Способ электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса и устройство для его реализации



Способ электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса и устройство для его реализации
Способ электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2514332:

Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" (RU)

Изобретение относится к области электротехнологии в нефтедобывающей промышленности, может быть использовано для очистки эксплуатационных колонн, скважин от парафиновых и других отложений. Способ электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса заключается в электрической цепи для электронагрева. При этом электрическая цепь образована колоннами насосно-компрессорных труб, погружным контактом, обсадной колонной и электроизоляционными компонентами. Входные зажимы электрической цепи соединены с регулируемым источником электрической мощности, состоящим из полупроводникового преобразователя, системы управления и регулятора тока, соединенных между собой и с датчиком тока полупроводникового преобразователя, подключенного к питающей сети. Дополнительно введен датчик нагрузки электродвигателя насоса, а в регулируемый источник электрической мощности введен релейный элемент с гистерезисной характеристикой, подключенный к входу регулятора тока и входом соединенный с выходом введенного датчика тока электродвигателя насоса. Подключают регулируемый источник электрической мощности к выходным зажимам образованной электрической цепи для электронагрева. При этом регулируемый источник электрической мощности включают при возрастании нагрузки на электродвигатель нефтеоткачивающего насоса выше заданного, например, номинального значения и отключают при ее соответствующем снижении, для чего в регулируемом источнике электрической мощности создают гистерезисную характеристику «вход - выход». Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение качества очистки нефтескважины от парафиновых отложений и снижение вязкости нефти при ее откачке из скважины. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехнологии в нефтедобывающей промышленности, может быть использовано для очистки эксплуатационных колонн, скважин от парафиновых и других отложений.

Нефтедобывающий комплекс содержит нефтескважину, нефтеоткачивающий насос, кинематическую систему, конструктивно связывающую скважину, насос и электродвигатель насоса в функциональный комплекс по добыче нефти.

Известен способ электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса (Ковригин Л.А., Макиенко Г.П., Акмалов И.М. Нагревательные кабели и управление температурным полем нефтяных скважин // Инженер. 2004. №3. С.18-20), включающий нагрев колонны насосно-компрессорных труб (далее - НКТ) до определенной температуры с помощью специального электронагревательного кабеля, по которому пропускают электрический ток, далее происходит расплавление осаждающегося на стенках труб НКТ парафина.

Но при этом способе уменьшается реальное сечение НКТ, снижается дебит скважины и увеличиваются затраты электроэнергии при откачке нефти из нефтескважины.

Недостатками данного способа являются:

1) высокие затраты на нагревательный кабель и вспомогательные устройства;

2) ограниченный срок службы изоляции кабеля в агрессивной среде межтрубного пространства нефтескважины при достаточно высокой температуре;

3) определенные трудности с совмещением рабочего цикла откачки нефти из скважины и погружением в нее кабеля;

4) неравномерность нагрева колонны НКТ из-за различной степени «прилегания» кабеля к ее боковой поверхности и, как следствие, ухудшение качества очистки;

5) приближенная оценка качества очистки по температуре откачиваемой нефти из скважины.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и устройству для его реализации, взятому за прототип, является способ прямого электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса и устройство для его реализации (Иванов А.Г., Арзамасов В.Л. Применение силовой электроники в установках депарафинизации нефтескважин//Электротехника. 2011. №12. С.42-47).

Способ заключается в том, что в нефтескважине создают из колонны насосно-компрессорных труб, погружного контакта, обсадной колонны и электроизоляционных компонентов электрическую цепь для электронагрева, к ее выходным зажимам подключают источник электрической мощности.

Устройство для реализации способа электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса содержит нефтескважину, нефтеоткачивающий насос, подключенный через кинематическую систему к электродвигателю, при этом в нефтескважине электрически соединены между собой колонна насосно-компрессорных труб, погружной электрический контакт и обсадная колонна, которые вместе с электроизоляционными компонентами образуют электрическую цепь для электронагрева, входные зажимы которой соединены с регулируемым источником электрической мощности, состоящим из полупроводникового преобразователя, системы управления и регулятора тока, соединенных между собой и с датчиком тока преобразователя, подключенного к питающей сети, например, через трансформатор.

Способ реализуется за счет создания в нефтескважине электрической цепи, состоящей из колонны НКТ, обсадной колонны и погружного электрического контакта, и пропускания по образованной цепи электрического тока от источника электрической мощности с автоматическим контролем расплавления парафиновых отложений в НКТ в функции температуры откачиваемой нефти с помощью датчика температуры, включенного в цепь обратной связи регулятора температуры источника электрической мощности.

Способ по прототипу функционирует как в автономном режиме, так и совместим с рабочим циклом добычи нефти. За счет нагрева НКТ и расплавления парафина дополнительно осуществляется снижение вязкости нефти, что уменьшает затраты электроэнергии при ее добыче. Расплавление парафина в НКТ осуществляется за счет выделения тепла при нагреве электрическим током созданной электрической цепи. Температура расплавления парафиновых отложений составляет примерно 30-35°С (в зависимости от состава отложений) и контролируется в автоматическом режиме датчиком температуры, обычно расположенным в устье скважины. В качестве источника электрической мощности в прототипе принят тиристорный преобразователь с системой управления, выполненной по системе подчиненного регулирования с внутренним контуром тока электрической цепи скважины и внешним контуром температуры. При достижении заданной температуры нагрева нефти ток в электрическую цепь скважины не поступает.

Недостатками данного способа и устройства для его реализации являются:

1) косвенная, приближенная оценка расплавления парафина и достижения необходимой вязкости нефти, оцениваемая по температуре выходящей из скважины нефти, которая зависит от места расположения датчика температуры, температуры окружающей среды и времени года, а также от состава парафиновых отложений и их температуры плавления в конкретной скважине;

2) повышенные затраты электроэнергии из-за косвенной оценки результатов очистки скважины и достижения требуемой вязкости нефти по ее температуре.

Технический результат заявляемого изобретения - улучшение качества очистки нефтескважины от парафиновых отложений и снижение вязкости нефти при ее откачке из скважины, что приводит к увеличению дебита скважины и снижению затрат электроэнергии при добыче нефти.

Технический результат способа электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса достигается тем, что в нефтескважине создают электрическую цепь для электронагрева, состоящую из колонны насосно-компрессорных труб, погружного контакта, обсадной колонны и электроизоляционных компонентов, подключают регулируемый источник электрической мощности к выходным зажимам образованной электрической цепи для электронагрева, включают регулируемый источник электрической мощности, при возрастании нагрузки на электродвигатель нефтеоткачивающего насоса выше заданного, например, номинального значения и отключают при ее соответствующем снижении, для чего в регулируемом источнике электрической мощности создают, например, гистерезисную характеристику «вход -выход»

Технический результат устройства, реализующего способ электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса, достигается тем, что в устройство, содержащее нефтескважину, нефтеоткачивающий насос, подключенный через кинематическую систему к электродвигателю, при этом в нефтескважине электрически соединены между собой колонна насосно-компрессорных труб, погружной электрический контакт и обсадная колонна, которые вместе с электроизоляционными компонентами образуют электрическую цепь для электронагрева, входные зажимы которой соединены с регулируемым источником электрической мощности, состоящим из полупроводникового преобразователя, системы управления и регулятора тока, соединенных между собой и с датчиком тока полупроводникового преобразователя, подключенного к питающей сети, например, через трансформатор, введен датчик нагрузки электродвигателя насоса, а в регулируемый источник электрической мощности введен релейный элемент с гистерезисной характеристикой, подключенный к входу регулятора тока и входом соединенный с выходом введенного датчика тока электродвигателя насоса.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что улучшение качества очистки нефтескважины от парафиновых отложений и снижение вязкости нефти при ее откачке из скважины (а следовательно, и увеличение дебита скважины и снижение затрат электроэнергии при добыче нефти) осуществляются за счет подключения источника электрической мощности при увеличении нагрузки на электродвигатель нефтеоткачивающего насоса и отключения источника при ее соответствующем уменьшении, для чего в источнике электрической мощности создают, например, гистерезисную регулировочную характеристику «вход - выход», при этом вход источника электрической мощности подключают к датчику нагрузки электродвигателя насоса.

Для осуществления заявляемого способа возможны различные устройства его реализации, которые могут отличаться тем, что датчик нагрузки электродвигателя насоса выполнен соответственно в виде датчика тока или датчика мощности электродвигателя. Устройства реализации способа могут быть выполнены с системой регулирования (система управления и регулятора тока) аналогового или микропроцессорного типа. На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого способа и устройства его реализации на основе датчика тока электродвигателя насоса, на фиг.2 приведена характеристика релейного элемента (далее - РЭ), где приняты следующие обозначения:

1 - нефтескважина (далее - НС);

2 - нефтеоткачивающий насос;

3 - кинематическая система, например, кривошипно-шатунная система станка-качалки, преобразующая вращательное движение электродвигателя насоса в возвратно-поступательное движение штока насоса 2;

4 - электродвигатель нефтеоткачивающего насоса;

5 - колонна НКТ;

6 - погружной электрический контакт;

7 - обсадная колонна;

8 - электроизоляционные компоненты для предотвращения касания колонны НКТ и обсадной колонны;

9 - выходные зажимы электрической цепи НС;

10 - регулируемый источник электрической мощности;

11 - датчик тока (нагрузки) электродвигателя 4;

12 - полупроводниковый преобразователь (далее - ПП);

13 - система управления ПП;

14 - регулятор тока ПП;

15 - датчик тока ПП;

16 - сетевой трансформатор;

17 - релейный элемент с гистерезисной характеристикой;

U1, U2 - напряжения сетей переменного тока, например, соответственно 6 кВ и 380 В;

U5 - задающий сигнал для включения источника 10 в автономном режиме (без включения электродвигателя 4);

U3, U4 - соответственно напряжения включения и отключения РЭ;

U17 - выходное напряжение РЭ;

U11 - выходное напряжение датчика тока электродвигателя насоса.

Устройство для реализации заявляемого способа состоит из нефтескважины 1, нефтеоткачивающего насоса 2, подключенного через кинематическую схему 3 к электродвигателю 4, при этом в нефтескважине 1 электрически соединены между собой колонна НКТ 5, погружной электрический контакт 6 и обсадная колонна 7, которые вместе с электроизоляционными компонентами 8 образуют электрическую цепь для электронагрева, выходные зажимы 9 которой соединены с регулируемым источником электрический мощности 10, состоящим из полупроводникового преобразователя 12, системы управления 13 и регулятора тока 14, соединенных между собой и с датчиком тока 15 преобразователя 10, подключенного к питающей сети, например, через трансформатор 16, при этом к входу регулятора тока 14 подключен введенный релейный элемент 17 с гистерезисной характеристикой, вход которого соединен с выходом введенного датчика тока 11 электродвигателя насоса 4.

В источнике электрической мощности 10 устройства управления 12-14, 17 могут быть выполнены в аналоговом или микропроцессорном вариантах.

Способ электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса заключается в том, что в нефтескважине 1 из колонны насосно-компрессорных труб 5, погружного контакта 6, обсадной колонны 7 и электроизоляционных компонентов 8 создают электрическую цепь для электронагрева, к ее выходным зажимам 9 подключают регулируемый источник электрической мощности 10, который включают при возрастании нагрузки на электродвигатель нефтеоткачивающего насоса 4 выше заданного, например, номинального значения и отключают - при ее соответствующем снижении, для чего в регулируемом источнике электрической мощности 10 создают, например, гистерезисную характеристику «вход - выход» за счет введения релейного элемента 17 и обратной связи по току электродвигателя нефтеоткачивающего насоса 4.

Заявляемое изобретение осуществляется следующим образом. Рассмотрим два режима работы - с очищенной от парафина скважиной и с запарафиненной.

1. Работа с очищенной от парафина скважиной и с низкой вязкостью нефти. В этом случае в нефтедобывающем комплексе (выполненном, например, на базе станка-качалки) нефтеоткачивающий насос 2 откачивает из нефтескважины 1 нефть, напряжение на выходе датчика тока 11 соответствует заданной, например, 0,5 номинальной нагрузки электродвигателя нефтеоткачивающего насоса 4. При этом на выходе релейного элемента 17 благодаря гистерезисной характеристике (с напряжениями включения U3 и включения U4) напряжение равно нулю, полупроводниковый преобразователь 12 заперт, ток в электрическую цепь нефтескважины 1 не поступает и электронагрев отсутствует.

2. Работа с запарафиненной скважиной и с высокой вязкостью нефти.

В этом случае ток электродвигателя нефтеоткачивающего насоса 4 увеличивается, например, до номинала, на выходе датчика тока 11 сигнал возрастает и при его значении, равном U3, срабатьшает релейный элемент 17. На его выходе появляется сигнал, который включает полупроводниковый преобразователь 12 и задает определенную величину тока в электрической цепи нефтескважины 1. Нефтескважина и нефть разогреваются, через некоторое время происходит расплавление парафина и снижение вязкости откачиваемой нефти. В результате нагрузка нефтеоткачивающего насоса 2 уменьшается, ток электродвигателя нефтеоткачивающего насоса 4 и напряжение на выходе датчика тока 11 снижаются. При токе электродвигателя 4, соответствующем заданному минимальному значению (например, 0,5 номинала), напряжение на выходе датчика тока 11 достигает минимальной величины U4, что приводит к отключению полупроводникового преобразователя 12 и прекращению электронагрева. Величина задания уставки тока нагрева электрической цепи нефтескважины 1 определяется выходным сигналом Un релейного элемента 17 (фиг.2). Уровень тока электродвигателя нефтеоткачивающего насоса 4, при котором регулируемый источник электрической мощности 10 отключается, определяется режимом работы и конструктивными особенностями НКТ и нефтеоткачивающего насоса.

При автономной работе устройства электронагрева (без включения нефтеоткачивающего насоса 2) электродвигатель 4 и датчик тока 11 обесточены, сигналы на входе и выходе релейного элемента 17 отсутствуют и заданием тока полупроводникового преобразователя 12 является сигнал U5, поступающий из внешней схемы управления. При работе нефтеоткачивающего насоса 2 данный сигнал не подается.

Таким образом, за счет более качественной очистки НКТ и оптимизации режимов включения и отключения регулируемого источника электрической мощности с помощью релейного элемента с гистерезисной характеристикой заявляемое изобретение позволяет повысить качество очистки НКТ от парафина, снизить вязкости нефти; увеличить дебит нефтескважины и экономию электроэнергии при откачке нефти.

1. Способ электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса, заключающийся в том, что в нефтескважине используют электрическую цепь для электронагрева, образованную колоннами насосно-компрессорных труб, погружным контактом, обсадной колонной и электроизоляционными компонентами, подключают регулируемый источник электрической мощности к выходным зажимам образованной электрической цепи для электронагрева, отличающийся тем, что включают регулируемый источник электрической мощности, при возрастании нагрузки на электродвигатель нефтеоткачивающего насоса выше заданного, например, номинального значения и отключают при ее соответствующем снижении, для чего в регулируемом источнике электрической мощности создают, например, гистерезисную характеристику «вход - выход».

2. Устройство для реализации способа электронагрева нефтескважины нефтедобывающего комплекса, содержащее нефтескважину, нефтеоткачивающий насос, подключенный через кинематическую систему к электродвигателю, при этом в нефтескважине электрически соединены между собой колонна насосно-компрессорных труб, погружной электрический контакт и обсадная колонна, которые вместе с электроизоляционными компонентами образуют электрическую цепь для электронагрева, входные зажимы которой соединены с регулируемым источником электрической мощности, состоящим из полупроводникового преобразователя, системы управления и регулятора тока, соединенных между собой и с датчиком тока полупроводникового преобразователя, подключенного к питающей сети, например, через трансформатор, отличающееся тем, что введен датчик нагрузки электродвигателя насоса, а в регулируемый источник электрической мощности введен релейный элемент с гистерезисной характеристикой, подключенный к входу регулятора тока и входом соединенный с выходом введенного датчика тока электродвигателя насоса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам разработки залежей высоковязкой нефти горизонтальными скважинами. При осуществлении способа используют как минимум две пары непрерывных горизонтальных нагнетательных и добывающих скважин, горизонтальные участки которых размещены параллельно один над другим, осуществляют закачку теплоносителя через верхние горизонтальные нагнетательные скважины, одновременный отбор высоковязкой нефти через нижние горизонтальные добывающие скважины.

Изобретение относится к нефтяной промышленности. Технический результат - повышение нефтеотдачи, увеличение охвата пласта воздействием за счет равномерного распространения зоны прогрева пласта.

Группа изобретений относится к скважинному парогенератору. Устройство может включать в себя секцию введения, секцию сжигания и секцию парообразования.

Изобретение относится к нефтяной промышленности. Технический результат - повышение коэффициента нефтеизвлечения продуктивного пласта и снижение скорости обводнения продукции добывающих скважин при разработке залежей вязкой нефти или битума массивного или структурно-литологического типов.

Изобретение относится к методам скважинной геотехнологии разработки залежей горючих сланцев с высоким выходом жидких углеводородов («сланцевой нефти»). Способ заключается в бурении на залежь горючих сланцев наклонно-направленных и вертикальных скважин, создании в них воспламененной зоны, сжигании части углеводородного сырья, прогреве залежи продуктами горения и отгонке сланцевого керогена в виде продуктов термической обработки горючих сланцев.

Изобретения относятся к нефтяной промышленности. Технический результат - увеличение извлечения углеводородов из подземного коллектора.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для наиболее полного извлечения всех видов нефтей и газов и других полезных ископаемых с применением мощного лазерного излучения для их добычи.
Изобретение относится к горнодобывающей области и касается процессов восстановления дебита нефтяных и газоконденсатных скважин. Технический результат - повышение эффективности воздействия на продуктивный пласт в прискважинной зоне и на расстоянии до 50 м от скважинысведение в единый процесс всех воздействий, сокращение времени и трудозотрат.

Предложение относится к нефтяной промышленности. Технический результат - увеличение эффективности вытеснения вязких нефтей и битумов, в том числе путем увеличения охвата пласта агентом воздействия, получение дополнительной добычи вязких нефтей и битумов за счет последовательной отработки всего пласта с одновременным снижением затрат и упрощением строительства горизонтальных скважин.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при разработке месторождений высоковязкой нефти и/или битума с использованием термических способов добычи из наклонно направленных скважин.

Изобретение относится к устройствам (лубрикаторам), обеспечивающим проведение геофизических исследований и работ в газовых скважинах приборами и инструментами на геофизическом кабеле.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к устройствам для удаления парафина и смол из нефти перед ее транспортировкой. Изобретение позволяет сократить материальные затраты на борьбу с парафиносмолистыми отложениями на стенках нефтепроводов.

Изобретение относится к способу добычи в естественном залегании битумов или особо тяжелой нефти из близких к поверхности месторождений нефтеносного песка, в котором для уменьшения вязкости битума или особо тяжелой нефти в месторождение вводят тепловую энергию, при этом применяют, по меньшей мере, одну транспортировочную трубу для транспортировки сжиженного битума или особо тяжелой нефти и, по меньшей мере, одну трубу для ввода тепловой энергии, которые проходят обе параллельно.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при добыче высоковязкой нефти, а также в скважинах, эксплуатируемых длительный период времени с высокой вероятностью образования гидратно-парафиновых пробок.

Изобретение относится к горному делу и может применяться для тепловой обработки продуктивного пласта высоковязкой нефти, восстановления гидравлической связи пласта со скважиной, увеличения нефтеотдачи пластов с высоковязкой нефтью и дебита скважин, а также возобновления эксплуатации нерентабельных скважин на нефть, природный газ, на пресные, минеральные и термальные воды.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к повышению нефтеотдачи пластов. .

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для создания оптимального теплового режима в добывающих нефтяных скважинах и нефтепроводах для предотвращения асфальтосмолопарафиновых отложений в насосно-компрессорных трубах (НКТ) нефтяных скважин и нефтепроводах.

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности, и может быть использовано для активизации и возобновления притоков в нефтяных и газовых скважинах. .

Изобретение относится к горному делу и может применяться для разработки газогидратных залежей, тепловой обработки призабойной зоны скважины и восстановления гидравлической связи пласта со скважиной. Устройство для тепловой обработки газогидратных залежей содержит два корпуса нагревателя, водоподающую систему, включающую выпускные клапаны во втором корпусе. Устройство дополнительно содержит насосно-компрессорные трубы (НКТ), соединенные с водоподающей трубой с насосом и емкостью с водой, термостойкий пакер, расположенный над корпусами, регулятор напряжения, распределитель, по оси которого установлен узел сопряжения НКТ, с трубчатой диэлектрической вставкой и переходником с отверстием, соосным с отверстием трубчатой вставки. При этом верхняя часть токовода соединена с жилами силового кабеля через переходник. Второй корпус выполнен с выпускными клапанами в его верхней части, заполнен рабочей жидкостью и установлен снаружи первого корпуса, выполненного герметичным. В первом корпусе установлены диски-электроды с перфорацией, а на центральном трубчатом тоководе в межэлектродных интервалах за пределами термостойких изоляторов установлены нулевые электроды. Диски-электроды жестко связаны с центральным тоководом и изолированы термостойкими изоляторами от первого корпуса нагревателя, заполненного токопроводящей жидкостью. Первый корпус дополнительно снабжен датчиками давления и уровня, аварийным клапаном давления, и верхним и нижним проходными изоляторами. При этом термостойкий пакер установлен между распределителем и вторым корпусом, а НКТ соединены с первым корпусом через второй. Техническим результатом является повышение интенсивности тепловой обработки пласта газогидратов, расширение возможностей устройства. 3 ил.
Наверх