Способ предотвращения образования гидратов в нефтяной скважине (варианты)
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и служит для предотвращения образования гидратов в нефтяных скважинах, пробуренных в районах многолетнемерзлых пород (ММП). По первому варианту в остановленной или работающей малодебитной скважине, пробуренной в районах ММП, выявляют зоны локального понижения температуры пород с определением значений температур на внутренней стенке эксплуатационной колонны и глубины динамического уровня нефти. Осуществляют повышение температуры в затрубном пространстве выше температуры гидратообразования пластовой нефти на величину, зависящую от определенных значений температуры и глубины динамического уровня. С увеличением значений последних увеличивают величину повышения температуры в затрубном пространстве. В предпочтительных вариантах реализацию способа осуществляют пропусканием электрического тока через кабель, состоящий из участков с различным электросопротивлением. Возможно при повышении температуры в затрубном пространстве осуществлять понижение давления в интервале значений от рабочего до атмосферного. По второму варианту понижают давление в затрубном пространстве до заданного уровня в остановленной или работающей малодебитной скважине, пробуренной в районах ММП. Предварительно выявляют зоны локального понижения температуры пород с определением значений температур на внутренней стенке эксплуатационной колонны и глубины динамического уровня нефти. Осуществляют понижение давления в затрубном пространстве ниже давления гидратообразования пластовой нефти на величину, зависящую от определенных значений температуры и глубины динамического уровня. С увеличением значений последних увеличивают величину понижения давления в затрубном пространстве. Изобретения позволяют снизить энергозатраты и повысить эффективность предотвращения образования гидратов в насосно-компрессорных трубах и затрубном пространстве остановленных и работающих малодебитных скважин, пробуренных в районах ММП, за счет создания условий, обеспечивающих избирательное термобарическое воздействие на гидраты. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Группа изобретений относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использована для предотвращения образования гидратов в нефтяных скважинах, пробуренных в районах многолетнемерзлых пород (ММП).
При добыче и транспортировке углеводородов возникают условия, при которых образуются отложения гидратов природных газов полностью или частично блокирующих рабочее сечение скважин и трубопроводов. Известные способы борьбы с гидратными отложениями основаны на изменении термобарических условий. Используют горячие обработки скважин водой или горячей нефтью (см. Природные и техногенные газовые гидраты, М.: Недра, 1990 г.). Недостаток методов горячих обработок нефтяных скважин заключается в том, что они направлены на борьбу с гидратами, уже образовавшимися в процессе эксплуатации скважин. Разрушение монолитной гидратной пробки даже небольшой протяженности - это дорогостоящий и трудоемкий процесс. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения образования парафино-гидратных отложений в нефтяной скважине, включающий повышение температуры в затрубном пространстве путем пропускания тока через кабель, расположенный вдоль внешней стенки насосно-компрессорных труб (см. А.Г. Малышев, Н.А. Черемисин. Применение греющих кабелей для предупреждения парафиногидратообразования в нефтяных скважинах, журн. Нефтяное хозяйство, 6, 1990, с. 58-60). Недостатком известных методов нагрева с использованием кабеля является его применение одновременно против парафино- и гидратообразования. При этом условия борьбы с парафиногидратными отложениями рассчитывают, ориентируясь только на значение температуры начала парафинообразования из-за того, что практически всегда образование парафинов начинается при более высокой температуре, на 10, 20 и более градусов выше образования гидратов. Поэтому при применении кабелей для борьбы одновременно с парафиновыми и гидратными отложениями характеристики тепловыделения кабеля не увязывают с конкретными условиями гидратообразования. Кроме того, в известных способах использования кабеля он имеет одинаковое электросопротивление по всей длине, что приводит к одинаковому количеству тепловыделения. Однако во многих случаях в скважинах наблюдается только гидратообразование, когда парафинообразование либо полностью отсутствует, либо малосущественно с точки зрения опасности технологических осложнений. В силу указанных причин, применение известных методов нагрева с использованием кабеля для предотвращения преимущественно гидратообразования связано с большими энергозатратами и с необоснованным перерасходом электроэнергии. Для экономии энергопотребления рекомендуют включать кабель не постоянно, а периодически. При этом во время отключения кабеля происходит рост скважинных отложений, что делает этот способ технологически неэффективным, особенно для скважин, пробуренных в зонах с пониженными температурами районов ММП, которые характеризуются интенсивными процессами гидратообразования. Известны также способы борьбы со скважинными отложениями путем понижения давления в скважине. Это, например, удаление скважинных отложений в процессе эксплуатации скважины путем создания на устье волн отрицательного давления (авторское свидетельство СССР 1700207, кл. Е 21 В 37/00, 1991 г.). Из-за малых значений возникающих сдвиговых напряжений и высокой адгезии отложений недостатком данного способа удаления скважинных отложений является его неудовлетворительная технологическая эффективность. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ, предусматривающий вакуумирование затрубного пространства скважины и ввод теплоносителя с одновременной откачкой нефти глубинным насосом в промежуточную емкость (патент RU 2067160, кл. Е 21 В 37/00, 1996 г. ), следствием чего является кратное понижение давления в скважине. Недостатком указанного способа является повышенная энергоемкость, т.к. для реализации данной технологии используется большое количество энергоемкого оборудования, работа которого приводит к высоким затратам энергии. Кроме этого, кратковременное понижение давления не является эффективным из-за того, что время нахождения системы в термобарической области низкого давления, где гидраты разлагаются на газ и воду, мало, в силу чего они не успевают разложиться. Задачей изобретений является снижение энергозатрат и повышение эффективности предотвращения образования гидратов в насосно-компрессорных трубах (НКТ) и затрубном пространстве остановленных и работающих малодебитных скважин, пробуренных в районах ММП за счет создания условий, обеспечивающих избирательное термобарическое воздействие на гидраты. Поставленная задача по первому варианту решается способом предотвращения образования гидратов в нефтяной скважине, включающим повышение температуры в затрубном пространстве скважины путем пропускания электрического тока через кабель, расположенный вдоль внешней стенки насосно-компрессорных труб, в котором согласно изобретению в остановленной или работающей малодебитной скважине, пробуренной в районах многолетнемерзлых пород, выявляют зоны локального понижения температуры пород с определением значений температур на внутренней стенке эксплуатационной колонны и глубины динамического уровня нефти, после чего осуществляют повышение температуры в затрубном пространстве выше температуры гидратообразования пластовой нефти на величину, зависящую от определенных значений температуры и глубины динамического уровня, причем с увеличением значений последних увеличивают величину повышения температуры в затрубном пространстве. Здесь под динамическим уровнем нефти понимается глубина границы раздела нефть-газ в затрубном пространстве осваиваемой, работающей и остановленной скважины, зависящая, в частности, от характеристик работы скважины и условий притока нефти. А также тем, что: - повышение температуры в затрубном пространстве осуществляют пропусканием электрического тока через кабель, состоящий из участков, имеющих различное электросопротивление; - при повышении температуры в затрубном пространстве осуществляют понижение давления в последнем в интервале значений от рабочего до атмосферного. Поставленная задача по второму варианту решается способом предотвращения образования гидратов в нефтяной скважине, включающим понижение давления в затрубном пространстве до заданного уровня, в котором согласно изобретению в остановленной или работающей малодебитной скважине, пробуренной в районах многолетнемерзлых пород, выявляют зоны локального понижения температуры пород с определением значений температур на внутренней стенке эксплуатационной колонны и глубины динамического уровня нефти, после чего осуществляют понижение давления в затрубном пространстве ниже давления гидратообразования пластовой нефти на величину, зависящую от определенных значений температуры и глубины динамического уровня, причем с увеличением значений последних увеличивают величину снижения давления. Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа однообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, заявка относится к объектам одного вида, одинакового назначения - способа предотвращения образования гидратов в остановленной и работающей малодебитной нефтяной скважине, с получением одного и того же технического результата - снижение энергозатрат и повышение эффективности. Сущность предлагаемых способов заключается в следующем. В затрубном пространстве образуются в основном гидраты. Это объясняется тем, что в затрубье имеется восходящий поток воды и газа, из которых образуются газогидраты. Парафины же образуются из тяжелых углеводородов нефти. Поэтому при предотвращении образования гидратов в скважинах с помощью кабеля следует ориентироваться на термобарические условия образования именно гидратов и конструкцию кабеля выбрать исходя из этой задачи. Однако известные методики расчета интенсивности тепловыделения кабеля не учитывают локального понижения температуры, вызванного наличием многолетнемерзлых пород, несмотря на то, что, практически всегда, - для условий Западной Сибири этот вывод подтвержден результатами непосредственных исследований, - гидраты будут образовываться только при существовании такого локального понижения температуры. В случае же, если термограмма пород монотонна по глубине, то при отсутствии сероводорода гидраты образовываться не будут. Однако термобарические характеристики гидратообразования в затрубье не являются известными. Это вызвано тем, что состав затрубного газа изменяется в зависимости от характеристик работы скважины и не является постоянным. Отсюда возникает задача определения условий гидратообразования именно для затрубья. Условия гидратообразования определяются составом газа. Однако состав газа в затрубном пространстве изменяется в зависимости от многих факторов. Для определения условий гидратообразования в затрубном пространстве нельзя использовать газ, получаемый при разгазировании нефти при нормальных условиях. Не подходят для этого и кривые гидратообразования, полученные для пластовой и дегазированной нефти. Состав затрубного газа в восходящем потоке изменяется в зависимости от многих параметров, в частности от положения динамического уровня нефти, температуры пород, значения затрубного давления. В соответствии с изменением состава затрубного газа изменяются и термобарические условия гидратообразования. Уследить за изменением всех определяющих параметров практически невозможно. В этой связи нельзя построить универсальное семейство кривых условий гидратообразования в затрубном пространстве для конкретного нефтяного месторождения. Нельзя также непосредственно исходить из кривой гидратообразования пластовой нефти, полученной экспериментальным или расчетным путем. Тем не менее, анализ ситуации показывает, что при определении условий гидратообразования затрубного газа ориентироваться можно на условия гидратообразования пластовой нефти, но при этом нужно делать соответствующие корректировки, зависящие от положения динамического уровня нефти и температуры на стенке эксплуатационной колонны. С использованием предлагаемого метода нагревания кабелем, гидратообразование предотвращается как в НКТ, так и в затрубном пространстве. Кроме того, имеется и косвенное воздействие, которое объясняется тем, что свободное от гидратов затрубное пространство обеспечивает существование газовой прослойки с низкой теплопроводностью, из-за чего предотвращение гидратообразования в затрубном пространстве способствует также предотвращению гидратообразования и в НКТ. Сущность изобретений поясняется чертежами. На фиг. 1 показано изменение температуры Т с глубиной h на внутренней стенке эксплуатационной колонны, где 1 - зона локального понижения температуры (значение температуры в минимуме составляет 1.0 градус); на фиг. 2 приводится кривая гидратообразования пластовой нефти (зависимость давления P от температуры), показано значение затрубного давления (1.2 МПа); на фиг. 3 приводятся характеристики тепловыделения участков составного кабеля, рассчитанного для предотвращения гидратообразования в затрубном пространстве; на фиг. 4 приводятся кривая гидратообразования - 2 и термобарический режим работающей скважины (характер изменения температуры и давления нефти в НКТ) в случаях: отсутствия нагрева кабеля - кривая 3 и при пропускании тока через кабель, составленный из отрезков различного электросопротивления - кривая 4 (интервал нагрева - 250-400 м), выделенные точки на термобарических кривых показывают значение глубины по скважине; на фиг. 5 приведены поинтервальные характеристики тепловыделения греющего кабеля, предназначенного для предотвращения гидратообразования в НКТ; на фиг. 6 приведены поинтервальные характеристики тепловыделения греющего кабеля, предназначенного для предотвращения гидратообразования как в затрубном пространстве, так и в НКТ. Способ по первому варианту осуществляют следующим образом. 1. Выявляют зоны локального понижения температуры пород путем проведения термометрии остановленных скважин заданного куста. По полученным данным определяют значения температуры T на внутренней стенке эксплуатационной колонны на глубине h. 2. По пробам глубинной нефти путем проведения непосредственных экспериментов на бомбе PVT либо, основываясь на заданном составе, по методике расчета 4-х фазового равновесия гидрат + газ + нефть + вода определяют термобарические условия гидратообразования пластовой нефти Р(T) - зависимость давления P от температуры Т. 3. Определяют температуру нагревания Tнaгp, до которой для предотвращения гидратообразования необходимо увеличить температуру в заданном глубинном интервале затрубного пространства: Тнагр=Т(Рзат)+Тдоп-Тдавл, (1) где T (Pзат) - температура гидратообразования пластовой нефти, соответствующая значению давления Рзат в затрубном пространстве, Тдоп - температурная поправка, Тдавл - поправка на понижение давления в затрубном пространстве. Поправку Тдоп, на которую необходимо дополнительно увеличить температуру на данном глубинном интервале рассчитывают по формуле Тдоп = 3,5 + 0,2



Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6