Устройство для разрушения глухих, протяженных парафиновых, гидратных и ледяных пробок в эксплуатационных скважинах

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и используется при капитальном и подземном ремонте скважин. С наземным источником питания кабелем со свободной седьмой жилой связан электронагреватель. Все рабочие жилы кабеля со стороны источника питания в режиме нагрева подключены к однофазному току. В режиме омического сопротивления эти жилы соединены попарно и разбиты на три группы и подключены к трехфазному току. Свободная седьмая жила кабеля подсоединяется к электроду электронагревателя или к электромагнитному вибратору. В нагревательном режиме на многожильном кабеле электронагреватель опускается в межтрубное пространство. Для уменьшения силы трения скольжения в помощь движущей гравитационной силе дополнительно создают вибрационное поле. После формирования канала и прохождения пробки включают режим пониженного омического сопротивления кабеля, при котором происходит полное разрушение пробки как в межтрубном, так и в трубном пространстве насосно-компрессорных труб. Усиливается возможность разрушения гидратопарафиновых пробок в межтрубном пространстве скважин, имеющих серповидную конфигурацию и осложненных регулярными ступенчатыми препятствиями. 4 ил.

Изобретение относится к области эксплуатации скважин, а именно к капитальному и подземному ремонту, и применяется для ликвидации гидратопарафиновых и ледяных пробок как в трубном, так и в межтрубном пространстве.

Известен способ ликвидации гидратных и парафиновых пробок в скважинах и устройство для его осуществления (1), технологией которого предусмотрено закорачивание свободных жил кабеля со стороны нагревателя и подключение их к источнику питания на поверхности. Совместная работа нагревателя и части свободных жил в режиме омического сопротивления кабеля возможна тогда, когда весь кабель смотан с барабана лебедки и находится в насосно-компрессорных трубах (НКТ), в противном случае происходит его перегрев, что может привести к аварийной ситуации. Кроме того, конструкция нагревательного узла не рассчитана на работу в межтрубном пространстве, в связи с этим затрудняется его применение для эксплуатационных скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами (ШГН).

Известно устройство (2), выполняющее функцию нагревательного узла, но криволинейность корпуса, сформированного из фигуры, условно вписанной в эллипсоид вращения, не позволяет проходить регулярные ступенчатые препятствия (муфты НКТ), так как наружная поверхность НКТ в радиальном сечении создает, совместно с внутренней поверхностью эксплуатационных труб, межтрубное пространство серповидной конфигурации, сужающиеся части которого направлены вниз. В силу этого нагревательный узел (любой формы корпуса) всегда будет переходить под действием радиальной составляющей гравитационного поля из точки неустойчивого равновесия на более низкий энергетический уровень. В данном случае это с равной вероятностью являются крайние части (наиболее узкие места) серповидного сечения. В этом положении корпус нагревательного узла подвергается двухстороннему воздействию поверхностей как НКТ, так и эксплуатационной трубы, отсюда в два раза увеличивается сила трения скольжения. Под воздействием этой силы нагревательный узел в рабочем интервале 200-600 м, где ствол скважины имеет определенную кривизну в вертикальной плоскости, может при контакте его головной части с муфтой НКТ остановиться, а дальнейшие мероприятия по продолжению движения ничего не дадут, это обстоятельство не позволяет широко использовать электрические нагреватели, спускаемые на каротажном кабеле.

Известно также устройство для разрушения гидратных и парафиновых пробок (3), взятое как прототип, содержащее наземный источник питания и связанный с ним многожильный кабель с электронагревателем, в котором все рабочие жилы со стороны нагревателя соединены с его электродом, а со стороны источника питания имеют возможность подключения либо к однофазному источнику тока (режим нагрева устройства), либо к трехфазному току (режим омического сопротивления кабеля). Причем в последнем случае рабочие жилы соединены попарно и разбиты на три группы, кроме того, седьмая свободная жила используется для подключения дополнительных устройств (электромагнитный вибратор), входящих в состав электронагревателя.

Электронагреватель хорошо работает во внутреннем пространстве НКТ эксплуатационных скважин, не оборудованных ШГН, но в силу ряда обстоятельств, обусловленных конструктивными параметрами электронагревателя и специфическими условиями межтрубного пространства, осложненного наличием регулярных ступенчатых препятствий (муфты НКТ), спуск электронагревателя даже при активном наземном воздействии на каротажный кабель не возможен.

Задача изобретения - разрушение гидратопарафиновых трубок в межтрубном пространстве эксплуатационных скважин, оборудованных ШГН, путем воздействия на них электрическими нагревателями.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для разрушения глухих, протяженных парафиновых, гидратных и ледяных пробок в эксплуатационных скважинах, содержащем наземный источник питания и связанный с ним имеющий свободную седьмую жилу многожильный кабель с электронагревателем, включающим электромагнитный вибратор, причем все рабочие жилы кабеля со стороны источника питания в режиме нагрева электронагревателя подключены к однофазному току, в режиме омического сопротивления кабеля соединены попарно и разбиты на три группы и подключены к трехфазному току, свободная седьмая жила кабеля выполнена с возможностью подключения к электроду электронагревателя или к электромагнитному вибратору.

На фиг. 1 показан электронагреватель; на фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема электронагревателя в исходном состоянии; на фиг. 3 - то же, в положении подключения свободной седьмой жилы к электромагнитному вибратору; на фиг. 4 - то же, в положении подключения свободной седьмой жилы к электроду электронагревателя.

Устройство содержит электронагреватель, в частности электрокаталитический (фиг. 1) многожильный каротажный кабель 1 в бронированной оплетке, жестко заделанной в верхней части корпуса 2, выполняющего совместно с наконечником 3 роль одного электрода. Герметизация места заделки окончания жил кабеля осуществляется резиновой пластиной 4. Оголенные окончания рабочих жил крепятся механическим путем в верхней части второго (центрального) электрода 5, который коаксиально закреплен центраторами 6 и 7 внутри корпуса 2. Контейнер 8 с катализатором закреплен в верхней части электрода 5, а выход свободной (седьмой) жилы имеет возможность присоединения с помощью перемычки 9, в зависимости от складывающейся ситуации, либо к электроду 5, либо к электромагнитному вибратору 10 с якорем 11. К нижней части электрода 5 через резьбовое соединение крепится сменный электрод 12, имеющий электрическую связь через электролитную среду 13 с наконечником 3.

На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема нагревателя в исходном состоянии, где N - нейтральный провод; A, Б, C - фазные провода источника тока; K1-K4 - контакты электромагнитного реле; 14 - бронированная оплетка кабеля; 15, 20 - рабочие жилы кабеля; 21 - свободная седьмая жила кабеля.

Устройство работает следующим образом.

Электронагреватель на каротажном кабеле 1 спускается в межтрубное пространство эксплуатационной скважины вплоть до механического контакта с гидратопарафиновой пробкой, после чего подключают рабочие жилы 15 - 20 кабеля на поверхности к источнику однофазного тока, как это отражено на фиг. 3. Однофазный ток, проходя по всем рабочим жилам и электрод 12 в промежутке между ним и корпусом 2, из-за сильного сопротивления электролитной среды 13, разогревает ее до 150^oC и выше и через стенки наконечника 3 передает тепловую энергию в окружающее пространство.

Движение нагревателя в глубину межтрубного пространства и разрушение пробки происходит до тех пор, пока суммарная сила тяжести от массы электронагревателя и кабеля, находящегося в скважине, будет превышать силу трения скольжения, но в случае из уравновешивания движение вниз прекратится (система зависла), что происходит чаще всего при контакте наконечника 3 нагревательного узла с муфтой НКТ. Усилия, предпринимаемые на поверхности в этом случае, как то многократные попытки приподнять электронагреватель на несколько метров вверх с последующим спуском, ничего не дают и приходится прерывать операцию по дальнейшему воздействию на оставшуюся часть пробки. Так как зависание электронагревателя происходит за счет его защемления в узкой части серповидного межтрубного пространства и объясняется кратным увеличением силы трения скольжения относительно условий движения электронагревателя в трубном пространстве НКТ, где нет регулярных ступенчатых препятствий и двойного контактирования со стенками труб, то единственным выходом из создавшейся ситуации могут быть только мероприятия, направленные на уничтожение либо значительное уменьшение этой силы. Известны многочисленные эффекты, связанные с воздействием вибрационного поля на различные технологические процессы, в том числе многократное уменьшение силы трения скольжения. Механизм виброволнового воздействия при вынужденных поперечных колебаниях на перемещение длинномерных овальных в плане предметов под действием гравитационного поля, в сложнопостроенном криволинейном пространстве (серповидное межтрубное пространство) и осложненное регулярными ступенчатыми препятствиями объясняется образованием результирующего усилия, направленного по законам теоретической механики вдоль малой диагонали параллелограмма действующих сил, возникающих при соударении колеблющегося корпуса нагревателя со стенками НКТ и обсадной трубы. Механические радиальные микроперемещения корпуса, возникающие при наложении на него вибрационного поля, заставляют отталкиваться нагреватель от стенок межтрубного пространства, и он как бы находится на некотором расстоянии от них, при этом отсутствует трение скольжения, за исключением моментов соприкосновения со стенками труб.

Таким образом, когда электронагреватель зависает, оператор с пульта управления приводит в действие электромагнитный вибратор 10, который предварительно подключен перед началом работ по разрушению пробки к свободной жиле 21. После прохождения всего интервала пробки и полного сматывания кабеля с барабана лебедки и его погружения в скважину, для разрушения оставшегося массива пробки в межтрубном пространстве и в трубном пространстве НКТ, оператор переключает свободную жилу 21 с положения подачи энергии на электромагнитный вибратор 10 в положение, когда свободная жила 21 подключается к центральному электроду 5 перемычкой 9 (см. фиг. 4). Такое переключение производится с помощью двухпозиционного электромагнитного переключателя, в составе нагревателя, либо автоматически с помощью глубинного датчика, настроенного на замыкание рабочих контактов при определенном давлении, обычно величина этого давления выбирается несколько больше, чем давление жидкости на глубине окончания интервала гидратопарафиновой пробки (7,0 МПа - гарантированный уровень давления).

Подключение свободной жилы 21 к центральному электроду 5 за счет снижения сопротивления одной фазы позволяет увеличить выход удельной мощности кабеля 1 и, таким образом, увеличить уровень тепловой энергии, генерируемой кабелем 1, и ускорить разрушение пробки не только в межтрубном пространстве, но и в трубном пространстве НКТ без привлечения дополнительных энергоемких технических средств.

Увеличение активной мощности за счет подключения свободной жилы к центральному электроду, когда реализуется режим пониженного омического сопротивления кабеля, рассчитывается в соответствии с уравнением W_к = I _к² R_к, где I_к - ток, идущий по жилам кабеля; R_к - сопротивление одной жилы кабеля.

В свою очередь I_к=U_ф/R_к, где U_ф - фазное напряжение генератора тока. Так как при присоединении свободной жилы 21 к одной группе двухжильного соединения понижает ее сопротивление в три раза, то общее сопротивление кабеля выразится как сумма 2-х групп двухжильного соединения и 1-ой группы трехжильного соединения, а окончательная активная мощность для трехфазного тока выразится следующим образом: Из расчета следует, что предлагаемая схема присоединения свободной жилы позволяет увеличить выход активной мощности и тем самым количество тепла в 1,17 раза больше, чем это достигается в прототипе.

Источники информации: 1. Патент РФ, N 2003781, кл. E 21 В 43/24, 1991.

2. Патент РФ, N 2110670, кл. E 21 В 37/06, 36/04, 1995.

3. Патент РФ, N 2112134, кл. E 21 В 37/00, 36/04, 1995.

Формула изобретения

Устройство для разрушения глухих, протяженных парафиновых, гидратных и ледяных пробок в эксплуатационных скважинах, содержащее наземный источник питания и связанный с ним имеющий свободную седьмую жилу многожильный кабель с электронагревателем, включающим электромагнитный вибратор, причем все рабочие жилы кабеля со стороны источника питания в режиме нагрева электронагревателя подключены к однофазному току, в режиме оммического сопротивления кабеля соединены попарно, разбиты на три группы и подключены к трехфазному току, отличающееся тем, что свободная седьмая жила кабеля выполнена с возможностью подключения к электроду электронагревателя или к электромагнитному вибратору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4