Устройство для удаления отложений из труб в области добычи нефти и природного газа

 

Устройство для удаления отложений из труб в области добычи нефти и природного газа содержит трубчатый корпус, разделенный на нагревательную секцию, предназначенную для приема обладающего электропроводностью теплоносителя и балластную секцию. Первая имеет электрод и переднюю в направлении работы устройства зону. Окружающий нагревательную секцию корпус выполнен из обладающего электропроводностью материала. Электрод установлен с возможностью подключения к полюсу источника электрического напряжения, а окружающий нагревательную секцию корпус выполнен с возможностью подключения к другому полюсу источника электрического напряжения. Трубчатый корпус выполнен разделенным также на нагревательную секцию и балластную секции. Между нагревательной и балластной секциями корпуса выполнен теплоизоляционный участок с уплотнением. Использование изобретения обеспечивает отделение нагревающейся при эксплуатации нагревательной секции от балластной секции, что облегчает манипулирование устройством и ускоряет его продвижение в скважине. 13 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к добычи полезных ископаемых, в частности к устройствам для удаления отложений как асфальта, гидратов и парафинов, из подъемных труб в области добычи нефти и природного газа, соответственно из нефте- и газопроводов.

Такие отложения из асфальта, гидратов и парафинов в подъемных трубах и нефте- и газопроводах представляют критическую проблему для нефтяной промышленности. Из-за недоступности подъемных труб снаружи удаление этих отложений является трудным; поэтому до сих пор приходилось применять сложные методы удаления отложений, требующие много времени и расходов.

Известно устройство для удаления отложений из труб в области добычи нефти, содержащее трубчатый корпус, имеющий нагревательную секцию, предназначенную для приема обладающего электропроводностью теплоносителя, содержащую электрод и имеющую переднюю в направлении работы устройства зону, причем окружающий нагревательную секцию корпус выполнен из обладающего электропроводностью материала, при этом электрод установлен с возможностью подключения к полюсу источника электрического напряжения, а окружающий нагревательную секцию корпус выполнен с возможностью подключения к другому полюсу источника электрического напряжения (патент RU N 2 003 781, кл. E 21 B 37/02, опублик. 1993).

Недостаток известного устройства заключается в том, что его манипулирование трудно из-за сильного нагревания трубчатого корпуса, а также имеется опасность обжечься при вынимании нагретого устройства из скважины. Кроме того, не удовлетворяет скорость продвижения устройства в скважине.

Задача изобретения - облегчить манипулирование устройства и ускорить его продвижение в скважине.

Задача решается в предлагаемом устройстве для удаления отложений из труб в области добычи нефти и природного газа, содержащем трубчатый корпус, имеющий нагревательную секцию, предназначенную для приема обладающего электропроводностью теплоносителя, содержащую электрод и имеющую переднюю в направлении работы устройства зону, причем окружающий нагревательную секцию корпус выполнен из обладающего электропроводностью материала, при этом электрод установлен с возможностью подключения к полюсу источника электрического напряжения, а окружающий нагревательную секцию корпус выполнен с возможностью подключения к другому полюсу источника электрического напряжения за счет того, что трубчатый корпус выполнен подразделенным и кроме нагревательной секции содержит балластную секцию, а между нагревательной и балластной секциями выполнен теплоизоляционный участок с уплотнением, отделяющий данные секции друг от друга и служащий для отделения нагревающейся при эксплуатации нагревательной секции от балластной секции.

С помощью предлагаемого устройства подлежащие удалению отложения в подъемных трубах в области добычи нефти и природного газа и нефте- и газопроводах отплавляются, причем торцевая по направлению работы зона корпуса трубчатого устройства нагревается. При этом данный конец корпуса нагревается путем непосредственного нагрева электросопротивлением, причем имеющийся в этом конце корпуса теплоноситель нагревается с помощью электрода и подключенного к нему напряжения, и выполненного электропроводящим корпуса в качестве противополюса до температуры, достаточной для испарения теплоносителя, причем корпус в данной торцевой зоне нагревается настолько, что расплавляются входящиеся в контакт с ним отложения. При этом испаренная вследствие нагрева сопротивлением среда поднимается в корпусе, охлаждается на ненагретых стенках корпуса, конденсируется и на стенках стекает обратно в торцевую зону, после чего она вновь испаряется вследствие осуществляемого с помощью электрода нагрева. Во время работы устройства напряжение на электроде непрерывно сохраняется.

Балластная секция служит для придания устройству веса, необходимого для работы устройства также на большой глубине подъемной трубы под действием гравитации.

Предпочтительно в качестве теплоносителя используют жидкость с достаточно высоким удельным электросопротивлением, способную к нагреванию после приложения напряжения к электроду по образцу непосредственного нагрева электросопротивлением, причем корпус в нагревательной секции, в частности в зоне переднего торцового конца, выполнен с возможностью косвенного нагревания до температуры, достаточной для расплавления отложений. Нагревающая жидкость может представлять собой, например, раствор смеси солей, как, например, карлсбадской соли или т. п., в дистиллированной воде, содержащий тугоплавкие металлы как, например, титан и/или вольфрам, в тонкораспределенном виде. Предпочтительно электросопротивление теплоносителя составляет 35 - 45 Ом. В качестве водного раствора можно также использовать растворы сульфата или карбоната натрия.

Особенно предпочтительно передний торцевой конец нагревательной секции предназначен для приема теплоносителя, а остальная часть пространства нагревательной секции служит для приема испаренного теплоносителя. Для получения достаточного места для приема испаренного теплоносителя последний занимает предпочтительно примерно 2 - 10% объема всего внутреннего пространства нагревательной секции. Достаточного нагрева предлагаемого устройства достигают при использовании в качестве теплоносителя 10 - 50 г дистиллированной воды, содержащей 15 - 30 мг естественной соли и по 0,01 г титана и вольфрама, причем сопротивление составляет 35 - 45 Ом, что обеспечивает рабочую температуру порядка 150 - 350^oC в передней торцевой зоне устройства при напряжении 200 - 900 В.

Для электрического подключения источника напряжения к предлагаемому устройству в балластной секции имеется средство для подключения кабеля, предназначенного для подключения к источнику напряжения и выведенного из балластной секции на ее свободном конце. Средство для подключения кабеля может быть выполнено в качестве штекерного разъема.

Кроме того, предпочтительно электрод выполнен стержневидным и установлен с возможностью закрепления на теплоизоляционном участке, размещенном между нагревательной и балластной секциями с возможностью подключения к установленному в балластной секции средству для подключения кабеля.

Далее, электрод может простираться до непосредственной близости внутренней поверхности переднего торцевого конца нагревательной секции и быть направленным в нагревательной секции с помощью электроизоляционных проставок, при этом в рабочем положении кончик электрода погружен в теплоноситель.

Согласно изобретению предлагаемое устройство для удаления отложений может быть выполнено с размером, согласованным с конкретным размером подлежащих очистке подъемных труб и/или нефте- соответственно газопроводов. Предпочтительно трубчатый корпус предлагаемого устройства, который целесообразно выполнен из нержавеющей стали, выполнен с цилиндрическим сечением. Пригодный размер предлагаемого устройства может находиться в рамках 20 - 40 мм для наружного диаметра корпуса, 800 - 1500 мм или до 3000 мм для общей длины, при этом напряжение при эксплуатации может составлять 200 - 900 В при токе включения, составляющем примерно 15 А. Такое устройство нагревается в торцевой зоне корпуса до 150 - 350^oC, что представляет собой температуру, достаточную для расплавления отложений в подъемных трубах в установках для добычи нефти и природного газа. Предлагаемое устройство может работать на глубине 7000 м и больше. В зависимости от объема подлежащих удалению отложений рабочая скорость устройства составляет 5 - 20 м/ч.

Передний торцовой конец нагревательной секции предпочтительно снабжен приформованным, направленным наружу кончиком.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства для удаления отложений; на фиг. 2 - продольный частичный разрез предлагаемого устройства согласно фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - продольный разрез другой части предлагаемого устройства согласно фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 4 - схема предлагаемого устройства для удаления отложений при эксплуатации в подъемной трубе установки для добычи нефти.

Согласно фиг. 1 предлагаемое устройство 1 выполнено из трубчатого корпуса, подразделенного на нагревательную 2 и балластную 3 секции, причем последние с уплотнением отделены друг от друга теплоизоляционным участком 4. С торцевой по рабочему направлению согласно стрелке А стороны нагревательная секция 2 снабжена ориентированным наружу кончиком 5. Из противоположного конца 6 балластной секции 3 выведен кабель 7 для электрического подключения устройства 1 к источнику напряжения (не показан).

Для нагрева нагревательной секции 2, в частности ее торцового кончика 5, предлагаемое устройство согласно фиг. 2 снабжено стержневидным электродом 8, установленным внутри нагревательной секции 2. Данный стержневидный электрод 8 закреплен на теплоизоляционном участке 4, соединенном с нагревательной секцией 8 и уплотняющем ее с помощью уплотнений 9. Корпус теплоизоляционного участка 4 также выполнен из металла и изолирован относительно секций 2 и 3 также с помощью уплотнений 9. Как также видно на фиг. 3, стержневидный электрод 8 подключают к источнику напряжения с помощью кабеля 7, пропущенного через отверстие 10, выполненное в торцевом конце 6 балластной секции 3. Внутри балластной секции 3 электрический кабель 7 подключен к штепселю 11, фиксированному с помощью кольца 12, причем в штепселе 11 размещена цапфа 13, установленная на верхнем конце 14 электрода 8 и направленная на теплоизоляционном участке, благодаря чему электрод 8 установлен с возможностью подключения к источнику напряжения через штепсельное соединение 11 и 13. Электрод 8 электрически уплотнен относительно теплоизоляционного участка 4 с помощью кольцеобразного фланца 14, выполненного из электроизолирующего материала, например бикерамики.

Теплоизоляционный участок 4 подробно не показанным образом с уплотнением соединен с балластной секцией 3; торцевая сторона последней закрыта с помощью колпачка 15 и уплотняющей гильзы 16.

Секции и теплоизоляционный участок могут быть соединены друг с другом любым подходящим образом; изобретение не ограничено представленными на чертеже формами выполнения предлагаемого устройства.

Согласно фиг. 2 подключенный к источнику напряжения электрод 8 направлен во внутренней полости нагревательной секции 2 с помощью изоляционных дисков 17, 18, и его ориентированный в направление работы по стрелке А конец погружен в солевой раствор 19, состоящий из дистиллированной воды и карлсбадской соли с небольшим количеством титана и вольфрама в тонкораспределенном виде и размещенный в зоне торцевого кончика 5 нагревательной секции 2. Уровень наполнения 20 солевым раствором при этом выбран с обеспечением сохранения достаточно большого пространства над солевым раствором. Корпус нагревательной секции 2 выполнен из обладающего электропроводностью материала, например, нержавеющей стали, и не показанным на чертеже путем подключен к источнику напряжения с другим полюсом, чем полюс стержневидного электрода 8, образуя тем самым контрэлектрод стержневидному электроду 8. Корпус балластной секции 3 также выполнен из нержавеющей стали.

Когда к стержневидному электроду 8 прилагают достаточно высокое напряжение, например порядка 200 - 900 В, и варьируют это напряжение в зависимости от размера предлагаемого устройства, толщины отложений и глубины работы, то солевой раствор нагревается согласно известному принципу непосредственного нагрева сопротивлением, так как он в качестве токопроводящего резистора находится между электродом 8 и корпусом нагревательной секции 2. В результате данного нагрева солевого раствора нагревается также корпус нагревательной секции 2, окружающий солевой раствор 19, а именно, в частности, в той зоне, в которой находится солевой раствор. Таким образом, согласно изобретению обеспечивается частичное нагревание устройства на его торцевом конце, позволяющее расплавление подлежащих удалению отложений как, например, асфальта, гидратов и парафинов.

При этом солевой раствор 19 нагревается электродом 8 до температуры, при которой солевой раствор 19 начинает испариваться. Пары (стрелки В) поднимаются над уровень 20 солевого раствора 19 в верхнюю зону нагревательной секции 2, газонепроницаемо закрытую теплоизоляционным участком 4 с помощью уплотнений 9. В частности, верхние зоны 21 внутренней поверхности нагревательной секции 2 и торцевая сторона 22 теплоизоляционного участка 4 имеют намного более низкую температуру, чем нагретый солевым раствором торцевой конец 5 нагревательной секции 2, что приводит к конденсации поднимающегося с солевого раствора пара В на торцевой стороне 22 теплоизоляционного участка 4 и боковых стенках 21 нагревательной секции 2 с образованием капель 23 и стеканию этих капель вдоль боковых стенок 21 по направлению стрелок С обратно на уровень 20 солевого раствора 19.

Согласно изобретению происходит не только частичное нагревание нагревательной секции 2 у ее конца 5 от теплоносителя, который может представлять собой солевой раствор 19 и имеется лишь в небольшом количестве по сравнению с общим объемом нагревательной секции 2, но, кроме того, температура надежным путем регулируется автоматически. Солевой раствор нагревается не без конца, потому что при испарении уровень 20 солевого раствора снижается все больше, пока в крайнем случае больше не имеется солевого раствора и поэтому не происходит дальнейшего нагревания. Таким образом, через количество солевого раствора можно определять максимальную температуру на кончике 5 нагревательной секции 2, и нагревание кончика 5 продолжается лишь пока конденсировано достаточно пара солевого раствора в виде капель, стекавших обратно к электроду для образования нового уровня 20 солевого раствора.

Согласно фиг. 4 простым образом путем расплавления можно удалять отложения 24 в трубе, например, в подъемной трубе 25 установки для добычи нефти. Для этого предлагаемое устройство 1 вешают на крепежный канат 26 и по направлению силы гравитации D опускают в подлежащую очистке трубу 25. Через кабель 7 к электроду прилегают электрическое напряжение, вследствие чего передний кончик 5 нагревательной секции 2 нагревается до температуры, достаточной для расплавления отложений 24. Благодаря выбору соответствующего веса балластной секции 3 предлагаемое устройство может передним кончиком 5 нагревательной секции 2 проникать в отложения 24, причем последние расплавляются. При этом небольшие части 27 отложений отводятся масляным потоком E, а большие части откладываются на плоской поверхности 28 балластной секции 3 и при выводе предлагаемого устройства 1 из трубы 25 с помощью каната 26 они тоже выводятся и удаляются с устройства 1. Этот процесс очистки повторяют до полного удаления всех отложений 24 из трубы 25.

Таким образом, с помощью предлагаемого устройства можно удалять отложения как асфальт, гидраты и парафины почти из всех подъемных труб установок для добычи нефти и природного газа и нефте- и газопроводов. При этом не требуется наблюдение устройства во время работы, так как оно под действием гравитации опускается до большой глубины, например, в буровых скважинах, причем температура переднего в направлении работы кончика регулируется самостоятельно, надежно и без потребности какого-либо управляющего элемента через количество солевого раствора в устройстве.

Для очистки и обслуживания устройства и замены теплоносителя индивидуальные части устройства (в частности, нагревательная секция) установлены с возможностью демонтажа.

Формула изобретения

1. Устройство для удаления отложений из труб в области добычи нефти и природного газа, содержащее трубчатый корпус, имеющий нагревательную секцию, предназначенную для приема обладающего электропроводностью теплоносителя, содержащую электрод и имеющую переднюю в направлении работы устройства зону, причем окружающий нагревательную секцию корпус выполнен из обладающего электропроводностью материала, при этом электрод установлен с возможностью подключения к полюсу источника электрического напряжения, а окружающий нагревательную секцию корпус выполнен с возможностью подключения к другому полюсу источника электрического напряжения, отличающееся тем, что трубчатый корпус выполнен подразделенным и кроме нагревательной секции содержит балластную секцию, а между нагревательной и балластной секциями выполнен теплоизоляционный участок с уплотнением, отделяющим данные секции одна от другой и служащим для отделения нагревающейся при эксплуатации нагревательной секции от балластной секции.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что окружающий нагревательную секцию корпус в частности в зоне переднего торцевого конца выполнен с возможностью косвенного нагревания теплоносителя до температуры, достаточной для расплавления отложений.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что передний торцевой конец нагревательной секции предназначен для приема теплоносителя, а остальная часть пространства нагревательной секции служит для приема испаренного теплоносителя.

4. Устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что нагревательная секция выполнена с возможностью приема теплоносителя, обладающего электросопротивлением 35 - 45 Ом.

5. Устройство по одному из пп.1 - 4, отличающееся тем, что в балластной секции размещено средство для подключения кабеля, предназначенного для подключения к источнику напряжения и выведенного из балластной секции на ее свободном конце.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что средство для подключения кабеля выполнено в качестве штекерного разъема.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что электрод выполнен стержневидным и установлен с возможностью закрепления на теплоизоляционном участке, размещенном между нагревательной и балластной секциями с возможностью подключения к установленному в балластной секции средству для подключения кабеля.

8. Устройство по одному из пп.1 - 7, отличающееся тем, что электрод простирается до непосредственной близости внутренней поверхности переднего торцевого конца нагревательной секции и направлен в нагревательной секции с помощью электроизоляционных проставок, причем в рабочем положении кончик электрода погружен в теплоноситель.

9. Устройство по одному из пп.1 - 8, отличающееся тем, что нагревательная секция выполнена с возможностью приема теплоносителя, имеющегося в виде раствора смеси солей в дистиллированной воде, содержащего тугоплавкие металлы, такие, как, например, титан и/или вольфрам, в тонкораспределенном виде.

10. Устройство по одному из пп.1 - 9, отличающееся тем, что передний торцевой конец нагревательной секции снабжен приформованным направленным наружу кончиком.

11. Устройство по одному из пп.1 - 10, отличающееся тем, что трубчатый корпус имеет цилиндрическое сечение и длину примерно 1,5 - 3,0 м.

12. Устройство по одному из пп.1 - 11, отличающееся тем, что трубчатый корпус выполнен из нержавеющей стали.

13. Устройство по одному из пп.1 - 12, отличающееся тем, что электрод выполнен с возможностью подключения к источнику напряжения порядка 200 - 900 В.

14. Устройство по одному из пп.1 - 13, отличающееся тем, что нагревательная секция выполнена с возможностью нагревания до 150 - 350^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 09.12.2006

Извещение опубликовано: 20.07.2010        БИ: 20/2010

---