Секция контейнера, предназначенного для подачи реагента в скважину

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для дозирования реагента-ингибитора в жидкую среду, и может быть использована при дозировании растворами реагента в восходящем потоке пластовой жидкости.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в процессе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, где требуется растворить реагент-ингибитор в пластовой жидкости с заданной интенсивностью, обеспечивая при этом предотвращение отложений солей и/или парафина в насосно-компрессорных трубах (НКТ) и на корпусе насоса, а также обеспечивая предотвращение коррозии нефтепромыслового оборудования. Устройство, составленное из нескольких секций, может быть использовано как в газлифтных скважинах, так и в скважинах, оборудованных глубинными насосами.
Из уровня техники широко известны различные конструкции секций для устройств, предназначенных для подачи ингибитора в скважину. Наиболее распространенные из них представляют собой перфорированную с боковой поверхности трубную секцию с размещенным внутри реагентом-ингибитором между жестко закрепленными внутри трубной секции заглушками-фильтрами (патенты РФ №№ 2277627, 2342519, 2405915 и другие).
Основное отличие их друг от друга заключается в размерах перфорационных отверстий, в особом их расположении на боковой поверхности трубной секции, в наличии на концевых участках секции емкости предварительного смешивания, в способе соединения секций друг с другом, например гибкой связью или посредством муфты.
Основным недостатком указанных контейнеров является неравномерная скорость дозирования, особенно, в скважинах с повышенным содержанием механических примесей в пластовой жидкости, ввиду возможного засорения отверстий фильтров.
Из этой серии известно устройство для подачи реагента (патент РФ № 2386791), выполненное в виде соединенных между собой по торцам с помощью муфт секций, каждая из которых представляет собой полый цилиндрический контейнер, включающий расположенные в его торцах камеры смешения, снабженные отверстиями для гидравлического соединения со скважиной и отделенные от полости, заполненной реагентом, дозирующими фильтрами из пластиковых или металлических сеток.
Однако это известное устройство не лишено недостатков, а именно
низкая точность дозирования реагента из-за возможного закупоривания ячеек дозирующих фильтров механическими примесями, попадающими в камеры смешения со скважинной жидкостью;
трудоемкость формирования наклонных отверстий в длинномерных цилиндрических контейнерах.
Также известны секции контейнера, которые представляют собой металлический трубный корпус, внутри которого устанавливаются цилиндрические камеры с ингибитором. Такие конструкции описаны в ряде патентов.
Например из патента РФ № 2350912 известен дозатор реагента в скважину, содержащий цилиндрический корпус секции контейнера, имеющего в нижней и верхней боковых частях отверстия, и ячейку для реагента, нижнее входное отверстие в корпусе контейнера закрывается посредством заслонки, работающей при воздействии на нее тросика, который подведен сверху через распределительную муфту, которая одновременно служит для скрепления корпуса контейнера с насосно-компрессорной трубой (НКТ), верхнее выходное отверстие снабжено обратным клапаном, внутри корпуса секции контейнера размещена ячейка для реагента, имеющая крышку и днище с отверстиями и прижатая квнутренней стенке корпуса контейнера упорным кольцом, снизу корпус секции контейнера снабжен днищем в виде крышки. В преимущественном варианте выполнения известного дозатора: 1) цилиндрический корпус секции имеет несколько нижних входных и верхних выходных отверстий; 2) он содержит несколько цилиндрических корпусов, соединенных между собой в контейнер переходной муфтой.
Недостатками указанного известного дозатора являются сложность конструкции обратного клапана и возможность заклинивания клапана при повышенном содержании механических примесей в пластовой жидкости, в результате чего увеличивается расход реагента.
Также известен скважинный контейнер для дозирования реагента (патент РФ № 2584710), который включает цилиндрические секции с реагентом, соединенные муфтами и имеющие камеру смешения, отделенную от реагента проницаемой перегородкой и снабженную отверстиями для соединения со скважиной. Проницаемая перегородка ориентирована вдоль оси цилиндрической секции, выполнена плоской или выпуклой формы и разделяет ее полость на камеру, заполненную реагентом, и полую камеру смешения. Стенка цилиндрической секции снабжена в пределах камеры смешения нижним и верхним отверстиями, сообщающими камеру смешения со скважиной.
Недостатками указанного известного устройства является то, что камера смешения контактирует с пластовой жидкостью через отверстия, и отсутствует контакт всей массы реагента с жидкостью, т.к. нет сквозного омывания реагента, содержащегося внутри секции. В случае засорения отверстий камеры смешения растворение ингибитора прекращается, и контейнер перестает эффективно работать.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для подачи реагента в скважину (патент РФ № 2552276). Известное устройство выполнено в виде контейнера, состоящего из секций и вторичных регулируемых дозирующих механизмов (перфорационных отверстий). В корпусе каждой секции расположены один или несколько картриджей с реагентом. Картридж представляет собой корпус, закрытый с торцов заглушками с регулируемыми первичными дозирующими механизмами (это обычные фильтры) или с одного торца глухой заглушкой, а со второго – заглушкой с регулируемыми первичными дозирующими механизмами. Картриджи жестко закреплены внутри корпуса секции посредством фиксирующих механизмов.
Регулируемые вторичные дозирующие механизмы - отверстия расположены в той части секций контейнера, которая образуется между регулируемыми первичными дозирующими механизмами и глухой заглушкой секции контейнера, или концом секции контейнера, или другим картриджем.
Недостатками известного устройства, выполненного из ряда соединенных между собой секций, являются
недостаточная точность дозирования реагента из-за возможного закупоривания ячеек дозирующих фильтров механическими примесями, попадающими в камеру смешения вместе со скважинной жидкостью, что особенно ярко будет проявляться в низкотемпературных и высокодебитных скважинах, т.е. известное устройство не является универсальным для скважин с различными пластовыми условиями.
возможность замоноличивания массы ингибитора, ввиду проникновения водонефтяной эмульсии к нему в ограниченном по площади фильтре.
сложность настройки дозирующих фильтров под проявляющиеся осложняющие факторы в скважине, например при уменьшении обводненности жидкости в скважине, в результате чего нефтесодержащий флюид может закупоривать отверстия в фильтрах, оседая на стенках фильтра, так как нет постоянного потока флюида внутри секции.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении продолжительности дозирования реагента в пластовую жидкость за счет равномерности растворения ингибитора-реагента при различных температурных скважинных условиях и при различном, в том числе повышенном, содержании механических примесей в пластовой жидкости.
Указанный технический результат достигается предлагаемой секцией контейнера, предназначенного для подачи реагента в скважину, включающей перфорированный корпус, торцевой участок которого снабжен резьбой и внутри которого размещена емкость, заполненная реагентом, снабженная по торцам крышкой и днищем, при этом новым является то, что емкость не закреплена внутри корпуса и размещена в нем с образованием зазора между ее наружными стенками и внутренней поверхностью корпуса с возможностью перемещения в пределах корпуса под воздействием пластовой жидкости, при этом емкость выполнена перфорированной в радиальном направлении с размещением перфорации в верхней и нижней боковых частях, причем количество отверстий в верхней части емкости больше количества отверстий в нижней части; а крышка и днище емкости выполнены глухими с обеспечением исключения попадания через них пластовой жидкости внутрь емкости; перфорационные отверстия в корпусе выполнены в его верхней или в средней частях и их диаметр больше диаметра отверстий в емкости, при этом нижняя часть корпуса секции снабжена штырем, размещенным перпендикулярно оси корпуса и выполненным с возможностью предотвращения выхода емкости из корпуса при вертикальном расположении секции, при одновременном исключении влияния на свободное перемещение емкости внутри корпуса.
Корпус выполнен в виде металлической трубы.
Емкость выполнена из полимерного материала, преимущественно, полиэтилена или полиэтилентерефталата.
В корпусе контейнера размещено от 1 до 10 емкостей с реагентом. Корпус секции по торцу снабжен накладной перфорированной заглушкой.
Она выполнена с возможностью муфтового соединения с другими секциями с образованием контейнера.
При муфтовом соединении с другими секциями с образованием контейнера, корпус верхней и нижней секции снабжен с одного торца перфорированной или глухой заглушками.
Штырь выполнен в виде болта, или стержня, или трубки.
Емкость выполнена цилиндрической или в виде цилиндрической капсулы с торцевыми выступами, имеющими закругленную форму, и снабженной глухой съемной крышкой и глухим днищем, выполненным заодно с телом капсулы.
Перфорация в емкости выполнена в виде отверстий диаметром 1-7 мм, а соотношение количества отверстий в нижней части емкости к количеству отверстий в верхней части составляет 1 к (1-5) соответственно.
Диаметр отверстий в корпусе больше диаметра отверстий в емкости в соотношении как (1,5-3) к 1 соответственно.
Поставленный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что емкость, в которой размещен реагент, полностью заполняющий ее объем, выполнена перфорированной в радиальном направлении (при этом крышка и днище глухие, исключающие попадание через них пластовой жидкости внутрь емкости) и размещена с возможностью свободного перемещения в корпусе контейнера (т.к. не закреплена внутри корпуса) с образованием зазора (величина указанных зазоров может составлять 2 мм и более) между ее наружными стенками и внутренней поверхностью корпуса, обеспечивается в скважинных условиях ее полное омывание пластовой жидкостью (это водонефтяная эмульсия, далее - ВНЭ), попадающей внутрь корпуса при работе скважинного насоса.
Вынос реагента из емкости осуществляется диффузией и течением внутри нее, которое создается внешним потоком пластовой жидкости, омывающей эту емкость.
Однако, учитывая, что перфорационные отверстия в емкости выполнены в виде небольших отверстий диаметром 1-7 мм, в преимущественном исполнении 2-3 мм, то эти отверстия, вероятно, будут способствовать частичному отделению нефти от водонефтяной эмульсии (ВНЭ), и, возможно, одновременно будет реализовываться частично «капиллярный эффект» по втягиванию оставшейся эмульсии внутрь емкости (благодаря малому диаметру отверстий. Хотя отверстия диаметром более 0,5 мм относятся уже к сверхкапиллярным каналам, и они в большей степени подчиняются закону гидравлики). Реагент, находящийся в емкости, растворяется в водной фазе и выходит по этим же каналам в зазор между корпусом и наружной стенкой емкости и далее через отверстия в корпусе в межтрубное пространство скважины. Учитывая, что стенки канала отверстий в емкости частично будут покрыты слоем ВНЭ и, в частности, гидрофобной средой - нефтью, то эффект вытягивания раствора ингибитора (ингибитор растворяется только в воде) из емкости будет несколько замедлен, в результате чего обеспечивается продолжительное время растворения ингибитора, но одновременно обеспечивая при этом строго дозированный вынос ингибитора из емкости. Причем, как показали наши исследования, указанный эффект будет практически одинаково проявляться при различных температурах в скважине (от +10 до +130°С).
Выполнение отверстий заявляемых размеров именно в боковых стенках емкости, да еще при соотношении количества радиальных отверстий в нижней части емкости к количеству отверстий в верхней части как 1-(1-5) соответственно, обеспечивает возможность работать с ВНЭ, содержащей различное количество механических примесей (как с малым, так и с высоким содержанием). Это обусловлено тем, что в емкости предложенной конструкции снижено влияние силы тяжести на мехпримеси, и они не будут скапливаться внизу емкости, а будут распространены по ее объему. Вот почему у емкости выполнены глухими крышка и дно и через них вход пластовой жидкости в емкость не происходит.
Большее количество отверстий в верхней боковой части емкости, по сравнению с нижней, также обеспечивает поставленный технический результат: «повышение продолжительности дозирования реагента в пластовую жидкость за счет равномерности растворения ингибитора при различных температурных скважинных условиях и при различном содержании механических примесей в пластовой жидкости». Объем пластовой жидкости, поступающей через отверстия в верхней части емкости, будет больше объема жидкости, проходящей через нижние боковые отверстия, благодаря чему из-за разности давлений внутри емкости будут исключены застойные зоны реагента, в которых могут скапливаться и превращаться в монолит мехпримеси, захватывая в свою орбиту и реагент, и в то же время, благодаря такому приему, выход раствора реагента через нижние боковые отверстия емкости в зазор будет меньше, что обеспечит увеличение продолжительности дозирования ингибитора в необходимой дозировке.
В прототипе же (патент РФ № 2552276) ВНЭ проникает внутрь емкости через фильтр/ы, размещенный/е снизу и сверху, и при этом, в результате воздействия силы тяжести, мехпримеси в большей степени будут отлагаться в зоне нижнего фильтра или близко к нему, что может привести к частичному блокированию ингибитора в этой массе примесей и даже к закупориванию фильтра, особенно, если содержание этих примесей в ВНЭ велико. Подобного эффекта удалось избежать в контейнере, собранном из предлагаемых секций, за счет совокупности конструкторских особенностей заявляемой секции.
Благодаря тому, что в конструкции предлагаемой секции контейнера выполнено условие, что соотношение диаметра отверстий в корпусе секции к диаметру перфорационных отверстий в емкости, находящейся внутри корпуса, может составлять как (1,5-3) к 1 соответственно, также обеспечивается равномерность дозирования. Это обусловлено опять же совокупностью физических, взаимообусловленных процессов, влияющих на вынос ингибитора из емкости, а именно, наличием частичных, подобных капиллярным эффектам, в отверстиях емкости (втягивание ВНЭ внутрь емкости и вынос ингибитора по этим каналам из нее) и более спокойным, в большей степени ламинарным, течением ВНЭ в зазорах между внутренними стенками корпуса и внешними стенками емкости (это будет внешним давлением), обеспечивающими оптимальное соотношение этого внешнего давления в указанных зазорах, которое зависит от скорости выхода ВНЭ через отверстия корпуса в затрубье скважины, и давления в отверстиях емкости. В результате чего и будет увеличена продолжительность дозирования.
А вот в прототипе может наблюдаться, по-видимому, вихревой эффект при поступлении ВНЭ в емкость предварительного смешивания (если принимать во внимание скорость откачки насосом пластовой жидкости и небольшой объем указанной емкости предварительного смешивания в секции), и этот динамичный поток способствует более быстрому растворению реагента, чем в контейнере, собранном из предлагаемых секций, и выносу его в межтрубное пространство скважины. Тем более по чертежу прототипа емкости предварительного смешивания находятся с обоих торцов контейнера.
Снабжение корпуса предлагаемой секции штырем, выполненным с возможностью предотвращения выхода емкости из корпуса при вертикальном расположении секции (служит опорой при сборке контейнера из нескольких секций и при спуске его в скважину), при одновременном исключении влияния на свободное перемещение емкости внутри корпуса, также способствует равномерности растворения ингибитора при различном содержании механических примесей в пластовой жидкости. Это обусловлено тем, что при поступлении пластовой жидкости внутрь корпуса секции (а она поступает под давлением, т.к. откачивается скважинным насосом), емкость, находящаяся внутри, может частично перемещаться в пределах корпуса, т.к. она не закреплена. А учитывая неравномерную скорость откачки указанной жидкости, ввиду наличия газовых пробок, нестабильности выноса из пласта, возможной пульсации, емкость в какие-то моменты совершит движение вверх (но все будет происходить в пределах корпуса), а потом может опуститься вниз до штыря. При таком характере движения будет происходить процесс встряхивания реагента, находящегося внутри емкости, благодаря чему также будет исключено образование застойных зон внутри емкости, в которых могут застревать мехпримеси, а значит, будет обеспечена равномерность дозирования реагента и продолжительность этого процесса.
Выполнение перфорационных отверстий в корпусе в его верхней и/или в средней частях, обеспечивающих гидравлическую связь внутренней полости корпуса с межтрубным пространством, обусловлена следующим. Верхние отверстия необходимы во всех случаях, но особенно, в том случае, когда нужна повышенная концентрация реагента-ингибитора на высокодебитных скважинах, так как пластовая жидкость преодолевает больший путь внутри через контейнер и капсулы. А средние и верхние отверстия используются для снижения концентрации на низкодебитных скважинах с более низкой скоростью потока жидкости. Таким образом, такое расположение перфорационных отверстий в корпусе предлагаемого контейнера, в совокупности с их размерами-диаметрами (могут колебаться до 50 мм и ниже-выше) и размерами-диаметрами отверстий емкости, также работает на увеличение продолжительности дозирования ингибитора.
Предпочтительно, чтобы в корпусе секции контейнера было размещено от 1 до 10 емкостей с реагентом. Необходимое их количество определяется длиной корпуса секции (обычно его длина в пределах 1-З м), а также скважинными условиями: температурой, требуемой дозировкой ингибитора, его фазовым состоянием, продолжительностью защиты, от дебита добываемой жидкости и мощности насоса.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображена заявляемая секция с одной цилиндрической емкостью, общий вид, разрез; на фиг. 2 - заявляемая секция с несколькими емкостями, выполненными в виде капсул.
Предлагаемая секция состоит из корпуса 1 в виде трубы, в стенках которого выполнены перфорационные отверстия 2. Указанные отверстия 2 в корпусе 1 выполнены в его верхней 3 и/или в средней 4 частях. Корпус 1 в предпочтительном варианте может быть снабжен перфорированными или глухими нижней 5 и верхней 6 заглушками. Внутри корпуса 1 размещена емкость 7, заполненная в полном объеме реагентом-ингибитором 8 и снабженная по торцам глухими крышкой 9 и днищем 10. Емкость 7 выполнена перфорированной в радиальном направлении (перфорационные нижние отверстия 11 и верхние отверстия 15 в боковых стенках емкости). Диаметр отверстий 11 и 15 составляет 1-7 мм. Емкость 7 размещена в корпусе 1 с образованием зазора 12 между ее наружными стенками и внутренней поверхностью корпуса. Соотношение количества отверстий 11 в нижней части емкости 7 к количеству отверстий 15 в верхней части может составлять 1 к (1-5) соответственно.
Емкость 7 может быть выполнена из полимерного материала, преимущественно, полиэтилена или полиэтилентерефталата.
Нижняя часть корпуса 1 секции снабжена штырем 13, размещенным перпендикулярно оси корпуса и выполненным с возможностью предотвращения выхода емкости 7 из корпуса 1 при вертикальном расположении секции, при одновременном исключении влияния на свободное перемещение емкости внутри корпуса. Штырь 13 может быть выполнен в виде болта, или стержня, или трубки.
Несколько заявляемых секций могут быть объединены в модульный контейнер посредством муфтового соединения и при этом ее корпус 1 соединен с корпусом 1 другой секции посредством муфты 14.
Принцип работы предлагаемой секции следующий.
Секция может быть использована в скважине и в качестве отдельного узла (это зависит от скважинных условий), но преимущественно, она используется в виде модуля из нескольких секций с образованием контейнера, например длиной 1-3 м каждая, соединенных друг с другом посредством муфты 14. В перфорированный корпус 1 помещают емкость 7, начиненную ингибитором 8. На практике в корпус 1 помещают несколько емкостей 7 (на фиг. 2 представлены 4 емкости). Емкости не закреплены внутри корпуса и размещены свободно. Размещают модуль в скважине под насосом (на чертеже не показан) и включают насос в работу. Пластовая жидкость заходит внутрь корпуса 1, проходит в зазорах 12 между боковыми стенками емкостей 7 и внутренними стенками корпуса 1, поступает по боковым отверстиям 11 и 15 внутрь емкостей 7, растворяя ингибитор. Раствор ингибитора также выходит из боковых отверстий в зазор 12 и далее - через отверстия 2 корпуса 1 в межтрубное пространство скважины, и благодаря этому происходит защита насоса от коррозии, от отложений солей и асфальтенов. А часть жидкости переходит в корпус 1 следующей секции. Учитывая, что в межтрубье скважины выводится не вся жидкость с ингибитором, а ее часть проникает к другим емкостям, то это будет также способствовать увеличению продолжительности выноса ингибитора, за счет того, что в жидкости с ингибитором растворится уже меньшее количество ингибитора, чем на первом этапе. Следует отметить, что пластовая жидкость также будет частично попадать внутрь корпуса 1 и сверху за счет верхних и/или средних отверстий 2. Таким образом, контейнер будет работать, пока работает насос в скважине.
Кроме того, жидкость может попадать в секцию через нижнюю перфорированную заглушку и, поднимаясь внутри секции, выходить через верхнее и/или среднее отверстие корпуса 1, а далее, попадая через верхнее отверстие в другую секцию модуля контейнера, омывать все емкости внутри секций контейнера.
В лабораторных условиях были смоделированы условия пропускания пластовой жидкости через секции со следующими параметрами.
Первая секция: соотношение количества отверстий в емкости в нижней части к количеству отверстий в верхней части составляло 1 к 2 соответственно; перфорационные отверстия в корпусе были выполнены в его верхней части; диаметр отверстий в корпусе соотносился с диаметром отверстий емкости как 2,4 к 1 соответственно.
Вторая секция: соотношение количества отверстий в емкости в нижней части к количеству отверстий в верхней части составляло 1 к 3 соответственно; перфорационные отверстия в корпусе были выполнены в его средней части; диаметр отверстий в корпусе соотносился с диаметром отверстий емкости как 1,5 к 1 соответственно.
В корпус была установлена одна цилиндрическая емкость из полиэтилена, заполненная ингибитором солеотложения на основе нитрилотриметилфосфоновой кислоты (выпускается по ТУ 6-09-5283-86 под торговой маркой ИСБ-1). Отверстия в корпусе были снабжены шлангами для отвода пропускаемой жидкости. В качестве жидкости использовали природную ВНЭ с обводненностью 79% и наличием 1,5% механических примесей. Испытания проводили при температурах +30 и +100 градусов. Через 15, 40 и 60 минут прокачки ВНЭ замеряли в отводимой ВНЭ содержание информационного иона (фосфат-иона) по методике, изложенной в РД 39-1-237-79, «Определение содержания ингибитора отложения солей и фосфорорганических химреагентов в пластовых и пресных водах», Уфа, БашНИПИнефть, 1979 г.
Было установлено, что концентрация выносимого ингибитора ИСБ-1 в обеих секциях была стабильной, разница между этой концентрацией через 40 и 60 мин была одинаковой при температуре +30°С и отличалась на 4-6% при температуре +100°С (т.е. была в пределах ошибки опыта). Это доказывало то, что мехпримеси не оказывали влияния на степень и равномерность дозировки.
Разница между этой концентрацией через 15 и 60 мин составляла при той и другой температуре 8,5-9%, что объясняется не возможностью достижения за такой короткий срок, как 15 минут, стабильного растворения ингибитора.
Таким образом, предлагаемая конструкция секции действительно обеспечивает равномерности растворения ингибитора-реагента при различных температурах и даже при повышенном содержании механических примесей в пластовой жидкости.