Устройство для очистки колонны труб и скважинных фильтров от асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений

Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности и может быть использовано на нефтяных и газовых скважинах. Устройство включает нагреватель, установленный в корпусе, средства доставки нагревателя на забой скважины и подвода электроэнергии. В качестве средства подвода электроэнергии используется геофизический кабель. Средство доставки нагревателя содержит электродвигатель с гидравлическим движителем. Электродвигатель и нагреватель установлены в герметичном корпусе, к которому подсоединен геофизический кабель. Обеспечивается доставка нагревателя в горизонтальный участок скважины. 17 з.п. ф-лы, 16 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано для очистки колонны труб и скважинных фильтров от асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений. Целесобразно применение изобретения для горизонтальных скважин.

При эксплуатации в скважинном фильтре возможно отложение асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений. Парафин - полупросвечивающаяся плотная масса белого цвета без запаха и вкуса, кристаллической структуры, слегка жирная на ощупь. Парафин нерастворим в воде и спирте. В расплавленном состоянии смешивается с воском, жирами. Не омыляется едкими щелочами. Теплота плавления парафина 50…57°С.

Известен скважинный фильтр и система его очистки от отложений по патенту РФ №2148152. Очистка фильтра выполняется прокачкой раствора кислоты через фильтрующие элементы, это приводит к коррозии труб, фильтрующих сеток и защитного кожуха фильтра, а асфальтосмолистые и парафиногидратные отложения в кислотах не растворяются.

Известно устройство для очистки скважинного фильтра по патенту РФ №2112867.

Устройство для очистки скважинного фильтра по патенту РФ №2112867 включает корпус, на поверхности которого размещены эластичные элементы, в отличие от прототипа устройство снабжено цилиндрической резьбовой втулкой и ступенчатой втулкой, на цилиндрической поверхности меньшего диаметра которой выполнена резьба, корпус со стороны верхнего торца снабжен резьбовым хвостовиком, взаимодействующим с цилиндрической резьбовой втулкой, и со стороны нижнего торца в корпусе выполнено по оси резьбовое отверстие, взаимодействующее с цилиндрической резьбовой поверхностью ступенчатой втулки, эластичные элементы размещены между цилиндрической резьбовой втулкой и корпусом сверху и между корпусом и ступенчатой втулкой снизу, на боковой поверхности корпуса между эластичными элементами выполнены промывочные отверстия, а на нижнем торце ступенчатой втулки расположен узел расфиксации, выполненный с возможностью взаимодействия со стопорным пазом, выполненным в фильтре.

Недостатки способа и устройства: большие экономические затраты на проведение очистки, связанные с необходимостью установить сложное, дорогостоящее приспособление для очистки на большой глубине.

Известно устройство для очистки колонны труб и скважинного фильтра по патенту РФ на полезную модель №65958, прототип.

Недостаток: невозможность доставки нагревателя в горизонтальный участок скважины или участок, имеющий небольшой наклон к горизонту.

Задача создания изобретения - обеспечение доставки нагревателя в горизонтальный участок скважины.

Решение указанных задач достигнуто в устройстве для очистки колонны труб и скважинного фильтра от асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений, включающем нагреватель, установленный в корпусе, и средства доставки нагревателя на забой скважины и подвода электроэнергии, отличающемся тем, что в качестве средства подвода электроэнергии используется геофизический кабель, а средство доставки нагревателя содержит электродвигатель с гидравлическим движителем, при этом электродвигатель и нагреватель установлены в герметичном корпусе, к которому подсоединен геофизический кабель. Между нагревателем и электродвигателем установлена теплоизоляционная перегородка. На герметичном корпусе выполнены ребра, выполняющие функцию центратора. Геофизический кабель подключен через кабельный наконечник к электродвигателю и нагревателю. Снаружи ребра закрыты оболочкой в виде трубы. На поверхности электронагревателя установлены теплоотводящие ребра, одновременно выполняющие функцию механической очистки. Теплоотводящие ребра выполнены прямоугольной или трапециевидной или треугольной формы. Теплоотводящие ребра установлены продольными рядами. Теплоотводящие ребра могут быть установлены под углом к продольной оси нагревателя. Теплоотводящие ребра в соседних рядах имеют противоположные углы наклона к продольной оси нагревателя и установлены в шахматном порядке. Теплоотводящие ребра могут быть сформированы из отрезков металлической проволоки, образующих «щетки». Гидравлический движитель содержит, по меньшей мере, один гребной винт. Гидравлический движитель может быть выполнен с двумя гребными винтами, соединенными с электродвигателем через механизм передачи. Гребные винты имеют возможность вращения в противоположные стороны. Механизм передачи выполнен с одним ведущим и двумя ведомыми валами. Гребные винты могут быть установлены на ведомых валах, выполненных параллельно. Гребные винты могут быть установлены на соосных ведомых валах, а механизм передачи выполнен в виде планетарной дифференциальной передачи. Герметичный корпус должен быть выполнен с компенсатором давления и температурного расширения.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-16, где:

на фиг.1 приведена схема доставки нагревателя в скважину,

на фиг.2 приведены нагреватель с толкающим средством доставки,

на фиг.3-10 приведены варианты нагревателя с ребрами,

на фиг.11 приведен второй вариант исполнения устройства без оболочки,

на фиг.12 приведен второй вариант исполнения устройства с оболочкой,

на фиг.13 приведен один из вариантов средства доставки с двумя винтами,

на фиг.14 приведен вид Д,

на фиг.15 приведена конструкция передаточного механизма в виде планетарной дифференциальной передачи,

на фиг.16 приведен вид Е.

Устройство (фиг.1) предназначено для очистки колонны труб и скважинных фильтров от асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений и содержит наземное и скважинное оборудование. Устройство предназначено для спуска в обсадную колонну 1 и внутрь скважинного фильтра 2, установленного в продуктивный пласт 3 для очистки скважинного фильтра и колонны труб 1 от асфальтосмолистых и парафоногидратных отложений.

Скважинный фильтр 2, как правило, выполнен в виде перфорированной трубы 4 с отверстиями «Ж» и фильтрующим элементом 5. Фильтрующий элемент 5 может быть сетчатым, щелевым или из пористого материала. При эксплуатации фильтрующий элемент 5 забивается асфальтосмолистыми и парафиногидратными отложениями, которые не очищаются применением ультразвуковых генераторов или промывочных растворов, содержащих кислоту. В результате дебит нефти резко уменьшается.

Устройство содержит установленные в герметичном корпусе 6 нагреватель 7 и средство доставки 8. Устройство имеет на одном из торцов кабельный наконечник 9, к которому подключен геофизический кабель 10.

Геофизический кабель 10 намотан на катушку 11 и подключен к пульту управления 12, например к персональному компьютеру, к которому, в свою очередь, подключен источник питания электроэнергией 13 - аккумулятор или электрическая сеть. На кабеле 10 установлен датчик измерения длины кабеля 14.

Для доставки нагревателя 7 в горизонтальную скважину использован гидравлический движитель 15 с электродвигателем 16 (фиг.1). Возможны несколько вариантов гидравлического движителя 15, например, с одним или двумя гребными винтами.

Для предотвращения скручивания кабеля 10 можно использовать движитель 15 (фиг.2) с двумя гребными винтами 17 и 18, установленными на ведомых валах 19 и 20 и имеющих возможность вращения в противоположные стороны. Герметичный корпус 6 установлен на ребрах 21, выполняющих роль центраторов. Между электродвигателем 16 и гребными винтами 17 и 18 должен быть установлен механизм передачи 22 (редуктор или мультипликатор) для согласования частот вращения ротора электродвигателя 16 и гребных винтов 17 и 18. Внутренняя полость герметичного корпуса 6 и механизма передачи 22 заполнена смазывающей жидкостью и уплотнена по ведомым валам 19 и 20. Внутри герметичного корпуса 6 выполнен компенсатор давления и температурного расширения 23 (фиг.2). Компенсатор давления и температурного расширения 23 предназначен для компенсации разных коэффициентов температурного расширения металла, из которого выполнены корпуса, и смазывающей жидкости, а также предотвращения смятия герметичного корпуса высоким давлением, действующим в скважине. В зависимости от глубины давление в скважине может достигать 60-80 МПа. Кроме того, компенсатор давления и температурного расширения 23 компенсирует расход смазывающей жидкости и предотвращает попадание компонентов окружающей среды в смазывающую жидкость.

На торце герметичного корпуса 6, противоположном торцу, на котором установлены гребные винты 17 и 18, закреплен выходной обтекатель 24 со стабилизаторами 25.

В устройстве может быть применена оболочка 26, выполненная цилиндрической, в виде трубы и закрепленная на ребрах 21 (фиг.2). Внутри оболочки 26 образован кольцевой зазор «И». Оболочки 26 может не быть, или она может закрывать устройство частично, например только гребные винты 17 и 18 (фиг.11 и 12).

Основной вариант исполнения средства доставки 8 с толкающими гидравлическими винтами 17 и 18 (фиг.2). Провода 27 проложены в пазу 28, а геофизический кабель 10 подсоединен к кабельному наконечнику 9, установленному на торце выходного обтекателя 24.

Нагреватель 7 может быть выполнен любой конструкции, например в виде тэна 29, размещенного в корпусе. Нагреватель 7 должен быть отделен от электродвигателя 16 теплоизоляционной перегородкой 30.

На внешней поверхности нагревателя 7 могут быть установлены теплоотводящие ребра 31 (фиг.3-10). Теплоотводящие ребра 31 могут быть выполнены в форме пластин и иметь прямоугольную, трапециевидную или треугольную формы (фиг.3 и 4). Теплоотводящие ребра могут быть выполнены из отрезков стальной проволоки в виде «щеток» (фиг.5 и 6). Теплоотводящие ребра 31 могут быть установлены параллельными рядами (фиг.7 и 8) или в шахматном порядке и отогнуты в противоположные стороны в соседних рядах для компенсации вращающего момента (фиг.9 и 10).

Возможны два варианта исполнения гидравлического движителя.

Первый вариант гидравлического движителя приведен на фиг.13 и 14. Гребные винты 17 и 18 установлены в одной плоскости, а ведомые валы 19 и 20 параллельны. Механизм передачи 22 содержит ведущий вал 32, ведущую шестерню 33, установленную на нем. В зацеплении с ведущей шестерней 33 механизма передачи 22 находится промежуточная шестерня 34, установленная на одном из ведомых валов 19, вторая промежуточная шестерня 35 установлена на этом же валу и входит в зацепление с ведомой шестерней 36, установленной на ведомом валу 20. Это обеспечивает противоположное вращение гидравлических винтов 17 и 18 и предотвращает вращение герметичного корпуса 6 и закручивание геофизического кабеля 10.

Второй варианты гидравлического движителя приведен на фиг.15 и 16.

Гребные винты 17 и 18 установлены соосно (фиг.15) на ведомых валах 19 и 20, выполненных концентрично, при этом ведомый вал 19 проходит внутри ведомого вала 20. Наиболее предпочтительное исполнение передачи в противоположное вращение двух соосных ведомых валов 19 и 20 - это применение редуктора или мультипликатора в виде эпициклического зубчатого механизма, например дифференциального планетарного редуктора. Механизм передачи 22 содержит (фиг.15) установленное на ведущем валу 32 центральное колесо 37, солнечное колесо 38, сателлиты 39, установленные на водиле 40.

Назначение устройства - очистка отложений 41.

Работа устройства (фиг.1-16).

После длительной эксплуатации скважины в результате кольматации скважинного фильтра 2 асфальтосмолитыми и парафиногидратными отложениями резко уменьшается дебит добываемого продукта. Скважину отключают на устье, заполняют промывочной жидкостью и спускают устройство на геофизическом кабеле 10 в обсадную колонну 1. Вертикальный участок скважины устройство проходит под действием силы тяжести, при этом геофизический кабель 10 разматывается с катушки 11 и датчик длины кабеля 14 определяет глубину, на которую спущено устройство. По горизонтальному участку скважины или по участку, имеющему уклон меньше чем 5…7 градусов, перемещение устройства без посторонних сил невозможно. Поэтому с пульта управления 12 включают подачу электроэнергии на электродвигатель 16, который вращает, например, гребные винты 17 и 18 гидравлического движителя 15. За счет противоположного вращения гребных винтов 17 и 18 на герметичный корпус 6 не действует вращающий момент и он не вращается, и геофизический кабель 10 не закручивается.

Промывочная жидкость гребными винтами 17 и 18 отбрасывается через кольцевой зазор «И». При этом создается реактивная сила, перемещающая устройство вперед. При прохождении устройства внутри скважинного фильтра 2 (скважинных фильтров, если их установлено несколько) с пульта управления 12 включается нагреватель 7, в котором посредством тэнов 29, установленных в полости «И», нагреватель 7 нагревается, подогревая промывочную жидкость в полости «И» и фильтрующий элемент 5. Тепло воздействует на асфальтосмолистые и парафиногидратные отложения 41 в колонне обсадных труб 1 на фильтрующем элементе 5, вызывая их плавление. Наличие теплоотводящих ребер 31 повышает эффективность теплопередачи в несколько раз. Кроме того, теплоотводящие ребра 31 производят механическую очистку от отложений колонны труб 1 или скважинного фильтра 2. Шахматное расположение теплоотводящих ребер 31 треугольной формы способствует улучшению механической очистки без значительного загромождения гидравлического сечения между устройством и колонной обсадных труб 1. Колонна обсадных труб 1 и скважинный фильтр 2 в результате этой операции очищаются, а отложения 41 снова переходят в твердую фазу в виде мелких твердых частиц и выводятся на поверхность промывкой скважины.

Положение устройства в скважине и привязку к интервалу установки скважинных фильтров 2 определяют при помощи датчика измерения длины кабеля 14.

После проведения очистки с пульта управления 12 отключают электродвигатель 16 и тен 29. Наматывая геофизический кабель 10 на катушку 11, извлекают устройство из скважины. Скважину вновь вводят в эксплуатацию.

Применение предложенного технического решения позволило:

1) обеспечить доставку нагревателя в горизонтальный участок скважины, к скважинным фильтрам для подогрева асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений выше температуры их плавления;

2) обеспечить очистку колонны труб и фильтров от отложений методами плавления и механического удаления;

3) предотвратить скручивание геофизического кабеля из-за вращения нагревателя и средства доставки, возникающего, как реактивный момент при вращении гребных винтов гидравлического движителя;

4) увеличить дебит добываемого продукта (нефти или газа) после проведения операции очистки в несколько раз.

1. Устройство для очистки колонны труб и скважинных фильтров от асфальтосмолистых и парафиногидратных отложений, включающее нагреватель, установленный в корпусе, и средства доставки нагревателя на забой скважины и подвода электроэнергии, отличающееся тем, что в качестве средства подвода электроэнергии используется геофизический кабель, а средство доставки нагревателя содержит электродвигатель с гидравлическим движителем, при этом электродвигатель и нагреватель установлены в герметичном корпусе, к которому подсоединен геофизический кабель.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между нагревателем и электродвигателем установлена теплоизоляционная перегородка.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на герметичном корпусе выполнены ребра, выполняющие функцию центратора.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что геофизический кабель подключен через кабельный наконечник к электродвигателю и нагревателю.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что снаружи ребра закрыты оболочкой в виде трубы.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на поверхности электронагревателя установлены теплоотводящие ребра, одновременно выполняющие функцию механической очистки.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что теплоотводящие ребра выполнены прямоугольной, или трапециевидной, или треугольной формы.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что теплоотводящие ребра установлены продольными рядами.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что теплоотводящие ребра установлены под углом к продольной оси нагревателя.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что теплоотводящие ребра в соседних рядах имеют противоположные углы наклона к продольной оси нагревателя и установлены в шахматном порядке.

11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что теплоотводящие ребра сформированы из отрезков металлической проволоки, образующих «щетки».

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлический движитель содержит, по меньшей мере, один гребной винт.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлический движитель выполнен с двумя гребными винтами, соединенными с электродвигателем через механизм передачи.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что гребные винты имеют возможность вращения в противоположные стороны.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что механизм передачи выполнен с одним ведущим и двумя ведомыми валами.

16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что гребные винты установлены на ведомых валах, выполненных параллельно.

17. Устройство по п.14, отличающееся тем, что гребные винты установлены на соосных ведомых валах, а механизм передачи выполнен в виде планетарной дифференциальной передачи.

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметичный корпус выполнен с компенсатором давления и температурного расширения.