СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ И ПРОБОК В НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИНАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DESTROYING AND PREVENTING DEPOSITS AND PLUGS FORMATION IN OIL AND GAS WELLS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретения относятся к области нефтедобычи и может быть использовано для предотвращения и ликвидации образования гидратопарафиновых и асфальтеносмолистых отложений и пробок в скважине.
Известно устройство для поддержания теплового режима скважины на уровне предупреждения в ней парафиногидратообразования, содержащее подключенный к трехфазному источнику питания геофизический кабель с сердечником из семи многопроволочных токопроводящих жил, подушку под броню в виде обмотки из полиэтилентерефталатной ленты, броню из стальных круглых проволок [Малышев А.Г. и др. Применение греющих кабелей для предупреждения парафиногидратообразования в нефтяных скважинах. - Нефтяное хозяйство, 1990, N 6, стр.58-60].
Недостаток известного устройства - низкая удельная теплоотдача по глубине погружаемого кабеля, недостаточная для предупреждения образования отложений парафина, и отсутствие какого-либо акустического воздействия на скважину.
Известен способ удаления парафиновых отложений со стенок насосно-компрессорных труб, при котором устанавливают в скважине ультразвуковой преобразователь. Возбуждают колебания. При этом ультразвуковой преобразователь устанавливают в зоне наибольших толщин отложений парафина. Определяют собственную частоту радиально и радиально-изгибных мод колебаний насосно-компрессорных труб (НКТ), заполненной нефтью с парафиновыми отложениями. Возбуждают в НКТ резонансные колебания на этих частотах. Интенсивность виброобработки поддерживают до отслаивания парафиновых отложений и растворения их в нефти [Патент РФ №2106480, кл. E21B 37/00, E21B 28/00, опубл. 03.10.1988].
Недостатком этого способа является узкий диапазон вибровоздействия по частоте (определяется только параметрами излучателя), необходимость размещения излучателя вблизи зоны обработки, отсутствие мощного температурного воздействия на скважину, что значительно снижает производительность очистки.
Известно устройство для акустического воздействия на нефтегазоносный пласт, которое содержит наземный блок управления, соединенный посредством кабеля со скважинным прибором, состоящим из генератора, акустического излучателя и датчика. Скважинный прибор выполнен в виде двух частей, соединенных кабелем. В верхней части размещен генератор, а в нижней, сообщающейся с окружающей средой, - датчик. По крайней мере один акустический излучатель снабжен хотя бы одним, установленным соосно с ним отражателем акустических волн. Отражатель имеет коническую поверхность с углом при вершине 90 град., обращенную вершиной к излучателю. Расстояние от торца излучателя до поверхности отражателя выбрано из условия образования стоячей волны в скважинной трубе. [Патент РФ №2140519, кл. E21B 32800, E21B 43/25, опубл. 27.10.1999].
Недостатком известного устройства является сложность конструкции акустического излучателя и необходимость его размещения вблизи зоны обработки, что снижает эффективность очистки.
Известно скважинное термоакустическое устройство, которое содержит опорный корпус, магнитострикционный вибратор (МСВ) и акустический отражатель (АО). При этом МСВ выполнен стержневым и закреплен в опорном корпусе над АО. Расстояние между излучающим торцом МСВ и отражающей поверхностью АО равно нечетному числу полуволн, установившихся в скважинной жидкости (СЖ) на резонансной частоте МСВ. В опорном корпусе между излучающим торцом МСВ и отражающей поверхностью АО выполнено окно для излучения в СЖ акустической волны. Устройство снабжено теплопроводящими ребрами для удаления тепла от греющихся обмоток МСВ и передачи этого тепла в СЖ. Данное термоакустическое устройство дает возможность создавать резонансные колебания с образованием продольной стоячей и бегущих волн [Патент РФ №2161244, кл. E21B 43/00, E21B 43/25, опубл. 27.12.2000].
Недостатком известного устройства также является сложность конструкции акустического излучателя и необходимость его размещения вблизи зоны обработки, что снижает эффективность очистки.
Известен способ акустической обработки продуктивной зоны скважины и устройство для его реализации, основанный на возбуждении скважинного акустического излучателя электрическим сигналом технологического диапазона частот, преобразовании энергии электрического сигнала в энергию акустических колебаний. На ближнюю продуктивную зону скважины воздействуют акустическими колебаниями суммы электрических сигналов ряда частот технологического диапазона. На дальнюю зону воздействуют низкочастотными акустическими колебаниями комбинационных разностных частот технологического диапазона. В способе заложены принципы линейного преобразования, при котором энергия комбинированного двухчастотного сигнала преобразуется в энергию радиальных акустических колебаний. При распространении таких колебаний вследствие их нелинейного взаимодействия в среде, в которой распространяется энергия, формируются низкочастотные акустические колебания [Патент РФ №2162519, кл. E21B 43/25, E21B 28/00, опубл. 27.01.2001].
Устройство для осуществления этого способа содержит последовательно включенные устройство управления, выполненное на многоканальных задающем генераторе и фазоимпульсном модуляторе, генераторное устройство, содержащее ряд ключевых усилителей мощности, согласующее устройство, кабель, скважинный акустический излучатель и силовой выпрямитель. Вход выпрямителя соединен с клеммами первичной сети электропитания. Шина управляющего напряжения в устройстве соединена с входом управления многоканального фазоимпульсного модулятора. [Патент РФ №2162519, кл. E21B 43/25, E21B 28/00, опубл. 27.01.2001].
Недостатком этого способа и устройства для его реализации является сложность оборудования и трудности конструкционного характера при реализации скважинного акустического излучателя, способного эффективно работать на разных технологических частотах.
Известен способ разрушения и предотвращения образования отложений и пробок, по которому в скважину на глубину образования отложений погружают нагревательный кабель из линейного нагревательного элемента и питающей жилы, нагревают кабель пропусканием электрического тока по нагревательному кабелю через питающую жилу с регулированием теплового режима по глубине образованных отложений. В процессе проведения подготовительной операции определяют возможную глубину парафинообразования, длину нагревательного кабеля и его мощность в зависимости от дебита скважины, давления в скважине, температуры плавления изоляционного материала нагревательного кабеля и температуры в зоне расположения нижнего конца опущенного в скважину нагревательного кабеля, а расход энергии, затрачиваемой на нагрев, регулируют временем работы нагревательного кабеля и его температурой, которую поддерживают по всей длине рабочей части нагревательного кабеля на 5-50°C выше температуры плавления парафина, при этом температуру выходящего из скважины потока продукта поддерживают в зависимости от температуры окружающей среды и, по меньшей мере, на 5°C выше максимальной температуры выходящего потока продукта при отсутствии нагревательного кабеля [Патент РФ №2166615, кл. E21B 37/00, 36/04, опубл. 2001 г.].
Устройство для осуществления этого способа содержит нагревательный кабель и соединенную с ним систему управления его нагревом. Нагревательный кабель содержит, по меньшей мере, два нагревательных элемента, изолированных друг от друга, расположенных в изоляционной оболочке и подключенных одними своими концами к источнику питания, при этом другие концы нагревательных элементов соединены между собой и изолированы, а отношение электрических сопротивлений нагревательных элементов выбрано в пределах 1-10, при этом установка дополнительно содержит, по меньшей мере, один датчик температуры, установленный на нагревательном кабеле, а система управления нагревом выполнена с возможностью ступенчатого регулирования температуры нагревательного кабеля с чередованием его нагрева до максимально заданной температуры и создания паузы для его охлаждения в пределах 30°C от этой температуры кабеля [Патент РФ №2166615, кл. E21B 37/00, 36/04, опубл. 2001 г.].
Недостатками вышеописанных способа и устройства для его осуществления являются низкая надежность и громоздкость устройства.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах, при котором осуществляют нагрев на глубину образования отложений с помощью нагревательной системы, содержащей линейный нагревательный элемент в виде колонны труб в скважине или металлического проводника, погружаемого в скважину, и погружаемую в скважину питающую жилу, по которой пропускают электрический ток с обеспечением его замыкания в головной части нагревательной системы на линейный нагревательный элемент, при этом регулируют тепловыделение. Через питающую жилу пропускают электрический ток высокой частоты и воздействуют на металл линейного нагревательного элемента высокочастотным полем питающей жилы, при этом частоту электрического тока устанавливают на нижнем пороге из условия, чтобы глубина проникновения высокочастотного поля в металл линейного нагревательного элемента была меньше его толщины, и регулируют тепловыделение таким образом, что обеспечивают преимущественное тепловыделение по длине линейного нагревательного элемента путем уменьшения промежутка между последним и питающей жилой и путем увеличения частоты электрического тока от этого нижнего порога [Патент №2248442, кл. E21B 37/00, 36/04, опубл. 2005 г.].
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважин, содержащее нагревательную систему, состоящую из питающей жилы и линейного нагревательного элемента в виде колонны труб в скважине или металлического проводника с сечением, выбранным достаточным для удержания веса погружаемой в скважину нагревательной системы, а также замыкатель электрического тока между ними в головной части нагревательной системы. В качестве металлического проводника устройство содержит голый металлический проводник, питающая жила выполнена из скрученных и изолированных проводников, а замыкатель электрического тока выполнен либо в виде обмотки из высокочастотного провода, намотанной на ферритовый сердечник и помещенной внутрь металлической оболочки таким образом, что ферритовый сердечник торцевыми частями замкнут на эту оболочку, при этом марка феррита сердечника выбрана из условия превышения его температуры потери магнитных свойств над температурой плавления отложений в скважине, но не выше температуры их возгорания или коксования, либо в виде голого электрода, подключенного к питающей жиле, снабженного охранными изоляционными втулками, установленными с промежутками по длине голого электрода, причем голый электрод расположен с образованием вдоль его оси канала для протока жидкости между ним и нагревательным элементом [Патент №2248442, кл. E21B 37/00, 36/04, опубл. 2005 г.].
Недостатками наиболее близких к заявляемой группе изобретений способа ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах и устройства для осуществления способа являются:
- низкая производительность очистки скважины;
- потребность значительного потребления энергии из сети (как минимум 50 кВт), направленного на расплавление отложений в скважине;
- завышенные требования к погружаемой питающей жиле, так как пропускаются большие непрерывные токи через проводник, причем высокой частоты, а, следовательно, необходимо большое сечение питающей жилы, что приводит к большому весу погружаемого в скважину кабеля и требует применения дорогостоящего грузонесущего кабеля;
- для регулирования тепловыделения требуется изменять промежуток между линейным нагревательным элементом и питающей жилой тока, а изменение промежутка в реальной практике не осуществимо;
- применяется ручное регулирование технологического процесса обработки скважины для удаления отложений, что не позволяет полностью автоматизировать процесс;
- большая стоимость оборудования и, как следствие, большие затраты на обработку скважин.
Указанные недостатки значительно снижают эффективность обработки и очистки скважины.
Предлагаемая группа изобретений направлена на повышение производительности очистки скважин за счет комбинированного электромагнитного и механоакустического колебательного воздействия по глубине скважины, значительного увеличения импульсной мощности воздействия по всей глубине скважины с одновременным повышением надежности электромагнитной и механоакустической колебательной системы, снижением энергозатрат, уменьшением габаритов устройства и обеспечением автоматического регулирования способа.
Это достигается тем, что в способе разрушения и предотвращения образования парафиногидратных и асфальтеносмолистых отложений и пробок в стволе шахты, при котором осуществляют воздействие электромагнитными и акустическими колебаниями на колонну труб и ствол шахты, согласно изобретению по проводнику, погруженному в межтрубное пространство или в насосно-компрессорную трубу (НКТ) скважины на глубину образования отложений, пропускают серию коротких, мощных одиночных импульсов электрического тока по форме близких к синусоидальному току от наземного генератора, создают микрозазоры по межкристаллическим связям отложений и по поверхности контакта насосных штанг и трубных колонн с отложениями по всему их протяжению, удаляют отслаиваемые отложения с откачиваемой нефтью посредством штатного насоса. Длительность пропускаемых коротких импульсов тока выбирают равной либо одному периоду, либо 1/2 периода электромагнитных колебаний, формируемых наземным генератором совместно с проводником, но не более 50 мкс, и воздействуют на колонну труб и скважинную жидкость импульсной энергией электромагнитного и акустического полей, создаваемых электромагнитной и механоакустической колебательной системой, образованной в скважине, при этом напряжение, подаваемое на проводник выбирают и устанавливают из условия обеспечения максимально возможной амплитуды, не превышающей пробивное напряжение его изоляции, путем согласования выхода генератора с проводником через согласующий трансформатор, и регулируют электромагнитное и акустическое воздействие на скважину путем увеличения или уменьшения скважности импульсов пропускаемого тока, поддерживая при этом амплитуду акустических колебаний в скважине максимальной за все время ее обработки.
В устройстве, содержащем наземный регулируемый импульсный генератор, согласующий высоковольтный трансформатор и металлический изолированный проводник или стандартный геофизический кабель, у которого имеются изолированные жилы, указанный технический результат достигается тем, что согласно изобретению вывод погруженного в скважину на глубину отложений проводника или вывод изолированной жилы погруженного геофизического кабеля подключен к выводу вторичной обмотки согласующего высоковольтного трансформатора, второй вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к колонне труб скважины или к оплетке из стальных сплетенных грузонесущих жил геофизического кабеля, а первичная обмотка трансформатора нагружена на выход силовой части регулируемого наземного импульсного генератора, имеющего схему управления, осуществляющую подачу управляющих сигналов на силовую часть генератора в зависимости от уровня сигнала с датчика акустических колебаний, установленного на устье скважины, причем скважность импульсов тока, формируемых генератором и его нагрузкой, изменяют посредством схемы управления таким образом, чтобы обеспечить максимальную амплитуду акустических колебаний на устье скважины на протяжении всего времени обработки.
В процессе обработки скважины определяют скважность следования импульсов от наземного генератора в пределах звукового или ультразвукового диапазона частот. Скважность импульсов должна быть такой, при которой обеспечивается максимальное звуковое давление в скважине (механоакустический резонанс системы). При необходимости регулируют электромагнитное и акустическое воздействие на отложения в скважине. Регулируют электромагнитное и акустическое воздействие в скважине таким образом, что обеспечивают преимущественное механоакустическое воздействие по длине погружаемого излучателя путем изменения скважности импульсов электрического тока для обеспечения максимального звукового (ультразвукового) давления в скважине.
Предлагаемый способ разрушения и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах обеспечивает создание резонансных колебаний в механоакустической колебательной системе, которая создана в скважине, с образованием продольной стоячей и бегущих волн. Механоакустический резонанс в скважине возникает при определенной скважности импульсов пропускаемого тока и зависит от особенностей конкретной скважины (конфигурация скважины, количество отложений, тип отложений и др.). Скважность импульса - это отношение длительности импульса к периоду следования этих импульсов (обычно, если используется резонансная или квазирезонансная схема силовой части наземного генератора, длительность импульса всегда остается постоянной, поскольку, как было сказано ранее, она определяется только параметрами нагруженного на силовую часть контура). Поэтому в предлагаемом способе регулируют только скважность импульсов и измеряют с помощью датчика амплитуду акустических колебаний на устье скважины непосредственно на трубе с помощью установленного датчика акустических колебаний (например, пьезоэлемент). В процессе обработки разрушаются связи в отложениях, дополнительно возможно расплавление отложений и они уносятся в потоке скважинной жидкости, что приводит к изменению механоакустических характеристик скважины, поэтому требуется поднастройка скважности импульсов, чтобы приближаться к механоакустическому резонансу в скважине. Интенсивность воздействия в процессе обработки скважины поддерживают до отслаивания отложений в скважине и растворения их в нефти (скважинной жидкости).
Способ позволяет осуществить при обработке нефтегазодобывающих скважин комбинированное электромагнитное и акустическое (с широким диапазоном акустического поля по частоте) воздействие, направленное на активное разрушение парафино-гидратных и асфальтеносмолистых отложений и пробок в скважинах.
В предлагаемом способе имеет место двойное преобразование энергии: электромеханическое, в результате которого часть подводимой к погруженному в скважину проводнику электромагнитной энергии переходит в энергию колебаний механической системы, и механоакустическое, при котором за счет колебаний механической системы в среде создается звуковое или ультразвуковое поле. Колонна труб (или броня геофизического кабеля) является ферромагнитным материалом, а проводник, погруженный в эту колонну труб (скважину), обычно выполнен из меди и является диамагнитным материалом. Ферромагнитные материалы, помещенные в магнитное поле, изменяют свои размеры (магнитострикционный эффект). Если по медному проводнику, наложенному на ферромагнитный проводник, пропустить ток, то под воздействием изменяющегося магнитного поля ферромагнитный проводник будет деформироваться. Электромагнитное взаимодействие проводника с током и колонны труб приводит к возникновению притягивающей или отталкивающей электромагнитной силы максимальной при максимальной амплитуде тока и равной нулю при достижении током нулевого значения, и соответственно создаются механические колебания поверхности стальной колонны труб также на частоте пропускаемого по проводникам импульса. Механическая энергия создает акустические волны, распространяющиеся в средах с разной скоростью распространения звуковой волны. Возникающие упругие колебания распространяются по всей длине колонны в перпендикулярном к ней направлении, причем с различными скоростями: в стали со скоростью звука ~5000 м/с, а в откачиваемой жидкости - со скоростью 1000-1500 м/с.
Эффект магнитострикции и электромагнитного взаимодействия приводит к сильному механическому воздействию на отложения и пробки в скважине.
Новым эффектом также является перераспределение акустической и электромагнитной энергии в скважине. Преобразование энергии электромагнитного поля в полезную энергию механических колебаний проводника дополнительно приводит к потерям, выделяющимся в виде тепла в проводнике. Новый эффект перераспределения механических вибраций, тепла и акустического воздействия при этом обусловлен разной физической природой распределения электромагнитных и механических волн.
Путем подстройки скважности пропускаемых по проводнику импульсов при различных длинах погружения проводника для увеличения эффекта достигают механического резонанса по максимальному звуковому давлению в скважине. Управление скважностью следования импульсов с целью обеспечения максимального звукового давления в скважине является отличительным признаком предлагаемого способа очистки скважин.
Через некоторое время воздействий звукового поля в скважине создаются микрозазоры по межкристаллическим связям отложений и по поверхности контакта насосных штанг и трубных колонн с отложениями по всему их протяжению, тем самым происходит разрушение и выброс отложений с откачиваемой нефтью (при этом акустическое поле в скважине сохраняется, но без механического резонанса электромеханической системы).
Дополнительным новым эффектом является то, что из-за наличия среды поглощения, часть механической энергии акустических волн диссипируется, преобразуясь в тепловую энергию в скважинной жидкости. В силу этого в скважине возникает распределенный с некоторой плотностью внутренний тепловой источник, который разогревает окружающую среду. Поскольку вязкость углеводородов экспоненциально зависит от температуры [1], то ее повышение приводит к уменьшению вязкости и к более эффективной очистке скважины от отложений. Известно [2], что использование обычного теплового источника той же мощности оказывается менее эффективным, несмотря на то, что величина температурного поля на стенках скважины многократно превышает ее же значение, чем при акустическом воздействии. Этот эффект объясняется тем, что акустическое воздействие обеспечивает более ровный и глубокий прогрев среды по сравнению с тепловым источником. При использовании ультразвуковой очистки скважин, в случае получения положительного результата, удается достичь довольно долгосрочных эффектов повышения дебита скважины.
Однако, следует отметить, что прогрев при акустическом воздействии является несущественным фактором в ряду других явлений, с помощью которых в литературе [3] объясняют долговременный эффект от акустического воздействия.
Предлагаемая группа изобретений поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства для разрушения и предотвращения образования парафиногидратных и асфальтеносмолистых отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах; на фиг.2 условно показано как распространяются создаваемые в скважине электромагнитные и механоакустические воздействия на НКТ.
Предлагаемое устройство для обработки скважины для разрушения и предотвращения образования парафиногидратных и асфальтеносмолистых отложений и пробок содержит наземный регулируемый импульсный генератор 1, силовая часть 6 которого может быть выполнена на мощных полупроводниках (например, IGBT - транзисторах), согласующий высоковольтный трансформатор 2 и металлический изолированный проводник 3 или стандартный геофизический кабель, у которого имеются изолированные жилы (не показано). Вывод погруженного в скважину на глубину отложений проводника 3 или вывод изолированной жилы погруженного геофизического кабеля подключен к выводу вторичной обмотки согласующего высоковольтного трансформатора 2. Второй вывод вторичной обмотки трансформатора 2 подключен к колонне труб 4 на устье скважины 5 или к оплетке из стальных сплетенных грузонесущих жил геофизического кабеля. Первичная обмотка трансформатора 2 нагружена на выход силовой части 6 регулируемого наземного импульсного генератора 1, имеющего схему управления 7, осуществляющую подачу управляющих сигналов 8 на силовую часть генератора в зависимости от уровня сигнала с датчика 9 акустических колебаний. Датчик 9 установлен на устье скважины 5 и соединен по линии обратной связи 10 с входом схемы управления наземного импульсного генератора 1.
Наземный генератор 1 совместно с проводником 3 образует преобразователь электрической энергии, который создает в скважине электромагнитные и механоакустические колебания. Для согласования наземного генератора 1 с проводником 3 и увеличения мощности воздействия служит высоковольтный трансформатор 2.
Для осуществления предлагаемого способа в планшайбе 11, установленном на устье скважины, выполнено технологическое отверстие для погружения в скважину проводника, например, в насосно-компрессорную трубу, как показано на фиг.2.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Датчик акустических колебаний 9, расположенный на устье скважины 5, воспринимает амплитуду механического воздействия в скважине и преобразует ее в сигнал, воспринимаемый схемой управления 7, которая изменяет следование управляющих импульсов 8, подаваемых на силовую часть 6 наземного генератора 1. Усиленные силовой частью импульсы поступают на высоковольтный трансформатор 2 и далее на проводник 3. В результате через погруженный в скважину проводник 3 пропускают короткие импульсы тока, длительность которых выбирают и фиксируют (оставляют неизменной в процессе работы, что обеспечивается схемой управления 7) равной либо одному периоду, либо 1/2 периода электромагнитных колебаний, формируемых наземным генератором 1 совместно с проводником 3, но не более 50 мкс. При пропускании импульсов тока по проводнику 3 создают электромагнитные и механоакустические колебания в скважине. Таким образом, воздействуют на колонну труб 4 и скважинную жидкость импульсной энергией электромагнитного и акустического полей 12, создаваемых электромагнитной и механоакустической колебательной системой, образованной в скважине. При этом напряжение, подаваемое на проводник 3, выбирают и устанавливают из условия обеспечения максимально возможной амплитуды, не превышающей пробивное напряжение его изоляции, путем согласования выхода генератора 1 с проводником 3 через согласующий трансформатор 2. Далее регулируют электромагнитное и акустическое воздействие на скважину с помощью наземного генератора 1, который вследствие работы схемы управления 7 увеличивает или уменьшает скважность импульсов пропускаемого тока через проводник 3 тока.
Скважность импульсов тока, формируемых генератором 1 и его нагрузкой 3 и 4, изменяют схемой управления 7 таким образом, чтобы обеспечить максимальную амплитуду акустических колебаний на устье скважины на протяжении всего времени обработки.
Согласование с нагрузкой осуществляют подбором витков вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 3 (должны быть сделаны быть отводы во вторичной обмотке трансформатора), он же осуществляет гальваническую развязку распределенной электромагнитной и акустомеханической колебательной системы, в виде проводника 5, например, кабеля, погруженного в скважину, от промышленной сети 380 В.
При этом электрический импульс имеет следующие параметры:
- амплитуда напряжения импульса с выхода согласующего трансформатора - максимально возможная для опускаемого в скважину кабеля, например, для кабеля КРБК - 5 кВ, для грузонесущего кабеля КГ - 3 кВ. Амплитуда выбирается путем переключения отводов от вторичной обмотки согласующего трансформатора;
- импульсы должны быть малой длительности, не более 50 мкс, чтобы имел место ультразвук в скважине. Длительность импульса зависит от параметров распределенной электромагнитной и механоакустической колебательной системы, образованной в скважине, при использовании полупроводникового генератора с резонансной или квазирезонансной структурой силовой части. Поэтому длительность импульса можно всегда вычислить, зная сосредоточенные параметры LC-контура (реактивные и активные составляющие контура), нагружаемого на выход силовой части генератора [4], в нашем случае это эквивалентные параметры распределенной электромагнитной и механоакустической колебательной системы, образованной в скважине. Поскольку на выходе силовой части 6 генератора 1, выполненного, например, по резонансной схеме, имеется конденсатор, последовательно с которым включается распределенная электромагнитная и механоакустическая колебательная система, образованная в скважине (нагрузочный контур в виде проводника 3 и трансформатора 2 для силовой части генератора), то изменяя емкость этого конденсатора, можно регулировать в необходимых пределах длительность воздействующего на скважину импульса. Кроме того, на длительность импульса оказывает влияние, внесенное в нагрузочный контур эквивалентное активное сопротивление, которое и определяет активную энергию, воздействующую на отложения в скважине;
- форма импульса должна быть близкая к синусоиде (также определяется структурой силовой части генератора и распределенными электрическими параметрами длинной линии, образованной опущенным в скважину кабелем и колонной труб - распределенная электромагнитная и механоакустическая колебательная система).
Ниже приведены примеры реализации предлагаемого способа.
Пример 1. Проводились работы по ликвидации и предотвращению образования асфальтеносмолистых и парафиногидратных отложений (АСПО) на трех скважинах Восточно-Перевальского месторождения с электроцентробежным насосом. Глубина обработки каждой скважины 1200 метров. Скважины находились в работе и ожидали планового ремонта скважины (ПРС). Глубина отложений колебалась от 500 до 1000 метров.
-4
-5
В НКТ на глубину обработки (1000 м) опустили медный изолированный одножильный кабель КРБП-90 сечением 16 кв. мм, который являлся излучателем воздействий на скважину. Пропуская по кабелю серию одиночных импульсов с мощностью каждого до 150 кВт за единицу времени 10-10 с, в течение 7 часов проводили обработку скважин поочередно. После разрушения отложений производился их выброс штатным насосом.
Средняя потребляемая мощность составила 15 кВт. Периодичность обработки скважины составила 1 раз в 10 дней, количество обработок 3. При этом после первой обработки скважины средняя длительность последующих обработок снизилась в 3 раза и составила не более 2,5 часов.
В результате проведенных работ добились следующих результатов:
Исключилось проведение скребкования скважин, которое до этого проводилось с периодичностью 1 раз в 3 дня.
Увеличился дебет каждой скважины в среднем на 12%.
Проведение воздействия происходило без остановки скважин.
Пример 2. Работы проводились на шести скважинах оборудованных штанговыми насосами Кушкульского месторождения, причем три скважины находились в простое по причине подклинивания штанг, а три - в рабочем состоянии.
Для обработки использовался геофизический кабель КГ 7*0,75-75-120. Кабель опускался в пространство между НКТ и обсадной колонной на глубину 1000 метров.
В качестве излучателя воздействия был использован геофизический кабель с изолированными в нижней части жилами от брони кабеля. Разрушенные отложения удалялись штатным насосом
В результате воздействия на скважины, все три простаивающие скважины были запущены в работу без привлечения бригад ПРС. Увеличился межремонтный период (проведение мероприятия до воздействия не давали положительных результатов).
Успешно проведено воздействие на скважине, оборудованной эксплуатационной колонной 114 мм, на всех скважинах отмечено снижение нагрузок на головку балансира, и как следствие снижение нагрузок на штангу ШГН.
Исключена необходимость плановых обработок 1 раз в 30 дней (заливка химреагента и АДП горячей нефтью).
Таким образом, предлагаемая группа изобретений позволяет добиться высокой производительности и качества очистки скважин, а также обеспечить по сравнению с прототипом:
- более низкие энергозатраты (не менее чем в 2 раза, например, при том же времени обработки и при том же эффекте как в прототипе - мощность, потребляемая установкой из сети не превышает 15 кВт, в то время как в прототипе составляет 50 кВт), вследствие того, что при осуществлении предлагаемого способа создаются микрозазоры в отложениях, которые затем отслаиваются от колонны труб, и не требуется расплавление отложений, как в прототипе;
- меньшее сечение погружаемого металлического проводника, потому что требуются меньшие токи через проводник (питающую жилу по аналогии с прототипом), а, следовательно, меньший вес погружаемого в скважину проводника (в частности, кабеля), что дает возможность использовать более дешевые грузонесущие кабеля, и даже не грузонесущие кабеля;
- более высокую надежность работы устройства;
- автоматическое регулирование технологического процесса обработки скважины для удаления отложений, что позволяет полностью автоматизировать процесс (в прототипе производят ручное регулирование и изменение промежутка между линейным нагревательным элементом и питающей жилой тока, что в реальной практике не осуществимо);
- меньшую стоимость оборудования и, как следствие, меньшие затраты на обработку скважин.
1. Физические величины: Справочник // Под редакцией Григорьева И.С., Мейлихова Е.3. - М.: Энергоатомиздат, 1991, 1232 с.
2. Максимов Г.А., Радченко А.В. Роль нагрева при акустическом воздействии на пласт // Геофизика, №6, 2001, с.38-46. воздействия на нефтегазовые пласты. - М: Мир, 2001, 260 с.
3. Кузнецов О.Л., Ефимова С.Ф. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1983, 192 с.
4. Никитин Ю.А. Транзисторные преобразователи класса Е. Материалы семинара: Высокоэффективные ИВЭП и СВЭП. - МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1989. - с.94-101