ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОРРОЗИИ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОРРОЗИИ
INSTRUMENT FOR MEASURING CORROSION IN OIL WELLS, AND CORROSION MEASUREMENT METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к инструменту, который позволяет оценивать коррозионные и бактериологические процессы как в нагнетательной скважине, так и в скважине добычи нефти посредством механической фиксации инструмента в скважине на желаемой глубине, подлежащей анализу. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу, посредством которого получают различные данные, позволяющие произвести комплексную оценку системы.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Программы прогнозирования поведения воды информируют о коррозионных процессах, которым подвержены скважины, но эти программы основаны на консервативных алгоритмах и при определении способов уменьшения негативных последствий ограничиваются лишь теоретическими результатами. Дополнительно к коррозионным процессам присутствуют и бактериологические процессы. Оба типа процессов взаимодействуют синергетическим образом, приводя к значительно более агрессивному процессу.
[0003] В уровне техники широко известны устройства для измерения коррозии посредством контрольных пластинок. Например, в US 4688638 A (ConocoPhillips Holding Со.) раскрыта система для фиксации контрольных пластинок для измерения коррозии. Указанная система заключается в расположении контрольной пластинки, которая контролирует коррозию в проходе потока добычи внутри скважины добычи. Предпочтительно, контрольные пластинки имеют цилиндрическую форму и жестко закреплены в цилиндрическом кожухе, подвешенном без контакта с другими металлическими поверхностями.
[0004] В способе по документу US'639 для крепления устройства к трубе применяют ниппель без использования защелок, а распределение контрольных пластинок внутри цилиндрического корпуса выполнено таким образом, чтобы они не находились в условиях потока, присутствующего внутри трубы.
[0005] Еще одним документом, относящимся к той же области техники, является патент US 4928760 A (Chevron Research and Technology Co.), относящийся к подвешиваемому устройству, предназначенному для помещения в скважину на произвольную глубину для контроля или измерения коррозии внутри нее посредством контрольных пластинок.
[0006] Устройство согласно патенту US760 позволяет текучей среде протекать вокруг него, обеспечивая измерение коррозии, когда скважина находится в режиме добычи. Указанное устройство не крепят к трубе, а подвешивают со сложными установкой и обслуживанием во время работы по измерению.
[0007] Другим патентным документом, относящимся к данной области техники, является полезная модель CN 203559897 U (China Petroleum & Chemical Corporation - Sinopec Southwest Oil & Gas Company), относящаяся к устройству, подлежащему помещению в скважину на произвольную глубину для контроля или измерения коррозии в скважине посредством контрольных пластинок. В данном случае используется только одна контрольная пластинка, и поток не проходит через нее, так что полученные измерения могут быть не показательными в отношении реальной коррозии.
[0008] Подобным образом патентная заявка WO 2016/153522 А1 (Halliburton Energy Services) относится к устройству для измерения коррозии в нефтяных скважинах посредством контрольных пластинок. В указанном документе описано устройство для измерения коррозии в бурильной колонне посредством множества контрольных пластинок. Указанное устройство не является независимым и не может быть произвольно расположено на желаемой глубине.
[0009] Соответственно, существует необходимость создания инструмента, который обеспечивает его упрощенную установку и удаление, обеспечивая продолжительное время работы внутри нефтяной скважины без влияния на добычу из скважины, и распределение контрольных пластинок которого не изменяет поток текучей среды.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] На основе вышеизложенных соображений, настоящее изобретение обеспечивает решение проблем, указанных выше, за счет обеспечения инструмента, выполненного с возможностью анализа коррозии на глубине, на которой могут быть самые тяжелые условия, влияющие на целостность подземной установки.
[0011] В рамках настоящего изобретения термин «полая цилиндрическая гильза» подразумевает в целом цилиндрический полый корпус. Термины «цилиндрическая гильза» и «цилиндрический корпус» будут использоваться в настоящем изобретении взаимозаменяемо. Позиционные обозначения, например «выше», «ниже», «верхний», «нижний», «вверх», «вниз» и подобные, используются из расчета на то, что инструмент по настоящему изобретению находится в вертикальном положении.
[0012] В рамках настоящего изобретения термины «контрольные пластинки» или «образцы» будут использоваться взаимозаменяемо для обозначения металлографических элементов, используемых для определения коррозии. Аналогично, в отношении нефтяной скважины термины «насосно-компрессорная труба» или «система труб» используются взаимозаменяемо в рамках настоящего изобретения.
[0013] Соответственно, согласно первому аспекту, объектом настоящего изобретения является инструмент для измерения коррозии в нефтяной скважине, содержащей насосно-компрессорную трубу, причем указанный инструмент содержит:
- полую цилиндрическую гильзу, содержащую цилиндрическую стенку, верхний конец и нижний конец;
- полый элемент, расположенный на верхнем конце полой цилиндрической гильзы и содержащий коническую верхнюю часть и цилиндрическую нижнюю часть, которая выполнена с возможностью скольжения в пределах верхнего конца гильзы, причем цилиндрическая нижняя часть имеет скользящие средства соединения и удержания для соединения и удержания полой цилиндрической гильзы;
- расширяемые средства, расположенные на верхнем конце полой цилиндрической гильзы ниже конической верхней части и содержащие средства крепления к насосно-компрессорную трубе,
причем перемещение полого элемента в направлении вниз по отношению к гильзе вызывает проникновение конической верхней части в расширяемые средства, принуждая расширяемые средства расширяться в направлении наружу с приведением средств крепления в контакт с насосно-компрессорной трубой, тогда как перемещение полого элемента в направлении вверх по отношению к гильзе обеспечивает высвобождение расширяемого элемента с втягиванием внутрь и отделение средств крепления от насосно-компрессорной трубы;
- по меньшей мере одну контрольную пластинку для измерения коррозии и
- удлиненный элемент, продольно и эксцентрично закрепленный на нижнем конце гильзы, содержащей установочные средства для каждой из указанных по меньшей мере одной контрольной пластинки, причем установочные средства выровнены вдоль удлиненного элемента.
[0014] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанная по меньшей мере одна контрольная пластинка содержит множество контрольных пластинок, предпочтительно множество удлиненных контрольных пластинок.
[0015] В одном варианте реализации настоящего изобретения указанные расширяемые средства состоят из части цилиндрической стенки верхнего конца полой цилиндрической гильзы, которая имеет по меньшей мере одну продольную прорезь, обеспечивающую их расширение, причем средства крепления закреплены на внешней стороне указанной части цилиндрической стенки.
[0016] В более предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанные расширяемые средства состоят из части цилиндрической стенки верхнего конца полой цилиндрической гильзы, которая имеет по меньшей мере две продольных прорези, предпочтительно две продольных прорези, обеспечивающих их расширение, причем средства крепления закреплены на внешней стороне указанной части цилиндрической стенки.
[0017] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения указанные средства крепления содержат зажимы.
[0018] В другом предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения скользящие средства соединения и удержания цилиндрической нижней части полого элемента содержат соосное кольцо, которое окружает расширяемые средства и которое при движении вверх полого элемента вызывает отведение расширяемых средств внутрь и отделение средств крепления от насосно-компрессорной трубы.
[0019] В одном варианте реализации настоящего изобретения по меньшей мере одна контрольная пластинка представляет собой контрольную пластинку ленточного типа.
[0020] Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения по меньшей мере одна контрольная пластинка представляет собой контрольную пластинку прерывистого типа, то есть типа полоски.
[0021] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения установочные средства выступают перпендикулярно из удлиненного элемента с удержанием в вертикальной ориентации указанной по меньшей мере одной контрольной пластинки на расстоянии от удлиненного элемента.
[0022] Согласно второму аспекту, объектом настоящего изобретения является способ измерения коррозии в нефтяной скважине, включающий этапы, на которых:
- спускают инструмент по первому аспекту настоящего изобретения посредством оборудования троса или кабеля на желаемую глубину, где надлежит произвести коррозионный анализ;
- останавливают спуск инструмента, когда он находится в надлежащем положении, путем резкого высвобождения проволоки или кабеля, обеспечивая проникновение верхней конической части в расширяемые средства со смещением в нижнем направлении скользящих средств соединения и удержания цилиндрической нижней части полого элемента и для принуждения расширяемых средств к расширению, которое обеспечивает приведение средств крепления в контакт с насосно-компрессорной трубой, тем самым обеспечивая закрепление инструмента в нефтяной скважине;
- запускают нефтяную скважину в состояние добычи на определенный период времени;
- останавливают добычу нефти, когда определенный период времени истекает;
- высвобождают и удаляют инструмент посредством указанного оборудования троса или кабеля, перемещая вверх полый элемент, с тем чтобы высвободить расширяемые средства, отделить средства крепления от насосно-компрессорной трубы, удалить инструмент из нефтяной скважины, отделить контрольные пластинки от установочных средств и осуществить анализ проявившейся коррозии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0023] На ФИГ. 1А показан вид спереди инструмента по настоящему изобретению, показывающий инструмент в высвобожденном положении, то есть с конической верхней частью вне расширяемых средств верхней части полой цилиндрической гильзы или полого цилиндрического корпуса.
[0024] На ФИГ. 1 В показан боковой вид инструмента по настоящему изобретению, показывающий инструмент в высвобожденном положении, то есть с конической частью вне расширяемых средств верхней части полой цилиндрической гильзы или полого цилиндрического корпуса.
[0025] На ФИГ. 2 показан детальный боковой вид верхней части инструмента по настоящему изобретению, показывающий коническую верхнюю часть и расширяемые средства верхней части полой цилиндрической гильзы или полого цилиндрического корпуса.
[0026] На ФИГ. 3А-3С показаны три стадии, на которых коническая верхняя часть введена в расширяемые средства верхней части полой цилиндрической гильзы или полого цилиндрического корпуса, принуждая расширяемые средства расширяться. На ФИГ. 3А показана начальная стадия с не вставленной конической верхней частью. На ФИГ. 3В показана коническая верхняя часть частично вставленная, что вызывает небольшое расширение расширяемых средств и соответствующее смещение вниз скользящих средств соединения и удержания. На ФИГ. 3С показана полностью вставленная коническая верхняя часть, достигая полного расширения расширяемых средств и нижнего положения скользящих средств соединения и удержания.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] Настоящее изобретение будет описано ниже более детально со ссылками на сопроводительные чертежи, иллюстрирующие предпочтительные примерные примеры реализации изобретения, что не должно быть истолковано как его ограничение.
[0028] Аналогичные ссылочные обозначения на фигурах нанесены для обозначения аналогичных элементов устройство настоящего изобретения.
[0029] Настоящее изобретение относится к инструменту, который обеспечивает оценку коррозионных процессов и, кроме того, бактериологических процессов в скважине добычи и в нагнетательной скважине путем механической фиксации инструмента по настоящему изобретению на желаемой глубине скважины, подлежащей анализу.
[0030] На ФИГ. 1А показан вид спереди инструмента по настоящему изобретению. На ФИГ. 1 В, 2 и 3А-3С показан боковой вид справа инструмента и его деталей, который идентичен на виде слева, но не показан.
[0031] В предпочтительном варианте реализации изобретения, показанном на фигурах, инструмент содержит полую цилиндрическую гильзу или полый цилиндрической корпус 1, полый элемент 2, удлиненный элемент 4 и множество контрольных пластинок или образцов 5, закрепленных на удлиненном элементе 4.
[0032] Как может быть видно из ФИГ. 1 В и более детально из ФИГ. 2 и 3А-3С, полая цилиндрическая гильза или полый цилиндрической корпус 1 имеет пару продольных прорезей 11 на стенке своего верхнего конца, образуя две отделенных части стенки, составляющие расширяемые средства 10 в диаметрально противоположных положениях.
[0033] Инструмент по настоящему изобретению имеет множество зажимов 3, окружающих указанные расширяемые средства 10, для прикрепления инструмента к стенкам насосно-компрессорной трубы.
[0034] Как можно понять из фигур, полый элемент содержит соединительный буртик 8, коническую верхнюю часть 22, цилиндрическую нижнюю часть 21 и скользящие средства 9 соединения и удержания, которые имеют форму кольца, окружают расширяемые средства 10 и примыкающие к цилиндрической нижней части 21 через продольные прорези 11.
[0035] Как можно понять из ФИГ. 1А и 1 В, удлиненный элемент 4 имеет множество контрольных пластинок 5, закрепленных на соответствующих установочных средствах 6.
[0036] Инструмент выполнен с возможностью обеспечения жидких текучих сред и газовых текучих сред контактировать со всей поверхностью каждой контрольной пластинкой или образцом 5 симметричным образом без изменения в потоке, которое приводит к непостоянству в коррозийном процессе контрольной пластинки 5 и, соответственно, ошибочные результаты оценки.
[0037] Для этих целей, контрольные пластинки 5 выравнивают по центру полости цилиндрической гильзы или цилиндрического корпуса 1, по которому проходит поток, поскольку удлиненный элемент 4 расположен эксцентрически, то есть расположен на расстоянии от оси полой цилиндрической гильзы или полого цилиндрического корпуса 1. Вследствие такой формы инструмента контрольные пластинки 5 не могут контактировать с поверхностью насосно-компрессорной трубу и контактируют только с текучей средой.
[0038] В инструменте по настоящему изобретению может быть использовано множество контрольных пластинок 5 ленточного типа или прерывистого типа.
[0039] Инструмент по настоящему изобретению применяется в скважинах, которые имеют свою собственную систему труб для добычи/нагнетания (насосно-компрессорные или обсадные трубы), без внутрискважинных систем привода насоса (колонны труб) или капиллярной технологии.
[0040] Инструмент по настоящему изобретению позволяет использовать множество различных типов металлографии. Таким образом, использование, например, трех контрольных пластинок 5 различных металлографических типов, из первого металлографического типа могут быть проанализированы условия установки в скважине, а оставшиеся два металлографических типа позволяют определить поведение металла по отношению к условиям эксплуатации скважины.
[0041] Инструмент по настоящему изобретению является универсальным, поскольку он может быть использован в любом месте, где необходимо произвести измерение или контроль коррозии. Закрепление достигается посредством расширяемых средств 10 и зажимов 3, которые приводятся в действие оборудованием троса или кабеля.
[0042] Инструмент по настоящему изобретению имеет изолированные установочные средства 6 для установки контрольных пластинок или образцов 5, где контрольные пластинки или образцы 5 будут находится непосредственно в естественных условиях нефтяной скважины, и на них не будут влиять изменения потока, давления и температуры, или возможные полости, которые изменяют внутренний диаметр анализируемой насосно-компрессорной трубы.
[0043] В предпочтительном варианте реализации установочные средства 6 изготовлены на основе стойких полимерных материалов, например тефлона. Установочные средства 6 могут содержать шайбу с буртиком, подлежащую введению в отверстия контрольных пластинок или образцов 5. Таким образом, контрольные пластинки или образцы 5 полностью изолированы от инструмента или других металлических частей, тем самым избегая контакта металл-металл и, как следствие, возможной гальванической коррозии. Таким образом, исключены возможные ошибки измерения коррозии.
[0044] Инструмент по настоящему изобретению в предпочтительном варианте реализации имеет закругленный нижний конец 7 удлиненной части 4 для того, чтобы избежать возникновения турбулентности и чтобы на контрольные пластинки или образцы 5 не влияли изменения потока.
[0045] Инструмент по настоящему изобретению может быть оставлен установленным в нефтяной скважине на желаемый или необходимый период времени без влияния на эксплуатацию скважины.
Установка инструмента
[0046] В способе по настоящему изобретению инструмент вводят в скважину посредством оборудования троса или кабеля на желаемую глубину. В целом, проволочный канат является более предпочтительным, поскольку он позволяет проще закрепить инструмент на выбранном месте и обеспечивает работу с быстрыми темпами спуска и подъема, минимизируя потери времени производства. Вес инструмента оставляет зажимы 3 закрытыми, поскольку скользящие средства 9 соединения и удержания оставляют расширяемые средства 10 втянутыми, обеспечивая свободный спуск.
[0047] Спуск останавливается, когда инструмент расположен в точке, где необходимо произвести анализ коррозии. Эта точка будет получена обычно в качестве выводов программ прогнозирования, как описано ниже. В этой точке проволока или кабель из оборудования троса или кабеля, соответственно, резко высвобождается, позволяя конической верхней части 22 быть введенной в расширяемые средства 10, тем самым располагая внизу скользящие средства 9 соединения и удержания и вызывая расширение расширяемых средств 10 и последующее смещение зажимов 3 с упором в насосно-компрессорную трубу.
[0048] Открытие зажимов 3 приводит к их закреплению с упором в насосно-компрессорную трубу. После этого инструмент ударяют ударным ясом, принуждая зажимы 3 к окончательному закреплению, что в последствие позволяет ввести скважину в режим добычи без смещения инструмента.
[0049] Оборудование для удержания инструмента по настоящему изобретению во время погружения вниз до желаемой точки обычно называют "ловитель" или "ловильный инструмент". Ловителем маневрируют посредством проволоки или кабеля. Закрепление устройства по настоящему изобретению достигается посредством зажимов или шпилек, расположенных на нижнем участке ловителя и цепляющихся за соединительный буртик 8, который находится на верхнем участке полого элемента 2, соответствующего так называемой "головной части" инструмента.
[0050] Ловитель имеет бронзовые винты, которые посредством соударения с ударным ясом, предназначены для высвобождения зажимов, а те, как следствие, высвобождают инструмент.
[0051] На поверхности ловильные маневры выполняют для того, чтобы контролировать работу, выполняемую ловителем, проверяя то, что достигнуто оптимальное закрепление инструмента, и корректируя любые затруднения, если они присутствуют, перед началом маневров по погружению.
[0052] Когда спуск инструмента по настоящему изобретению начинается, нижние и верхние главные клапаны скважины закрыты. Это позволяет установить и убрать устьевую фонтанную арматуру для головной части и установить смазочное устройство внизу инструмента. Через смазочное устройство проходят проволока или кабель, отвечающие за достижение инструментом желаемого положения. После этого верхний и нижний главные клапаны открывают и выполняют спуск. Когда инструмент закреплен, ловитель открепляют и поднимают для его удаления. Когда он удален на поверхность, верхний и нижний главные клапаны закрывают, смазочное устройство удаляют, верхний участок скважины снова собирают и открывают соответствующие клапаны для запуска скважины.
[0053] Таким образом, когда инструмент установлен, скважина приведена в режим добычи. Контрольные полоски или образцы 5 установлены выше по потоку инструмента в скважине добычи, избегая турбулентности и изменений потока. Кроме того, поскольку установленный инструмент полый, добыча не претерпевает значительного изменения с сохранением потока скважины и давления, подвергая контрольные пластинки 5 реальным условиям работы скважины. Таким образом, отсутствует влияние на результаты измерения коррозии, что может привести к ошибочной оценке условий, которым подвержена установка скважины.
Способ измерения коррозии
[0054] Программы прогнозирования позволяют оценить условия, которым подвергнута система добычи нефти, но образцы и данные, которые рассматриваются, относятся к поверхности. Эти данные не относятся к условиям, которым реально подвержена установка, поскольку они зависят от градиента глубины, разницы давлений, температур и поведения потока.
[0055] Таким образом, данные с поверхности используются в качестве входных данных для программы прогнозирования, результаты которой принимаются как оценка. Результирующий график такого типа программ показывает секторы, в которых расположена коррозия.
[0056] Когда определено расположение коррозии, инструмент программируется на погружение в указанное место с контрольными пластинками 5 с различными типами металлографии, где они будут выдержаны в условиях скважины на определенный промежуток времени, в соответствии с типом и агрессивностью преобладающей коррозии.
Удаление инструмента
[0057] В конце периода выдержки контрольных пластинок, скважину закрывают посредством обычных запорных клапанов, устанавливают смазочное устройство, верхний и нижний главные клапаны открывают, а ловитель опускают вниз к инструменту по настоящему изобретению. Ловитель крепится к соединительному буртику 8 головной части инструмента через зажимы, находящиеся на его нижней части, он поднимает полый элемент 2 таким образом, что, когда поднимаются скользящие средства 9 соединения и удержания, расширяемые средства 10 и зажимы 3 втягиваются, высвобождая инструмент, который поднимают на поверхность. Затем смазочное устройство удаляют, верхний участок скважины снова собирают и запорные клапаны открывают для запуска скважины.
[0058] Когда инструмент находится на поверхности, контрольные пластинки 5 удаляют и подвергают различным видам анализа, таким как, помимо прочего, цифровая фотография, сканирующая электронная микроскопия, рентгеновская дифракция, для получения данных.
[0059] Инструмент по настоящему изобретению обеспечивает получение информации различных видов, такой как:
1. Морфология разъедания.
2. Расчет милов в год (mils per year, MIY) или тысячных долей дюйма в год. Эта единица измерения используется в данной области техники для выражения степени или скорости коррозии на металлической поверхности.
3. Остаточный срок эксплуатации, принимая во внимание коррозию на данный момент.
4. Оценка различных металлографических типов для конкретных случаев анализируемых скважин или скважин с похожими условиями.
5. Подтверждение достоверности программ прогнозирования на основании контроля того, присутствует ли разница между коррозией контрольных пластинок и коррозией, прогнозируемой программой, позволяя выполнять корректировку программы.
Варианты осуществления, описанные в данном документе в качестве иллюстрации, могут быть выполнены надлежащим образом в отсутствие какого-либо элемента или элементов, ограничения или ограничений, конкретно не описанных в данном документе. Так, например термины «содержащий», «включающий», «заключающий в себе» и т.д. следует понимать в широком смысле и без ограничений. Кроме того, термины и выражения, использованные в данном документе, использовались в качестве терминов описания, а не ограничения, и при использовании таких терминов и выражений не следует исключать какой-либо эквивалент признаков или их частей, показанных и описанных, а также понятно, что возможны различные модификации в пределах объема изобретения. Таким образом, следует понимать, что, хотя настоящие варианты реализации были конкретно описаны предпочтительными вариантами реализации и дополнительными признаками, специалисты в данной области техники могут представить себе их модификации и варианты, и такие модификации и варианты рассматриваются в рамках объема изобретения.