Устройство для очистки внутренней поверхности скважинных труб

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к очистке внутренней поверхности скважинных труб путем выжигания асфальтосмолистых и гидратопарафиновых отложений. Устройство для очистки внутренней поверхности скважинных труб содержит закрепленный на геофизическом кабеле корпус в виде герметичного колокола, установленную в нем соосно жидкостную ракетную установку, содержащую сопло, обращенное вниз. Жидкостная ракетная установка включает баки окислителя и горючего, систему подачи топлива, жестко закрепленный внутри корпуса ракетный двигатель. Система подачи топлива включает магистрали подачи окислителя и горючего с электроклапанами, управляемыми электрическими сигналами с поверхности через геофизический кабель. Повышается эффективность очистки, упрощается управление процессом очистки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к восстановлению производительности нефтедобывающих скважин путем выжигания асфальтосмолистых и гидратопарафиновых отложений (далее по тексту - отложений). В России 35% скважин оборудовано глубинными штанговыми насосами, приводимыми в движение через колонну штанг, соединенных с установленными на поверхности силовыми приводами-станками-качалками.

Принцип действия насосов основан на вытеснении жидкости из рабочего пространства движущимся поршнем-плунжером. С помощью станка-качалки обеспечивается возвратно-поступательное движение штанг и соединенного с ними плунжера. При добыче нефти с высоким содержанием парафинов и асфальтенов происходит по мере охлаждения поднимаемой из скважины нефти осаждение частиц парафина, асфальта, смол на поверхности колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), приводящее сначала к падению производительности скважины, а затем и к обрыву плунжера.

Существуют различные способы очистки внутренней поверхности скважинных труб: химический, механический, термический, термомеханический и пр. При термическом способе ликвидации парафиновых пробок в скважину закачивают перегретый пар, горячую воду или подогретую нефть до тех пор, пока отложения не растворятся.

Известны устройства, спускаемые в колонну НКТ и разогревающие закупоренный участок путем превращения энергии акустических (виброакустических) колебаний в тепловую, как в з. 98102420/ 03 от 10.02.98 г., МПК 6 Е 21 В 37/00, з. 99102233/03 от 10.02.99 г., МПК 6 Е 21 В 37/00.

В ряде устройств источником тепла являются электрические нагреватели, как в з. 97121527/03 от 23.12.97 г., МПК 6 Е 21 В 37/00. Электрический нагреватель спускается в скважину на геофизическом кабеле в гидратопарафиносмолообразование со скоростью его естественного растопления. При подъеме нагревателя наверх происходит растопление оставшейся части образования.

Существуют устройства, включающие корпус, выполненный из вступающего в реакцию материала, заполненного химически активным веществом. При достижении асфальтеносмолопарафинов или парафиногидратных отложений корпус сгорает с выделением энергии, достаточной для разогрева пробки, з. 96122097/03 от 21.11.96 г., МПК 6 Е 21 В 37/06.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является установка для ликвидации гидратопарафиновых отложений и ледяных пробок в нефтяных и газовых скважинах по патенту РФ №2131511, 1999.

Установка содержит средство перемещения и источник горячих газов в виде твердотопливного газогенератора с соплом, обращенным вниз.

Недостатком данного устройства является невозможность управления процессом, включая управление избытком окислителя, невысокая теплонапряженность в зоне обработки, сложность заправки твердым топливом.

Целью изобретения является унификация конструкции, упрощение управления процессом и повышение его эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем корпус, закрепленный на геофизическом кабеле, и установленный в нем соосно источник высокотемпературных продуктов сгорания, имеющий сопло, обращенное вниз, согласно изобретению корпус выполнен в виде герметичного колокола, источник высокотемпературных продуктов сгорания выполнен в виде жидкостной ракетной установки, включающей баки окислителя и горючего, систему подачи топлива, включающую магистрали подачи окислителя и горючего с электроклапанами, управляемыми электрическими сигналами с поверхности через геофизический кабель, и жестко закрепленный внутри корпуса ракетный двигатель.

Ракетный двигатель жестко закреплен внутри корпуса с помощью фланца.

Так как корпус герметичен, внутри колокола образуется газовая подушка, предохраняющая энергетическую установку от контакта со скважинной жидкостью.

Баки окислителя и горючего могут быть заправлены экологически чистым топливом, например метаном и кислородом, а система подачи топлива может быть вытеснительной, например, при помощи инертного газа высокого давления.

Баки горючего и окислителя могут быть размещены за пределами корпуса и соединены с ракетным двигателем топливными магистралями.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство в разрезе, спускаемое в колонну НКТ 1. Устройство состоит из корпуса 2, спускаемого на геофизическом кабеле 3, выполненного в виде герметичного колокола. В верхней части корпуса расположены баки 4 с окислителем 5 и горючим 6, разделенные между собой. Баки заправлены газом наддува 7. Внутри корпуса расположен ракетный двигатель 8, жестко закрепленный с помощью фланца 9. Двигатель содержит смесительную головку 10, магистрали подачи окислителя и горючего 11, камеру сгорания 12 и сопло 13. Подача топлива в смесительную головку осуществляется по магистралям 11 и регулируется электроклапанами 14. Асфальтосмолистые и гидратопарафиновые отложения условно изображены под номером 15.

Устройство работает следующим образом. Снаряженный на поверхности корпус 2 опускается на геофизическом кабеле 3 в колонну НКТ 1 до тех пор, пока нижняя кромка корпуса 2 не упрется в отложение 15. Так как корпус герметичен, в нем сохраняется воздушная подушка, предохраняющая расположенные в корпусе баки 4 с окислителем 5 и горючим 6, ракетный двигатель 8 и электроклапаны 14 от контакта со скважинной жидкостью.

После остановки устройства по геофизическому кабелю 3 подается электрический сигнал на открытие электроклапанов 14. Под давлением газа наддува 7 окислитель и горючее по магистралям подачи окислителя и горючего 11 поступают в смесительную головку 10, перемешиваются, воспламеняются и реагируют в камере сгорания 12, причем окислитель подается в избытке.

Высокотемпературные продукты сгорания (ПС) истекают из сопла 13 со сверхзвуковой скоростью, которая зависит от соотношения площадей выходного и минимального сечений. Температура ПС может достигать 3500 К в зависимости от компонентов топлива и их соотношения.

От термического воздействия обратных потоков ПС энергетическую установку защищает фланец 9.

При истечении ПС в скважину происходит оттеснение скважинной жидкости от поверхности отложения и термическая струя начинает взаимодействовать с веществами отложения. Так как они представляют собой в основном углеводороды, происходит сначала размягчение, затем плавление и, наконец, реакция веществ отложения с избытком окислителя, присутствующего в газовой струе.

Так как истечение ПС носит турбулентный характер, все эти процессы интенсифицируются, параллельно идут взаимодействие струи ПС с материалом отложения, его размягчение, отрыв капель, которые, попадая в поток высокотемпературных продуктов сгорания, сгорают с образованием СО₂, SО₂, Н₂О и др. Совместное тепловое, динамическое и химическое воздействие ПС приводит к быстрому уничтожению отложения.

По мере выжигания отложения корпус продвигается вниз по колонне НКТ, причем стенки корпуса выполняют роль скребка, удаляющего остатки отложения.

Массивность устройства предотвращает его вертикальные перемещения по колонне труб во время работы. Однако в случае необходимости можно предусмотреть механизм, заклинивающий корпус на время его работы.

По завершении процесса очистки подается команда на закрытие клапанов, и устройство поднимается наверх.

В качестве топлива можно использовать, например, экологически чистые вещества - метан и кислород.

При необходимости баки с окислителем и горючим можно разместить за пределами корпуса устройства, например на поверхности земли. В этом случае подача топлива осуществляется по топливным магистралям, соединяющим баки с ракетным двигателем, установленным в колоколе. Такое конструктивное исполнение целесообразно при использовании устройства в неглубоких скважинах. Преимущество последней конструкции состоит в отсутствии ограничений по запасам топлива.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки внутренней поверхности скважинных труб, содержащее закрепленный на геофизическом кабеле корпус, установленный в нем соосно источник высокотемпературных продуктов сгорания, содержащий сопло, обращенное вниз, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде герметичного колокола, источник высокотемпературных продуктов сгорания выполнен в виде жидкостной ракетной установки, включающей баки окислителя и горючего, систему подачи топлива, включающую магистрали подачи окислителя и горючего с электроклапанами, управляемыми электрическими сигналами с поверхности через геофизический кабель, и жестко закрепленный внутри корпуса ракетный двигатель.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система подачи топлива является вытеснительной.

3. Устройство по одному из пп.1 и 2, отличающееся тем, что баки окислителя и горючего заправлены экологически чистым топливом, например метаном и кислородом.

РИСУНКИ

Рисунок 1