СПОСОБ ПОДАЧИ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО РЕАГЕНТА В СКВАЖИНУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
THERMOPLASTIC AGENT WELL SUPPLY METHOD AND DEVICE FOR ITS EXECUTION (VERSIONS)

Изобретения относятся к нефтедобывающей промышленности, в частности к доставке термопластичного реагента в скважину и подаче его в поток пластовой жидкости для предотвращения коррозии и отложения солей, парафинов на глубинно-насосном оборудовании.
Известен способ подачи твердого реагента в скважину, включающий размещение в стволе скважины устройства в виде полого патрубка с нижним открытым концом и радиальными каналами в верхней части, внутри которого размещен твердый пористый реагент с открытой пористостью, растворение твердого реагента восходящим потоком пластовой жидкости, поступающей из пласта и проходящей через патрубок с твердым реагентом (патент РФ №2165009, кл. E21B 37/06, 1999). Устройство присоединено к башмаку лифтовых труб, а реагент размещен в патрубке ниже радиальных каналов. На нижнем открытом конце патрубка имеется средство для удержания твердого реагента.
Недостатком известного способа подачи и устройства является уменьшение концентрации реагента в квадратичной зависимости в пластовой жидкости по мере растворения реагента в виде отдельных шарообразных частиц и уменьшения их линейных размеров во времени, что значительно снижает эффективность реагента.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ подачи термопластичных ингибиторов, состоящий из приготовления термопластичной смеси, содержащей ингибитор, формирование из смеси цилиндрических блоков, размещение их с образованием зазора внутри цилиндрического корпуса, имеющего отверстия на торцевых боковых стенках, спуск корпуса в скважину, нагрев смеси до температуры окружающей среды, растворение смеси с ингибитором потоком пластовой жидкости, проходящим между блоками и корпусом (патент РФ №2227206, E21B 37/06, 2004). Известный способ подачи реагента в скважину и устройство для его осуществления позволяют обеспечить постоянную обработку пластовой жидкости как одним видом реагента, так и реагентами разного вида на протяжении всего цикла нефтедобычи при различном дебите и режимах эксплуатации скважины.
Недостатком данных способа подачи и устройства является уменьшение концентрации реагента в линейной зависимости в пластовой жидкости по мере растворения реагента в виде длинных цилиндров («колбасок») и уменьшения их линейных размеров во времени, что значительно снижает эффективность реагента.
Настоящее изобретение направлено на повышение равномерности количества растворяющегося реагента в единицу времени (концентрации реагента в пластовой жидкости) во времени, обеспечения необходимой постоянной концентрации реагента в течение заданного времени его дозирования в поток откачиваемой скважинной жидкости при разных условиях эксплуатации нефтедобывающих скважин.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе для подачи термопластичного реагента в скважину, включающем приготовление гидрофобной термопластичной смеси, содержащей реагент, размещение ее в цилиндрическом корпусе с отверстиями на торцах, спуск корпуса в скважину, нагрев смеси до температуры окружающей среды, растворение смеси с реагентом потоком пластовой жидкости, согласно изобретению растворение смеси с реагентом осуществляют на поверхности проницаемого материала, перекрывающего отверстие на нижнем торце корпуса, с последующим переносом растворенного ингибитора в пластовую жидкость. При этом растворение смеси проводят со скоростью, меньшей скорости оседания смеси на поверхность проницаемого материала, термопластичный реагент используют с вязкостью, препятствующей его прохождению через проницаемый материал под действием собственного веса.
Для реализации этого способа разработано устройство, содержащее, по меньшей мере, одну секцию в виде полого цилиндрического корпуса с днищем для размещения термопластичного реагента и имеющее снизу перфорированную заглушку, отличающееся тем, что цилиндрический корпус выполнен с непроницаемой боковой поверхностью, а днище снабжено дозировочным отверстием, перекрытым проницаемым материалом, при этом для образования гидрозатвора над термопластичным реагентом секция открыта со стороны верхнего торца и размещена с образованием зазора в цилиндрическом кожухе, на нижнем и верхнем участках которого выполнены радиальные отверстия. В качестве проницаемого материала может быть использована сетка.
Когда цилиндрических кожухов несколько, они соединены между собой с помощью муфт и разделены перфорированными дисками. При этом перфорированная заглушка, соединенная с нижним торцом нижнего цилиндрического кожуха, и перфорированные диски между кожухами сверху оснащены ручками в форме скобы.
В другом варианте исполнения устройство может содержать, по меньшей мере, одну секцию в виде полого цилиндрического корпуса с непроницаемой боковой поверхностью и днищем для размещения термопластичного реагента с дозировочным отверстием, перекрытым проницаемым материалом, например сеткой, при этом нижняя часть секции соединена с перфорированной заглушкой посредством муфты, имеющей радиальные каналы, а несколько секций соединены между собой с помощью муфты с радиальными отверстиями.
Благодаря размещению термопластичного реагента в полом корпусе с непроницаемой боковой поверхностью и подаче реагента только с нижней части создаются условия для равномерного растворения термопластичного реагента в единицу времени по мере работы скважины и во времени поддерживается постоянная концентрация реагента в пластовой жидкости. Это обусловлено тем, что термопластичный реагент растворяется только с одной стороны в одном направлении и, в связи с этим, при прочих равных условиях количество растворяющегося реагента в единицу времени (концентрация реагента в пластовой жидкости) во времени будет постоянной, т.к. площадь контакта термопластичного реагента с растворяющей его пластовой жидкостью будет постоянной во времени.
Для предотвращения неконтролируемого вытекания термопластичного реагента и для его равномерного во времени растворения в добываемой жидкости независимо от высоты столба реагента над поверхностью днища проницаемый материал применяют с соответствующим размером ячейки, причем дозировочное отверстие в днище может быть круглым, овальным, прямоугольным или иметь любую другую форму. Площадь дозировочного отверстия в днище, расположенного по центру или со смещением от оси цилиндрического корпуса, подобрана в зависимости от необходимого количества дозирования реагента в добываемую жидкость. Термопластичный реагент необходимо использовать с удельным весом, превышающим удельный вес добываемой жидкости
В предлагаемых конструкциях суммарная площадь поперечных сечений радиальных отверстий в кожухе и отверстий в перфорированных дисках и/или заглушке, работающих на вход, приближенно равна суммарной площади отверстий, работающих на выход, и определяется расчетным путем с учетом скорости растворения реагента и величины его концентрации, необходимой для предотвращения отложений.
Размещение термопластичного реагента внутри непроницаемого с боковой поверхности цилиндрического корпуса, имеющего в днище дозировочное отверстие, перекрытое, например, сеткой, и открытого сверху для подхода жидкости с целью образования на поверхности реагента гидрозатвора, предотвращает быстрое и неконтролируемое растворение термопластичного реагента скважинной жидкостью, движущейся мимо дозировочного отверстия и создает условия для равномерного, контролируемого растворения реагента во времени на поверхности сетки независимо от высоты столба реагента. Это обеспечивается за счет того, что в качестве термопластичного реагента выбрано высоковязкое вещество, которое по мере растворения добываемой жидкостью, проходящего на поверхности сетки, оседает под собственным весом вниз по корпусу, но не проходит из-за своей высокой вязкости через сетку, что способствует равномерному растворению реагента во времени. Диаметр дозировочного отверстия, размер ячейки сетки подбирается с учетом вязкости, скорости растворения реагента при температуре окружающей среды, возможного дополнительного снижения его вязкости и выноса активной основы из глубины реагента при диффузионном проникновении в него компонентов добываемой жидкости, и, как следствие, изменения скорости растворения реагента, производительности скважины, скорости движения добываемой жидкости около дозировочного отверстия, вязкости и обводненности самой скважинной жидкости, а также условий эксплуатации скважины. Обладающая высокими механическими свойствами непроницаемая поверхность корпуса предотвращает неконтролируемое вытекание, растворение и смятие термопластичного реагента под действием собственного веса при повышенных температурах. Диаметр дозировочного отверстия, выбранный с учетом скорости растворения реагента, регулирует поступление в скважинную жидкость необходимого объема растворимого реагента, а поскольку сетка задерживает вытекание термопластичного реагента, то процесс растворения происходит на поверхности сетки с равномерной скоростью независимо от высоты столба реагента, а заполнение корпуса сверху добываемой жидкостью (водой) по мере снижения уровня реагента препятствует его растворению в верхней части.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема устройства с корпусами, размещенными в цилиндрическом кожухе, на фиг.2 дан общий вид варианта устройства, состоящего из корпусов, соединенных с помощью муфт.
Устройство для подачи термопластичного реагента в скважину состоит из одного или нескольких цилиндрических кожухов 1, в нижней и верхней частях которых имеются радиальные отверстия 2 (фиг.1). Термопластичный реагент 3 помещен в цилиндрические корпуса 4, имеющие непроницаемые боковые поверхности и расположенные внутри кожухов 1 с образованием зазоров 5. Корпус может быть выполнен из любых материалов, разрешенных на применение в нефтяной промышленности. В нижнем торце корпуса 4 имеется дозировочное отверстие 6, перекрытое сеткой 7, предназначенное для дозирования термопластичного реагента 3 во время эксплуатации скважины. Перед спуском в скважину 8 устройство присоединяют к основанию глубинного оборудования 9. При наличии нескольких цилиндрических кожухов 1 их соединяют друг с другом посредством муфт 10, внутри которых установлены перфорированные диски 11 с отверстиями 12. Нижний торец нижнего кожуха 1 перекрыт перфорированной заглушкой 13 с отверстиями 14. Перфорированные диски 11 и заглушка 13 оснащены ручками 15 в форме скобы. Внутри цилиндрического кожуха 1 секции в виде цилиндрических корпусов 4 размещаются произвольно друг на друге (см. верхний кожух 1 на фиг.1, секции в нижнем кожухе разнесены для наглядной демонстрации работы устройства), нижняя секция опирается на ручку 15. Число корпусов 4 в зависимости от длины цилиндрического кожуха 1 может варьироваться. Между цилиндрическим кожухом 1 и скважиной 8 имеется межтрубное пространство 16.
В другом варианте устройства цилиндрические корпуса 17, внутри которых помещен термопластичный реагент 3, соединены между собой муфтами 18 с радиальными отверстиями 19, расположенными, преимущественно, на двух уровнях (фиг.2). Днище корпуса 17 представляет собой диск 20 с дозировочным отверстием 21, перекрытым проницаемым материалом (сеткой) 7. Диск 20 может быть выполнен в виде отдельной детали.
В предлагаемых устройствах для подачи термопластичного реагента могут использоваться любые термопластичные реагенты, применяемые для предотвращения отложений солей, парафина, коррозии в глубинном оборудовании, которые растворяются в скважинной жидкости, например, ингибитор солеотложения состава: растворимая в воде нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ) или оксиэтилендифосфоновая кислота (ОЭДФ) (33±5) масс.% и нерастворимый в воде и малорастворимый в нефти высоковязкий наполнитель и при необходимости утяжеляющий минеральный масло-водонерастворимый пылевидный наполнитель - остальное.
Устройство для подачи термопластичного реагента работает следующим образом.
Устройство, присоединенное к основанию глубинного оборудования 9, спускается в скважину 8.
При работе устройства, выполненного в первом варианте (фиг.1), добываемая жидкость, представляющая собой смесь нефти с водой, движется по межтрубному пространству 16 вдоль цилиндрического кожуха 1, часть жидкости через радиальные отверстия 2 в нижней части кожуха 1, а также через отверстия 14 в заглушке 13 попадает внутрь кожуха 1 и подходит к дозировочному отверстию 6. Здесь на поверхности проницаемого материала, например сетки 7, жидкость частично растворяет термопластичный реагент 3, находящийся в цилиндрическом корпусе 4, частично сама растворяется в реагенте 3, дополнительно снижая его вязкость. После этого жидкость, насыщенная растворенным реагентом 3, поднимается по кольцевому зазору 5, выходит через радиальные отверстия 2 в верхней части кожуха 1 в межтрубное пространство 16 скважины 8, где смешивается с основным потоком добываемой жидкости и предотвращает отложения солей. По мере растворения оставшийся реагент 3 под собственным весом опускается на сетку 7, на поверхности которой он продолжает растворяться добываемой жидкостью, а на верхней поверхности реагента 3 за счет расслоения попадающей в верхнюю часть корпуса 4 добываемой жидкости скапливается вода, имеющая больший по сравнению с нефтью удельный вес, которая и служит гидрозатвором, предотвращающим растворение реагента сверху.
При работе устройства, выполненного по второму варианту (фиг.2), поток жидкости движется вдоль корпуса 17 по межтрубному пространству 16, часть жидкости через радиальные отверстия 19 в муфтах 18 и отверстия 14 в заглушке 13 попадает внутрь устройства, подходит к дозировочному отверстию 21, перекрытому сеткой 7, на границе с сеткой 7 частично растворяет термопластичный реагент 3 (частично жидкость сама растворяется в реагенте 3 и снижает его вязкость), насыщается им, после чего через отверстия 19 в муфтах 18 выходит в межтрубное пространство 16 скважины 8, смешивается с основным потоком добываемой жидкости и предотвращает отложения солей. Так же, как и в первом варианте, по мере растворения на поверхности сетки 7 оставшийся реагент 3 под собственным весом опускается на сетку 7 и продолжает растворяться добываемой жидкостью, а сверху реагента 3 по мере его опускания скапливается вода, которая и предотвращает растворение реагента сверху.
Непроницаемая боковая поверхность корпусов 4 (первый вариант исполнения) и 17 (второй вариант исполнения) позволяет контактировать добываемой жидкости с ингибитором 3 и растворять его только с нижней части через дозировочные отверстия 6 или, соответственно, 21 с проницаемым материалом 7 и обеспечивает его стабильное во времени дозированное растворение. Создание гидрозатвора в верхней части цилиндрического корпуса 4 или 17 предотвращает растворение реагента сверху (фиг.1, 2).
Размеры отверстий 14 и 2 в первом варианте или 14 и 19 во втором варианте для подхода-отхода жидкости к дозировочным отверстиям, соответственно, 6 или 21 рассчитываются таким образом, чтобы их суммарное сечение позволяло входить внутрь корпуса 4 или внутрь муфты 18 и выходить из них такому объему добываемой жидкости, при котором скорость жидкости около дозировочных отверстий 6 или 21 обеспечивала бы необходимую концентрацию растворенного реагента в добываемой жидкости при любой обводненности, производительности скважины, как в условиях растворения реагента 3 в неподвижной жидкости, так и при различных скоростях движения жидкости, то есть должны быть созданы условия для диффузионного, близкого к нему или для другого вида растворения термопластичного реагента.
За счет отверстий 14 в заглушке 13 и отверстий 12 в дисках 11 (фиг.1) около дозировочных отверстий 6 в нижней части цилиндрического кожуха 1 не образуются застойные зоны и не происходит скапливания воды, которая делает невозможным растворение реагента в нефти добываемой жидкости. Кроме того, эти отверстия препятствуют скапливанию газовых пузырей в верхней части кожуха 1, чтобы обеспечить свободный доступ воды в верхнюю часть верхнего корпуса 4. Ручки 15 на дисках 11 и заглушке 13 предназначены, во-первых, для образования пространства между дозировочным отверстием 6 в корпусе 4 и отверстиями 14 заглушки 13, которое обеспечивает свободное движение жидкости для растворения реагента и, во-вторых, для удобного извлечения перфорированных дисков 11 при сборке-разборке секций на устье скважины и повторного их применения.
При втором варианте исполнения верхние отверстия 19 в муфтах 18 должны находиться как можно ближе к дозировочному отверстию 21 (фиг.2) для предотвращения образования газового пузыря, который будет препятствовать подходу добываемой жидкости к дозировочному отверстию и растворению реагента 3.
Следует отметить, что поступление растворившегося реагента в основной поток межтрубного пространства 16 происходит не только за счет движения жидкости, но и посредством диффузионного переноса реагента от более насыщенной реагентом части жидкости, находящейся в зоне дозировочных отверстий, к жидкости без реагента за пределами устройства. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать способ, обеспечивающий оптимальную траекторию движения скважинной жидкости с точки зрения ее насыщения реагентом.
Зная производительность скважины, обводненность добываемой жидкости, температуру добываемой жидкости на глубине размещения установки, скорость растворения реагента от тех или иных условий через дозировочное отверстие разного сечения, можно рассчитать необходимую оптимальную концентрацию реагента в добываемой жидкости и определить необходимое для использования в этой скважине количество корпусов с реагентом по первому и второму вариантам исполнения.
Время окончания срока действия реагента зависит от количества растворения реагента в единицу времени и объема реагента, размещенного в корпусе 4 (или 17) секции.
Подбирая необходимую высоту корпуса, заливаемого реагентом, и ячейку проницаемого материала, можно добиться строгого дозирования термопластичного реагента при заданной вязкости реагента и необходимой скорости растворения реагента на поверхности проницаемого материала.
Таким образом, предлагаемый способ подачи термопластичного реагента в скважину и устройства для его реализации обеспечивают постоянную обработку пластовой жидкости термопластичным реагентом на протяжении всего цикла нефтедобычи. При этом гарантируется равномерный и экономичный вынос термопластичного реагента при различных дебитах и режимах эксплуатации скважины, что позволяет, наряду с увеличением межочистного периода работы скважины, увеличить и межремонтный период работы таких скважин.