Способ подачи ингибитора в термопластичной матрице и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к нефтяной промышленности, в частности может быть использована для подачи ингибитора солеотложений на поверхность погружных электродвигателей и вход электроцентробежных насосов. Способ включает размещение ингибитора в цилиндрическом корпусе с каналами в верхней части корпуса, спуск корпуса в скважину, растворение ингибитора, его выведение из корпуса. Ингибитор смешивают с вязким матричным веществом с образованием гидрофобной термопластичной смеси, плотность которой превышает плотность пластовой жидкости. После спуска корпуса в скважину нагревают смесь до температуры окружающей среды. После нагрева смесь выводят из корпуса через дозировочное отверстие под воздействием гравитационного поля Земли. Растворение смеси осуществляют в рабочей камере диффузионным путем с последующим переносом растворенного ингибитора в пластовую жидкость. Рабочую камеру устанавливают ниже цилиндрического корпуса и создают внутри нее вихревое движение пластовой жидкости. Повышается эффективность процесса подачи ингибитора. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к погружным устройствам для подачи ингибитора солеотложений на поверхность погружных электродвигателей и вход электроцентробежных насосов, и может быть использовано для повышения надежности работы УЭЦН.

Известен способ подачи ингибитора солеотложений на вход погружной установки для добычи пластовой жидкости, включающий изготовление ингибитора в виде гранул, размещение ингибитора внутри контейнера, создание принудительной циркуляции через контейнер части пластовой жидкости за счет скоростного напора, смешивание пропущенной через контейнер части жидкости с основным потоком (авт. св. СССР №1167307, Е21В 43/00, 1983).

Недостатком такого способа является малое время работы, поскольку большинство ингибиторов быстро растворяются в потоке пластовой жидкости при омывании.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ подачи водорастворимого ингибитора, заключенного в термопластичную матрицу, растворимую только в углеводородах, на вход погружной установки для добычи пластовой жидкости, состоящий из приготовления термопластичной смеси, содержащей ингибитор, формирование из смеси цилиндрических блоков, размещение их с образованием зазора внутри цилиндрического корпуса, имеющего радиальные отверстия на боковых стенках, спуск корпуса в скважину, растворение смеси с ингибитором потоком пластовой жидкости, проходящим между блоками и корпусом (патент РФ №2227206, Е21В 37/06, 2004).

Недостатком этого способа является невозможность его использования в скважинах с повышенной температурой в течение продолжительного времени из-за интенсивного растворения смеси, т.к. скорость растворения пропорциональна коэффициенту диффузии и градиенту концентрации на поверхности растворяемого вещества. Коэффициент диффузии экспоненциально возрастает при увеличении температуры жидкости, а градиент концентрации на поверхности растворяемого вещества максимален, когда жидкость движется относительно поверхности.

Известно устройство для подачи ингибитора (патент РФ №2165009, 1999), представляющее собой цилиндрический контейнер с радиальными каналами в верхней части боковой поверхности. Пористый твердый ингибитор размещен ниже радиальных каналов. Растворение ингибитора пластовой жидкостью происходит при попадании пластовой жидкости в пористую структуру ингибитора внутри контейнера. От поверхности ингибитора до уровня радиальных каналов ингибитор выносится в результате его растворения в скважинной жидкости далее, за пределы контейнера, создающимся внутри каналов потоком пластовой жидкости.

Недостатком данной конструкции является быстрое уменьшение скорости подачи ингибитора в скважину в результате понижения скорости растворения ингибитора в пластовой жидкости внутри контейнера из-за отложения в порах ингибитора твердых частиц, всегда присутствующих в добываемой жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для подачи ингибитора, представляющее собой цилиндрический корпус с радиальными каналами, омываемый скважинной жидкостью, внутри которого находится твердый ингибитор, занимающий цилиндрический объем меньшего диаметра (патент РФ №2227206, Е21В 37/06, 2004). Такая конструкция обеспечивает большую поверхность контакта скважинной жидкости и ингибитора по всей длине контейнера, а также постоянный отвод растворенного ингибитора из устройства.

Однако оба эти процесса ускоряют растворение ингибитора и делают невозможной длительную работу устройства, особенно в высокотемпературных скважинах.

Задачей заявляемых изобретений является создание способа подачи ингибитора солеотложений в термопластичной матрице и конструкции устройства для его реализации, которые бы обеспечили длительное равномерное поступление ингибитора в пластовую жидкость.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе подачи ингибитора в термопластичной матрице на вход погружной установки для добычи пластовой жидкости, включающем приготовление содержащей ингибитор гидрофобной термопластичной смеси, размещение ее в цилиндрическом корпусе с отверстиями на торцах, спуск корпуса в скважину, нагрев смеси до температуры окружающей среды, растворение смеси с ингибитором, в отличие от прототипа, после нагрева смесь выводят из корпуса через дозировочное отверстие под воздействием гравитационного поля земли, растворение смеси осуществляют в специальной камере диффузионным путем с последующим переносом растворенного ингибитора в пластовую жидкость. Для обеспечения возможности вытекания из корпуса под действием силы тяжести термопластичную смесь готовят с плотностью, превышающей плотность пластовой жидкости. В рабочей камере, установленной под цилиндрическим корпусом, для стабильного равномерного и экономичного выноса твердого ингибитора создают вихревое течение пластовой жидкости, поступающей из потока, омывающего цилиндрический корпус.

В части устройства поставленная задача решается тем, что устройство для подачи ингибитора в термопластичной матрице на вход погружной установки для добычи пластовой жидкости, содержащее цилиндрический корпус, имеющий в верхней части радиальные каналы, и размещенный в цилиндрическом корпусе ниже каналов ингибитор, отличается от прототипа тем, что цилиндрический корпус снизу перекрыт днищем, под которым дополнительно размещена рабочая камера в форме стакана со сплошным донышком и перфорацией на боковых стенках, при этом в днище цилиндрического корпуса выполнено, по крайней мере, одно дозировочное отверстие, обеспечивающее перетекание ингибитора под действием силы тяжести в рабочую камеру с заданной скоростью. Для плавного регулирования потока перфорация на боковых стенках рабочей камеры выполнена под острым углом к донышку стакана. Возможен вариант, когда направление перфорации на боковых стенках рабочей камеры ориентировано параллельно донышку стакана. Кроме того, перфорационные отверстия могут быть дополнительно перекрыты сеткой, что значительно уменьшит интенсивность вихревого течения в рабочей камере. Для обеспечения плавного обтекания устройства пластовой жидкостью целесообразно выполнение цилиндрического корпуса и рабочей камеры с одинаковым наружным диаметром.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Ингибитор смешивают с вязким матричным веществом и помещают внутрь цилиндрического корпуса контейнера, который подвешивают в погружной установке ниже электродвигателя. При этом контакт ингибитора, находящегося в емкости, с пластовой жидкостью ограничен площадью дозировочного отверстия в нижней части корпуса. В верхней части корпуса над ингибитором скапливается поступающая через радиальные каналы вода, препятствующая растворению термопластичной смеси. Плотность получаемой смеси, содержащей ингибитор, должна превышать плотность пластовой жидкости. В скважине происходит нагревание смеси за счет повышенной температуры окружающей среды. Смесь приобретает текучесть и под действием силы тяжести вытекает из корпуса в расположенную ниже рабочую камеру. Скорость вытекания определяется реологическими свойствами смеси, разностью плотностей смеси и пластовой жидкости и размером отверстий в нижней части корпуса. Вынос ингибитора из рабочей камеры осуществляется диффузией и вихревым течением внутри камеры, которое создается внешним потоком скважинной жидкости, омывающей контейнер. Лимитирующим звеном по скорости выноса ингибитора по данному способу является скорость его растворения в плоскости дозировочного отверстия в нижней части корпуса.

Для реализации предлагаемого способа предложена конструкция устройства, схема которого приведена, на чертеже.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого помещен ингибитор 2 в термопластичной матрице. В верхней части боковой поверхности корпуса 1 имеются один или несколько радиальных вентиляционных каналов 3, соединяющих внутренний объем емкости устройства с затрубным пространством. Вентиляционные каналы 3 предназначены для выравнивания давления внутри емкости и в затрубном пространстве при вытекании смеси из емкости. Снизу корпус 1 перекрыт днищем 4 с дозировочными отверстиями 5. К днищу 4 присоединена рабочая камера 6, служащая для растворения смеси и отвода ингибитора в затрубное пространство.

Рабочая камера 6 имеет цилиндрическую форму, перфорированную боковую поверхность и сплошное донышко. Размер и число дозировочных отверстий 5, соединяющих емкость корпуса 1 с рабочей камерой 6, определяют время вытекания смеси из корпуса. Боковая цилиндрическая поверхность рабочей камеры 6 совпадает с наружной поверхностью корпуса 1. Число, диаметр и направление отверстий 7 в боковой поверхности рабочей камеры 6 подбираются так, чтобы обеспечить требуемый вынос раствора ингибитора из рабочей камеры 6.

Устройство для подачи ингибитора работает следующим образом. Размещенная в корпусе 1 смесь матричного вещества и ингибитора под действием силы тяжести поступает через дозировочные отверстия 5 в рабочую камеру 6. В рабочей камере 6 смесь матричного вещества и ингибитора растворяется в пластовой жидкости. Подача раствора ингибитора из рабочей камеры 6 через отверстия 7 в затрубное пространство осуществляется по диффузионному механизму и вихревым течением внутри камеры 6, которое создается внешним потоком скважинной жидкости, омывающей корпус.

Геометрические размеры дозировочных отверстий 5 и вентиляционных отверстий 3 устройства для эксплуатации в конкретных скважинах подбирались в ходе имитационного моделирования рабочего процесса контейнера-дозатора. Правильность подбора подтверждена стендовыми испытаниями.

1. Способ подачи ингибитора на вход погружной установки для добычи пластовой жидкости, включающий размещение ингибитора в цилиндрическом корпусе с каналами в верхней части корпуса, спуск корпуса в скважину, растворение ингибитора, его выведение из корпуса, отличающийся тем, что ингибитор смешивают с вязким матричным веществом с образованием гидрофобной термопластичной смеси, плотность которой превышает плотность пластовой жидкости, после спуска корпуса в скважину нагревают смесь до температуры окружающей среды, а после нагрева смесь выводят из корпуса через дозировочное отверстие под воздействием гравитационного поля земли, растворение смеси осуществляют в рабочей камере диффузионным путем с последующим переносом растворенного ингибитора в пластовую жидкость, при этом рабочую камеру устанавливают ниже цилиндрического корпуса и создают внутри нее вихревое движение пластовой жидкости.

2. Устройство для подачи ингибитора на вход погружной установки для добычи пластовой жидкости, содержащее цилиндрический корпус, имеющий в верхней части радиальные каналы, и размещенный в цилиндрическом корпусе ниже каналов ингибитор, отличающееся тем, что цилиндрический корпус снизу перекрыт днищем, под которым размещена рабочая камера в форме стакана со сплошным донышком и перфорацией на боковых стенках, при этом в днище цилиндрического корпуса выполнено, по крайней мере, одно дозировочное отверстие, обеспечивающее перетекание ингибитора под действием силы тяжести в рабочую камеру с заданной скоростью, а ингибитор распределен в термопластичной матрице.

3. Устройство по п.4, отличающееся тем, что перфорация на боковых стенках рабочей камеры выполнена под острым углом к донышку стакана и дополнительно закрыта сеткой.

4. Устройство по п.4, отличающееся тем, что направление перфорации на боковых стенках рабочей камеры ориентировано параллельно донышку стакана.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что цилиндрический корпус и рабочая камера выполнены с одинаковым наружным диаметром.