Способ и устройство ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах. В скважину на глубину образования отложений погружают нагревательную систему линейного нагревательного элемента в виде колонны труб в скважине или металлического проводника и питающей жилы. Осуществляют нагрев путем пропускания высокочастотного электрического тока через питающую жилу с обеспечением его замыкания в головной части нагревательной системы на линейный нагревательный элемент. Регулируют тепловыделение по глубине образования отложений. Воздействуют на металл линейного нагревательного элемента высокочастотным полем питающей жилы. Частоту электрического тока устанавливают на нижнем пороге из условия, чтобы глубина проникновения высокочастотного поля в металл линейного нагревательного элемента была меньше его толщины. Регулируют тепловыделение таким образом, что обеспечивают преимущественное тепловыделение по длине линейного нагревательного элемента путем уменьшения промежутка между последним и питающей жилой и путем увеличения частоты электрического тока от этого нижнего порога. Замыкание электрического тока в головной части нагревательной системы между нагревательным элементом и питающей жилой обеспечивают через замыкающий элемент, имеющий падающую зависимость сопротивления от роста температуры. Частоту электрического тока устанавливают на нижнем пороге во время погружения нагревательной системы и увеличивают ее после прохождения всей глубины образования отложений и пробок. Замыкание электрического тока в головной части нагревательной системы может быть осуществлено через среду, имеющую свойства слабого электролита, например через скважинную жидкость, а частоту электрического тока увеличивают в области проявления эффекта резкого роста ее проводимости. Устройство содержит нагревательную систему, состоящую из питающей жилы и линейного нагревательного элемента, и замыкатель электрического тока между ними в ее головной части. Питающая жила выполнена из скрученных и изолированных проводников. Линейный нагревательный элемент представляет собой колонну труб в скважине или голый металлический проводник. Сечение проводника выбрано достаточным для удержания веса погружаемой в скважину нагревательной системы. Замыкатель электрического тока в головной части нагревательной системы выполнен в виде обмотки из высокочастотного провода, намотанной на ферритовый сердечник и помещенной внутрь металлической оболочки таким образом, что ферритовый сердечник торцевыми частями замкнут на эту оболочку. Марка феррита сердечника выбрана из условия превышения его температуры потери магнитных свойств над температурой плавления отложений в скважине, но не выше температуры их возгорания или коксования. Замыкатель тока в головной части нагревательной системы может быть выполнен в виде голого электрода, подключенного к питающей жиле и расположенного относительно нагревательного элемента таким образом, что между ними образован канал вдоль оси голого электрода для протока скважинной жидкости. Повышается производительность очистки скважин за счет повышения температуры, удельной теплоотдачи по глубине скважины и надежность нагревательной системы. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для профилактических и ремонтных работ на нефтегазодобывающих скважинах с целью ликвидации и предотвращения образования гидратопарафиновых и асфальтосмолистых отложений и пробок.
Известен способ очистки нефтегазодобывающих скважин от образования пробок и ликвидации их, при котором в скважину опускают геофизический кабель, нагружают его на электродный тепловой прибор и пропускают по нему переменный электрический ток промышленной частоты [Г.А.Павленко. Опыт промышленного использования новых технических средств для ликвидации гидратопарафиновых образований в скважинах. - НТВ "Каротажник". Тверь: ГЕРС. 1998. Вып. 58. С. 88-91].
Устройство для реализации этого способа содержит развязывающий трансформатор, кабель, жилы которого одним концом подключены к трансформатору, а другой, погружной, частью - к электродному тепловому прибору.
Недостатком описанного способа является невозможность подогрева самого кабеля из-за ограничения тока большим сопротивлением теплового прибора и, как следствие, низкая эффективность очистки и повторное образование пробок на уже пройденных тепловым прибором участках скважины, что препятствует дальнейшему продвижению из-за схватывания кабеля.
Мощность самого теплового прибора ограничена по напряжению на нем электрической прочностью электролита, а по току - электролизом и образованием взрывоопасной водород-кислородной смеси и составляет всего 1,5-3 кВт.
Таким образом, этот способ малоэффективен для очистки и неприменим для поддержания теплового режима скважины в целом с целью предотвращения образования пробок.
Известен способ очистки скважин токами высокой частоты с помощью устройства индукционного нагрева в виде цилиндрической катушки (индуктора) [Шилов А.А., Хакимов Т.Г. и др. Тепловое воздействие на призабойную зону пласта с применением высокочастотного нагревателя. - НТВ "Каротажник". Тверь: ГЕРС. 1999. Вып. 64. С. 53-55], которая своим высокочастотным электромагнитным полем наводит греющие вихревые токи.
Здесь также из-за высокого индуктивного сопротивления индуктора по сравнению с сопротивлением кабеля невозможно увеличить удельную мощность в кабеле. При этом мощность индуктора также ограничена допустимой токовой нагрузкой его проводников и не превышает 5 кВт.
Таким образом, данный способ также невозможно использовать для прогрева скважины по всей глубине образования отложений.
Известен способ очистки нефтегазодобывающих скважин с помощью высокочастотного излучения электромагнитной энергии с помощью устройства, представляющего собой вместе с насосно-компрессорной трубой (НКТ) волновод с излучателем на конце [RU, патент №2108446, МПК6 Е 21 В 43/00 от 01.11.95 г.].
В отличие от предыдущего здесь выбран диапазон частот, при котором металл уже не поглощает энергию, а отражает ее, т.е. используется частота на 2-3 порядка выше, чем в индукционном нагреве. Нагрев в этом случае происходит за счет поглощения энергии самим продуктом, находящимся в скважине в зоне излучателя.
Несмотря на эту принципиальную разницу, недостатки этого способа те же, что и в способе и устройстве индукционного нагрева.
Другим недостатком устройства для реализации этого способа является то, что оно использует дорогостоящие ламповые генераторы и точные узлы сопряжения с нагрузкой.
Известен способ поддержания теплового режима скважины, в котором пропускают ток по НКТ и металлу обсадной колонны, для чего на конце НКТ устанавливается короткозамыкатель [RU, патент №2109927, МПК6 Е 21 В 36/04, 43/24 от 08.04.96 г.].
Регулирование мощности осуществляется преобразованием частоты в области низких частот (менее 50 Гц).
Несмотря на свою эффективность, данный способ ограничен по применению, так как требует специально переоборудованных скважин, т.е. таких скважин, в которых выполнена электроизоляция НКТ с помощью изоляционных муфт, распределенных по НКТ с некоторым шагом, и изоляция наземного оборудования, в частности использование насосной штанги из армированного стекловолокна. При этом такая дорогостоящая операция возможна только для скважин, находящихся в ремонте.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, при котором в скважину на глубину образования отложений погружают нагревательную систему из линейного нагревательного элемента и питающей жилы, осуществляют нагрев путем пропускания электрического тока по нагревательному элементу через питающую жилу и регулируют тепловыделение по глубине образования отложений тем, что изменяют электрическую мощность в релейном режиме так, чтобы температура в скважине была в пределах 5-50°С выше температуры плавления парафинов, одновременно контролируют температуру электроизоляции греющих элементов, ограничивая ее температурой расплавления, и изменяют скорость прохождения продукта по скважине для достаточного его нагрева [RU, патент №2166615, МПК6 Е 21 В 37/00, 36/04 от 11.10.99].
Устройство для реализации этого способа в различных вариантах исполнения содержит один или несколько изолированных линейных нагревательных элементов и токопроводящую питающую жилу, а также замыкатель тока между ними, причем нагревательные элементы и токопроводящая жила объединены общей электроизоляцией в одну конструкцию в виде многожильного кабеля.
В одном из вариантов реализации устройства указано, что в качестве линейного нагревателя может быть использована насосно-компрессорная труба (НКТ).
Главным недостатком этого способа и устройства для его реализации является низкая температура и соответственно низкая удельная теплоотдача нагревательного элемента, связанная с ограничением на допустимую температуру его электроизоляции, что снижает производительность очистки и ограничивает их применение (например, только для расплавления парафиновых пробок, но не асфальтосмолистых отложений).
Общим недостатком устройств для реализации способа является низкая надежность из-за возможности пробоя перегретой изоляции внутри кабеля, а также громоздкость конструкции из-за необходимости использования дополнительной грузонесущей жилы для удержания кабеля.
Устройство, в котором указано на использование в качестве нагревательного элемента НКТ, в технически приемлемом виде не реализуемо, т.к. во-первых, требуется, как и в аналоге [RU, патент №2109927, МПК6 Е 21 В 36/04, 43/24 от 08.04.96 г.], полная изоляция НКТ и наземного оборудования, а во-вторых, из-за необходимости выдержать соотношение сопротивлений питающей жилы и НКТ хотя бы 1: 5, соотношение их сечений будет таким, что их совместная конструкция не впишется в габарит скважины.
Задачей изобретения является повышение производительности очистки скважин за счет повышения температуры, удельной теплоотдачи по глубине скважины и надежности нагревательной системы.
Указанная задача решается с помощью того, что в способе, при котором осуществляют нагрев на глубину образования отложений с помощью нагревательной системы, содержащей линейный нагревательный элемент в виде колонны труб в скважине или металлического проводника, погружаемого в скважину, и погружаемую в скважину питающую жилу, по которой пропускают электрический ток с обеспечением его замыкания в головной части нагревательной системы на линейный нагревательный элемент и при этом регулируют тепловыделение, в отличие от прототипа через питающую жилу пропускают электрический ток высокой частоты, воздействуют на металл линейного нагревательного элемента высокочастотным полем питающей жилы, при этом частоту электрического тока устанавливают на нижнем пороге из условия, чтобы глубина проникновения высокочастотного поля в металл линейного нагревательного элемента была меньше его толщины, и регулируют тепловыделение таким образом, что обеспечивают преимущественное тепловыделение по длине линейного нагревательного элемента путем уменьшения промежутка между последним и питающей жилой и путем увеличения частоты электрического тока от этого нижнего порога.
Для возможности погружения нагревательной системы в скважину через "глухой" забитый пробкой участок замыкание электрического тока в головной части нагревательной системы между линейным нагревательным элементом и питающей жилой обеспечивают использованием замыкающего элемента, имеющего падающую зависимость сопротивления от роста температуры, при этом частоту устанавливают на нижнем пороге во время погружения нагревательной системы и увеличивают ее после прохождения всей глубины образования отложений и пробок.
Наиболее эффективно применение способа, при котором замыкание электрического тока в головной части нагревательной системы между линейным нагревательным элементом и питающей жилой обеспечивают через среду, имеющую свойства слабого электролита, например через скважинную жидкость, а частоту высокочастотного электрического тока увеличивают в области проявления эффекта резкого возрастания ее проводимости.
Поставленная выше задача решается также устройством для ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, содержащем нагревательную систему, состоящую из питающей жилы и линейного нагревательного элемента в виде колонны труб в скважине или металлического проводника с сечением, выбранным достаточным для удержания веса погружаемой в скважину нагревательной системы, а также замыкатель электрического тока между ними в головной части нагревательной системы, в котором в отличие от прототипа применен голый металлический проводник, питающая жила выполнена из скрученных и изолированных проводников, а замыкатель электрического тока выполнен либо в виде обмотки из высокочастотного провода, намотанной на ферритовый сердечник и помещенной внутрь металлической оболочки таким образом, что ферритовый сердечник торцевыми частями замкнут на эту оболочку, при этом марка феррита сердечника выбрана из условия превышения его температуры потери магнитных свойств над температурой плавления отложений в скважине, но не выше температуры их возгорания или коксования, либо в виде голого электрода, подключенного к питающей жиле, снабженного охранными изоляционными втулками, установленными с промежутками по длине голого электрода, причем голый электрод расположен с образованием вдоль его оси канала для протока жидкости между ним и нагревательным элементом.
Воздействие на металл нагревательного элемента высокочастотным полем питающей жилы и выбор частоты из условия, чтобы глубина проникновения Δ поля в металл нагревательного элемента была меньше его толщины, приводит к тому, что ток в этом элементе принудительно протекает в пределах глубины влияния этого поля. Новый эффект способа заключается в том, что изменением промежутка между питающей жилой и нагревательным элементом (на стадии подготовительных операций) и изменением частоты можно изменить плотность тока по длине нагревательного элемента, а значит и мощность выделяемого по его длине тепла, не заключая его для этого в изоляцию и не ограничивая размер его поперечного сечения. За счет этого все ограничения по удельной теплоотдаче и допустимой температуре снимаются.
Замыкание тока через среду или замыкающий элемент с падающей зависимостью сопротивления от температуры позволяет на нижнем пороговом уровне сосредоточить тепловыделение в головной части за счет потерь на пути замыкания тока, одновременно разгрузив от перегрева часть нагревательной системы, которая находится в смотанном виде на барабане лебедки, прожечь отверстие в пробке, протолкнуть нагревательную систему, и после прохождения глубины образования отложений путем увеличения температуры за счет увеличения частоты уменьшить тепловыделение в головной части и перейти в режим регулирования тепловыделения по всей длине линейных нагревателей, а значит и по глубине образования отложений в скважине.
Новый эффект перераспределения тепла при этом обусловлен встречной прямо противоположной зависимостью сопротивления от частоты, а значит и мощности тепловыделения в линейном нагревателе и на пути замыкания тока в его головной части. Это объясняется тем, что зависимость сопротивления (на пути замыкания тока) от температуры эквивалентна зависимости от частоты, так как температура связана с мощностью тепловыделения в этой зоне, в свою очередь определяемой прямой зависимостью от частоты.
Сверхэффект способа, при котором обеспечивают замыкание тока в головной части через среду, имеющую свойства слабого электролита, заключен в практическом совпадении частоты, при которой начинается проявляться поверхностный эффект в проводнике нагревательного элемента, с частотой проявления эффекта увеличения проводимости в электролитах (эффекта Дебая—Фалькенгагена), что позволяет перераспределять мощность между замыкателем тока и линейным нагревательным элементом в узком частотном диапазоне.
При этом вследствие того же эффекта Дебая—Фалькенгагена слабо проводящая на низкой частоте среда становится на высокой частоте хорошо проводящей, что позволяет использовать для замыкания тока содержимое скважины и за счет этого резко улучшить теплообмен внутри нее.
Сверхэффект устройства для реализации способа заключается в следующем. Выполнение питающей жилы в виде скрученных изолированных проводников обеспечивает независимость ее сопротивления от высокой частоты вследствие эффекта равномерного распределения тока по проводникам жилы (эффект литцендрата), в то же время сопротивление нагревательного элемента, начиная с некоторого порогового уровня, вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости увеличивается с ростом частоты. Это приводит к тому, что при последовательном соединении питающей жилы и нагревательного элемента соотношение мощностей тепловыделения в них перераспределяется в пользу нагревательного элемента, причем это соотношение можно обеспечить увеличением частоты независимо от размеров поперечного сечения и материала проводника нагревательного элемента.
Взаимодействие этих эффектов с эффектом увеличения удельного теплосъема с нагревательного элемента, имеющего прямой контакт с нагреваемой средой и большую допускаемую температуру, усиленный увеличенным по сравнению с прототипом размером его поперечного сечения, задаваемого путем определения его минимального значения из условия обеспечения грузоподъемности погружаемой в скважину части, позволяет повысить удельную теплоотдачу и надежность всего устройства.
Замыкатель тока в устройстве, выполненный в виде обмотки из высокочастотного провода на ферритовом сердечнике, которая при размещении ее внутри стальной оболочки при замыкании торцов сердечника на эту стальную оболочку образует высокочастотный трансформатор, в котором последняя является короткозамкнутым витком. При увеличении частоты растет мощность тепловыделения в стальной оболочке и значит температура внутри нее. При достижении температуры точки Кюри сердечник теряет магнитные свойства, трансформация мощности в стальную оболочку прекращается, и сопротивление замыкателя резко уменьшается. Новый эффект устройства заключается в возможности управления частотой сопротивления и соответственно мощности замыкателя тока в головной части нагревательной системы.
Выполнение замыкателя тока в виде голого электрода, электрически связанного с питающей жилой и расположенного относительно нагревательного элемента с образованием осевого канала для протока скважинной жидкости, позволяет использовать свойство последней на высокой частоте резко уменьшать свое сопротивление аналогично предыдущему выполнению замыкателя. Новым эффектом является улучшенный теплообмен в скважине. Использование в качестве замыкателя тока скважинной жидкости или вязких отложений при этом позволяет легко реализовать устройство, в котором в качестве нагревательного элемента используется металл скважины, например, НКТ без применения каких-либо контактных приспособлений.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена установка для обработки скважины, содержащая устройство для реализации способа ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах.
На фиг.1а изображена схема использования установки, на фиг.1б - увеличенное продольное сечение нагревательной системы в головной части.
На фиг.2, 3 и 4 изображены частные случаи выполнения замыкателей токов в устройстве.
Установка (фиг.1) содержит полупроводниковый преобразователь высокой частоты 1, нагревательную систему из питающей жилы 2 и линейного нагревательного элемента 3 в виде брони из повива стальной проволоки. Кроме того, установка содержит каротажную лебедку с барабаном 4, на которой в исходном состоянии намотана нагревательная система, коллектор 5 со скользящими контактами, через которые наружные концы питающей жилы 2 и нагревательного элемента 3 подключены к выходу преобразователя частоты 1. В головной части нагревательной системы (фиг.1б) питающая жила 2 и нагревательный элемент 3 замкнуты либо накоротко, как показано на фиг.1б, либо через один из замыкателей тока, которые изображены на фиг.2, 3 и 4.
На фиг.1б показано распределение тока в питающей жиле и короткозамыкающей вставке (тонкой стрелкой) и распределение тока в нагревательном элементе (жирной стрелкой) в пределах глубины проникновения тока Δ.
Замыкатель тока с падающей зависимостью сопротивления от температуры изображен на фиг.2. При этом на фиг.2а изображена его конструкция, а на фиг.2б - электрическая его схема замещения.
Замыкатель тока (фиг.2) между питающей жилой 2 и нагревательным элементом 3 (фиг.2а) содержит обмотку 6 из высокочастотного провода, намотанную на ферритовый сердечник 7 и вместе с ним помещенную внутрь стальной оболочки 8. Сердечник 7 торцевыми частями Т-образной формы замкнут на стальную оболочку 8. Обмотка 6 одним концом подключена к питающей жиле 2, другим — к стальной оболочке 8, имеющей электрический контакт с нагревательным элементом 3.
На фиг.2б изображена схема замещения этого устройства согласно источнику [Слухоцкий А.Е. и Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. Л.: Энергия, 1974], на которой показано: x1, r1 — параметры первичной цепи; x2, r2 — приведенные параметры вторичной цепи (оболочки); xs — реактивное сопротивление воздушного зазора между катушкой и оболочкой; I0 и xс — ток намагничивания и реактивное сопротивление ферритового магнитопровода. Стрелками показано распределение магнитного потока, а черными точками -распределение вихревых (наведенных) токов.
Замыкатель тока, имеющий растущую зависимость проводимости от частоты (фиг.3), содержит электрод 9, подключенный к питающей жиле 2 и размещенный внутри стального цилиндра 10, являющегося продолжением нагревательного элемента 3. Цилиндр 10 содержит входное и выходное отверстия, которые вместе с зазором между питающей жилой 2 и цилиндром 10 образуют канал для протока скважинной жидкости 11.
В случае использования в качестве линейного нагревательного элемента металла скважины, например НКТ (фиг.4), этот замыкатель представляет собой электрод 9, снабженный охранными изоляционными втулками 12, установленными с промежутком по длине электрода. Канал 11 для протока скважинной жидкости образован за счет разности внутреннего диаметра НКТ и наружного габаритного диаметра электрода 9.
Стрелками показано распределение тока по питающей жиле, замыкающей среде и замыкатель.
Работа линейной нагревательной системы заключается в следующем.
При пропускании тока (фиг.1) по центральной жиле 2 и внешней стальной оболочке 3 сопротивление питающей жилы практически не зависит от частоты, так как магнитное поле одинаково влияет на каждый изолированный проводник жилы из-за скрутки проводников. Поэтому ток по жиле распределяется равномерно, в то время как на внешней стальной броне распределение тока зависит от параметра Δ, определяющего глубину проникновения, которая связана с частотой f известным соотношением
где ρ — удельное электросопротивление, μ — магнитная проницаемость материала проводника [Слухоцкий А.Е. и Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. Л.: Энергия, 1974].
При Δ>s, где s - толщина проводника (в данном случае брони), сопротивление проводника практически не меняется от частоты; как только частота увеличивается до значений Δ<s, то сопротивление проводника с ростом частоты увеличивается из-за уменьшения эффективного сечения (по глубине Δ) протекания тока. Для толщины стальной оболочки 1 мм пороговая частота, когда Δ<s, приблизительно равна 1 кГц.
С увеличением частоты от порогового значения 1 кГц ток в проводнике сосредотачивается на его внутренней поверхности все в более узком слое толщиной Δ, при этом плотность тока в пределах этой толщины Δ неравномерна, а повышается при приближении к питающей жиле. При этом, чем ближе к проводнику находится питающая жила, тем больше неравномерность плотности тока, т.е. ток "стягивается" в зону влияния поля питающей жилы. Уменьшение эффективного сечения тока приводит к повышению сопротивления нагревательного элемента и тем самым мощности тепловыделения.
Работа замыкателя тока (фиг.2) заключается в следующем. При подаче питания металлическая оболочка 8 является короткозамкнутой вторичной обмоткой образованного трансформатора, содержащего кроме того сердечник 7 с обмоткой 6. В оболочке протекает греющий вторичный высокочастотный ток Iн, наведенный магнитным потоком Ф0. Мощность тепловыделения в металлической оболочке зависит от числа витков обмотки, геометрических размеров и материала оболочки и может быть определена по схеме замещения (фиг.2б). В нормальном состоянии, поскольку магнитная проницаемость сердечника велика μ~103-104, сопротивление хс на 1-2 порядка больше остальных параметров схемы и не влияет на мощность тепловыделений. При потере магнитных свойств во время нагрева до точки Кюри (точки потери магнитных свойств, когда магнитная проницаемость μ=1) это сопротивление становится на порядок меньше остальных параметров, что эквивалентно замыканию вторичной цепи согласно схеме замещения практически накоротко, поэтому тепловыделение в оболочке полностью прекращается.
Практически этот процесс до самой точки Кюри не доходит, а стабилизируется вблизи этой точки, когда полное сопротивление падает не до нуля, а до какого-то минимального значения, определяемого условиями теплоотдачи, и нагреватель работает в режиме стабилизации температуры, при этом потребляет некоторую мощность для компенсации потерь тепла.
В конкретных реализациях этого замыкателя марки ферритов были выбраны: для очистки от парафинов в температурном диапазоне 110-200°С, а для очистки от асфальтосмолистых отложений в диапазоне 200-280°С (было использовано то, что точка Кюри для ферритов образует ряд от 70 до 480°С с шагом 10-50°С).
Принцип действия электродных замыкателей тока (фиг.2, фиг.3) использует эффект резкого (экспоненциального) уменьшения сопротивления в электролитах, начиная с некоторого порогового значения частоты (эффект Дебая—Фалькенгагена), что объясняется преобладанием на этой частоте проводимости от изменения ориентации диполей жидкости над ионной проводимостью.
Новым эффектом является совпадение этой пороговой частоты с пороговой частотой возрастания сопротивления греющих элементов кабеля (~1 кГц). По кривой зависимости проводимости жидкости от длительности импульсов (величины, обратной частоте), приведенной в книге [Техника высоких напряжений, теоретические и практические основы применения (пер. с немецкого). Энергоиздат, 1989.- С.227, рис. 8.5] видно, что резкое возрастание проводимости происходит, начиная с длительности импульсов 10-3 сек (что как раз соответствует частоте 103 Гц).
Другой особенностью является то, что эта зависимость соблюдается и для слабых электролитов, в качестве которых могут быть водонефтяные эмульсии и смеси скважины, т.е. слабопроводящая водонефтяная эмульсия при повышении частоты с порогового уровня 1 кГц становится высокопроводящей.
Способ осуществляли следующим образом.
Пример 1. Подвергалась очистке скважина со штанговым насосом (ШГН), в которой глубина образовавшихся отложений составила 500 м, нагрузка на штангу насоса превысила предельно допустимую, и насос был остановлен.
На глубину образовавшихся отложений (500 м) через межтрубное пространство (между НКТ и обсадной колонной) погружали нагревательную систему на базе геофизического кабеля КГ-7×0,75-75-180, в которой в качестве нагревательного элемента использовали голую стальную броню кабеля толщиной не менее 1,5 мм, а в качестве питающей жилы - центральную жилу кабеля (ЦЖК) из 7 скрученных и изолированных проводов.
Предварительно было установлено, что ЦЖК на высокой частоте (ВЧ) имела свойства литцендрата, чему способствовало также то, что каждый медный провод ЦЖК был многопроволочным, и из-за наличия окисной плохопроводящей пленки на меди каждой проволоки происходило выравнивание ВЧ-тока не только между проводами, но и внутри каждого провода.
Нагрев скважины на глубину образования отложений осуществляли с помощью полупроводникового преобразователя высокой частоты резонансного типа, имеющего нагрузочные характеристики источника тока, путем пропускания по питающей жиле тока высокой частоты. При этом устанавливали нижний порог частоты 1 кГц, при котором глубина проникновения поля была 1 мм, т.е. меньше толщины брони, и регулировали тепловыделение тем, что увеличивали частоту тока с порогового уровня 1 кГц до 10 кГц.
За счет воздействия поля ЦЖК обратный ток замыкался по внутренней поверхности стальной брони в пределах глубины влияния поля, которая менялась от 1 мм (1 кГц) до 0,3 мм (10 кГц). За счет роста сопротивления брони при увеличении частоты мощность тепловыделения в броне кабеля повышалась до 50 кВт.
При такой мощности вели обработку скважины 16 часов, после чего включали насос, мощность в броне путем уменьшения частоты уменьшали до 30 кВт и вели в течение 3 часов обработку с работающим насосом. В течение этого промежутка контролировали температуру выходящего из скважины продукта, которая составила 70-80°С, что превышало температуру плавления отложений.
После обработки снимали динамограмму работы штанги насоса, которая показала высокую степень очистки скважины.
Пример 2. Подвергалась очистке скважина с погружным центробежным электронасосом, в которой глубина образовавшихся отложений составила 500 м.
На глубину этих отложений (500 м) погружали через насосно-компрессорную трубу нагревательную систему на базе геофизического кабеля КГ-7×0,75-75-200, в которой в качестве линейного нагревательного элемента использовали голую броню кабеля из двойного повива стальной проволоки, по которому через центральную жилу кабеля из 7 скрученных проводов пропускали ток высокой частоты с помощью полупроводникового преобразователя резонансного типа с нагрузочной характеристикой источника тока. При этом в головной части кабеля обеспечивали замыкание тока через элемент с падающей зависимостью сопротивления от температуры, конструкция которого показана на фиг.2.
Марка ферритового сердечника замыкателя тока была выбрана из условия потери магнитных свойств при температуре 200°С (1500 нм).
Включали нагревательную систему (кабель) на нагрев на нижней пороговой частоте 1 кГц и погружали ее в НКТ. Тепловая мощность системы составляла на этой частоте около 7 кВт, и теплота выделялась преимущественно в головной части (~ 70% всей мощности), что было достаточно для проплавления проходного отверстия в пробках скважины. Одновременно контролировали температуру кабеля на барабане лебедки, предохраняя его от перегрева.
После погружения кабеля на глубину 500 м частоту увеличивали до 10 кГц, а мощность нагрева - до 50 кВт, и в этом режиме вели обработку скважины 20 часов. После обработки включали насос и контролировали температуру нефтепродукта из скважины, которая составляла 70-80°С, что было достаточным для расплавления отложений.
Пример 3. Подвергалась очистке скважина с погружным центробежным электронасосом, в которой глубина образовавшихся отложений составляла 700 м.
На эту глубину образования отложений погружали нагревательную систему, в которой в качестве линейного нагревательного элемента использовали металл скважины в виде насосно-компрессорной трубы, а в качестве питающей погружаемой жилы использовали изолированный кабель в виде стальной грузонесущей основы, поверх которой была намотана токопроводящая медная оплетка.
С помощью преобразователя высокой частоты резонансного типа с нагрузочной характеристикой источника тока через питающую жилу и НКТ пропускали ток высокой частоты, при этом во время погружения устанавливали ее на нижнем пороговом уровне 1 кГц.
Для обеспечения замыкания тока на насосно-компрессорную трубу через скважинную жидкость в головной части питающей жилы подключали электрод, снабженный охранными изоляционными втулками (фиг.4).
Во время погружения поддерживали частоту 1 кГц, и при этом в головной части выделялась мощность около 7 кВт, что было достаточно для проплавления отверстия в пробках и отложениях в скважине и соответственно прохождения кабеля, температура кабеля на барабане лебедки не превышала 60°С. После погружения кабеля на глубину 700 м повышали частоту до 10 кГц, и мощность нагрева по глубине отложений в скважине - до 40 кВт (мощность в головной части оставалась неизменной и приблизительно равной 5-7 кВт). После обработки при такой мощности в течение ~ 30 часов включали насос и убеждались, что температура нагрева продукта в скважине превысила температуру плавления отложений.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет добиться высокой производительности и качества очистки скважин, а также обеспечить надежную работу устройства.
1. Способ ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, при котором осуществляют нагрев на глубину образования отложений с помощью нагревательной системы, содержащей линейный нагревательный элемент в виде колонны труб в скважине или металлического проводника, погружаемого в скважину, и погружаемую в скважину питающую жилу, по которой пропускают электрический ток с обеспечением его замыкания в головной части нагревательной системы на линейный нагревательный элемент, при этом регулируют тепловыделение, отличающийся тем, что через питающую жилу пропускают электрический ток высокой частоты и воздействуют на металл линейного нагревательного элемента высокочастотным полем питающей жилы, при этом частоту электрического тока устанавливают на нижнем пороге из условия, чтобы глубина проникновения высокочастотного поля в металл линейного нагревательного элемента была меньше его толщины, и регулируют тепловыделение таким образом, что обеспечивают преимущественное тепловыделение по длине линейного нагревательного элемента путем уменьшения промежутка между последним и питающей жилой и путем увеличения частоты электрического тока от этого нижнего порога.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что замыкание электрического тока в головной части нагревательной системы между линейным нагревательным элементом и питающей жилой обеспечивают использованием замыкающего элемента, имеющего падающую зависимость сопротивления от роста температуры, при этом частоту электрического тока устанавливают на нижнем пороге во время погружения нагревательной системы и увеличивают ее после прохождения всей глубины образования отложений и пробок.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что замыкание электрического тока в головной части нагревательной системы между линейным нагревательным элементом и питающей жилой обеспечивают через среду, имеющую свойства слабого электролита, например, через скважинную жидкость, а частоту высокочастотного электрического тока увеличивают в области проявления эффекта резкого возрастания ее проводимости.
4. Устройство для ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, содержащее нагревательную систему, состоящую из питающей жилы и линейного нагревательного элемента в виде колонны труб в скважине или металлического проводника с сечением, выбранным достаточным для удержания веса погружаемой в скважину нагревательной системы, а также замыкатель электрического тока между ними в головной части нагревательной системы, отличающееся тем, что применен голый металлический проводник, питающая жила выполнена из скрученных и изолированных проводников, а замыкатель электрического тока выполнен либо в виде обмотки из высокочастотного провода, намотанной на ферритовый сердечник и помещенной внутрь металлической оболочки таким образом, что ферритовый сердечник торцевыми частями замкнут на эту оболочку, при этом марка феррита сердечника выбрана из условия превышения его температуры потери магнитных свойств над температурой плавления отложений в скважине, но не выше температуры их возгорания или коксования, либо в виде голого электрода, подключенного к питающей жиле, снабженного охранными изоляционными втулками, установленными с промежутками по длине голого электрода, причем голый электрод расположен с образованием вдоль его оси канала для протока жидкости между ним и нагревательным элементом.
