 стягивают и зажимают цилиндры 1.

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 термохимической реакции. 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 состовляющих, 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 предложенными ранее решениями.

Для этого цилиндры химически активного вещества получают прессованием, 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 конца в «голове» устройства и ответного резьбового отверстия в «хвосте» позволяет соединять необходимое количество устройств в единую конструкцию повышая тепловую мощность многократно.

Головная крышка устройства имеет овальную форму, для того, чтобы уменьшить сопротивление движению нефти. Увеличение живого сечения перфорации в головной части устройства необходимо для того, чтобы в этой области процесс протекал более интенсивно с большим выделением тепла, т.к. эта часть устройства испытывает большее сопротивление плотных отложений нефти. Отверстия выполненные на хвостовой крышке предназначены для того, чтобы интенсивно выделяющаяся в процессе реакции горячая газожидкостная смесь создавала реактивную тягу, толкающее устройство вниз и смывающая центры отложения АСПО.

Предлагаемая конструкция позволяет эффективно очищать нефтяные и газовые скважины, как в процессе межремонтной очистки, так и при очистки «глухих» т.е. полностью забитых скважин.

1. Устройство для термохимической обработки скважин, включающее металлический корпус, заполненный химически активным веществом, отличающееся тем, что корпус, выполненный в виде двух концентрически расположенных тонкостенных алюминиевых трубок, заполнен химически активным веществом в виде полых цилиндров, спрессованных из крупки кальция или смеси крупки кальция и алюминиевых опилок, нанизанных на внутреннюю и помещенных в наружную перфорированные трубки, стянутые торцевыми крышками, головной и хвостовой, с резьбой.

2. Устройство по п.8, отличающееся тем, что торцевые крышки имеют сквозное центральное отверстие одного диаметра, при этом головная крышка имеет овальную форму, а хвостовая - цилиндрическую.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торцевые крышки имеют наружную и внутреннюю резьбу для соединения с наружной и внутренней трубками.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на торце хвостовой крышки выполнены отверстия диаметром 2-4 мм, расположенные под углом 15-25° к поверхности крышки.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь перфорации, составляющая от 10 до 30% от площади наружной трубки, увеличивается от хвостовой части к головной.