СПОСОБ ВВОДА ХИМИЧЕСКОГО РЕАГЕНТА В СКВАЖИНУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CHEMICAL INJECTION IN WELL AND RELATED DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к технологии и технике ввода химического реагента (далее - химреагента) в скважину и может найти применение в нефтедобывающей промышленности.
Известен способ ввода химического реагента в скважину, включающий размещение в скважине инжекционного дозатора для подачи водонерастворимых химреагентов с плотностью ниже плотности пластовой воды на прием скважного штангового насоса в скважинах обводненностью более 10%, установку его под безвтулочным насосом над емкостью для хранения химреагента, состоящей из колонны насосно-компрессорных труб, ввод химреагента на прием скважного штангового насоса путем инжектирования при действии насоса, откачку жидкости из скважины насосом с последующей транспортировкой среды скважины по трубопроводу [1].
Известно устройство для реализации данного способа, включающее инжекционный дозатор [2] для подачи водонерастворимых химреагентов на прием скважного штангового насоса в скважинах обводненностью более 10% путем инжектирования химреагента под воздействием разрежения на приеме насоса.
Недостаток известных техники и технологии ввода химического реагента в скважину состоит в ограниченности их применимости. Во-первых, химреагент обязательно должен быть водонерастворимым. Во-вторых, при обводненности среды менее 10% известные техника и технология не применимы. В-третьих, имеет место зависимость расхода пробы от дебита скважины, поскольку дозирование химреагента происходит за счет инжектирования под воздействием перепада давления, создаваемого потоком среды скважины. При этом зависимость дозирования в зависимости от дебита скважины носит квадратичный характер, поскольку перепад давления пропорционален квадрату скорости потока. То есть при малом дебите скважины химреагент может вообще не захватываться потоком среды либо быть незначительным, - инжектирование химреагента будет недостаточным по расходу либо отсутствовать. Соответственно перемешивание химреагента со средой будет незначительным либо отсутствовать, химреагент начнет терять растворитель и качество химреагента будет ухудшаться. При этом штанговый насос не оказывает на среду скважины то возмущение, которое присуще для центробежных насосов, - на среду не передается от насоса вибрация, колебания. В результате, перемешивание химреагента со средой скважины происходит только за счет турбулентности при инжектировании. В-четвертых, зона скважины на участке расположения емкости для хранения химреагента обработке химреагентом не подвергается.
Известен способ ввода химического реагента в скважину, включающий размещение в скважине дозатора (дозатора химреагента) для распределения химреагента в среде скважины через нижнюю часть, заполненную песком, - распределитель для ввода химреагента в среду скважины, - промежуточная часть которого представляет цилиндрическую полость (емкость) с химреагентом, верхняя - цилиндрическую полость (емкость) с размещенными в ней поршнем и грузом для создания избыточного давления в емкости с химреагентом для выдавливания химреагента через песок в скважинную среду; глубинного насоса с приводом и лифтом для откачки скважной среды из скважины; ввод (распределение) химреагента через дозатор в скважинную среду; откачку среды из скважины насосом с последующей транспортировкой ее по трубопроводу, отбор проб из потока откачиваемой среды для анализа через пробозаборное устройство, установленное в трубопроводе [3].
Известно устройство для реализации данного способа, включающее дозатор для ввода химреагента в среду скважины, нижняя часть которого заполнена песком и по торцам ограничена сеткой, промежуточная часть представляет цилиндрическую полость (емкость) с химреагентом, верхняя - также цилиндрическую полость (емкость) с размещенными в ней поршнем с грузом для создания избыточного давления в емкости с химреагентом для ввода химреагента через песок в скважинную среду путем выдавливания; пробозаборное устройство, установленное в трубопроводе, соединенное со скважиной; дозатор соединяется с глубинным насосом с приводом и лифтом (трубопровод, расположенный в земле над глубинным насосом) для откачки скважинной среды из скважины, размещаемые в скважине [4].
Недостаток известных техники и технологии ввода химического реагента в скважину состоит в том, что структура каналов части дозатора, заполненная песком (применяемого в качестве пористого материала для обеспечения относительно постоянного расхода химреагента при его выдавливании из емкости хранения поршнем под воздействием избыточного давления, создаваемого силой тяжести груза, установленного сверху на поршне), подвержена изменению. При работе передаваемая вибрация от глубинного насоса на песок, даже если он спрессован, приводит к стиранию частиц песка, разбавлению реагента большой массой непрерывно образующейся измельченной примесью, уменьшению гидравлического сопротивления и, соответственно, к нерациональному увеличению расхода реагента и снижению его эффективности, поскольку поступающая вместе с ним песочная примесь дестабилизирует водную фазу, увеличивает способность роста в скважине соле-, смолопарафиновых и асфальтеновых отложений, а также отложений частичек глины, выносимой из нефтеносных пластов извлекаемой жидкостью. Эффективность обработки нефтеносной зоны скважины химреагентом снижается. Кроме того, применение песка в распределителе для ввода химреагента в среду скважины в качестве основы для распределения химреагента в среде скважины с расходом порядка 30-150 г на тонну откачиваемой из скважины среды требуется песок в большом объеме для соответствующего достижения гидравлического сопротивления распределителя, - при относительно небольшом диаметре скважины длина дозатора при этом имеет большую длину (кратно превышающую диаметр скважины). Увеличение длины дозатора приводит к удалению участка ввода химреагента от источника вибрации и возмущения среды в скважине, а именно, удалению от глубинного насоса, следовательно, снижается эффективность перемешивания химреагента с потоком среды. Факторы, которые дополнительно влияют на ухудшение перемешивания, это большой вес дозатора (суммарный вес корпуса дозатора, песка и груза, устанавливаемого на поршень для создания избыточного давления). Большая масса дозатора, его длина приводит к тому, что возмущение потока среды от вибрации насоса ослабевает на удалении от насоса.
Поэтому передаваемое от глубинного насоса возмущение на зону ввода химреагента незначительно и эффективность перемешивания химреагента со средой в скважине будет снижаться с увеличением веса и длины дозатора. А поскольку турбулентность потока среды в скважине, как правило, невысока, неизбежна преждевременная (до растворения химреагента в среде скважины) потеря химреагентом растворителя и снижение его эффективности. В результате появляются факторы, которые приводят к засорению скважины и уменьшению ее проходного сечения. Уменьшается дебит и на первый план выходит проведение работ по восстановлению дебита скважины. Кроме того, применяемый для создания избыточного давления груз создает нерегулируемое избыточное давление, в результате имеет место либо перерасход химреагента, либо недостаток расхода.
Техническим результатом данного изобретения является увеличение срока эксплуатации скважины, уменьшение расхода химреагента, его регулирование, уменьшение длины, веса устройства ввода химреагента в скважину.
Для достижения технического результата в способе ввода химреагента в скважину, в котором в скважине размещают дозатор с полостью, заполненной химреагентом, через распределитель которого под воздействием избыточного давления вводят (распределяют, подают) химреагент в скважинную среду, которую далее откачивают глубинным насосом через установленный в скважине лифт (трубопровод, расположенный в земле), согласно изобретению, в полости дозатора, заполненной химреагентом, создают регулируемое избыточное давление путем соединения с ней выхода глубинного насоса или состыкованного с ним трубопровода (расположенным за выходом глубинного насоса), при этом соединение осуществляют через дополнительный трубопровод, то есть, трубку, канал (трубу, отверстие в корпусе устройства или соединительных элементов между дозатором и насосом) с применением редукционного клапана и разделения (отделения) химреагента от среды со стороны выхода насоса поршнем (при помощи поршня), а ввод (распределение) химреагента в скважинную среду - выдавливанием его поршнем под воздействием избыточного давления (передаваемого на поршень со стороны выхода насоса) и замещения при этом химреагента скважинной средой со стороны выхода насоса, поступающей в дозатор по сообщающей их между собой трубке или каналу (отверстие в корпусе устройства), при этом соотношение значений избыточного давления от насоса, проницаемости материала и его объема выбирают (устанавливают) из условия обеспечения заданного расхода химреагента при его дозировании в среду скважины при длине пористого материала вдоль скважины не более 0,15-0,5 м, а регулирование избыточного давления при этом осуществляют редукционным клапаном, при этом химреагент распределяют через распределитель, выполненный из несыпучего пористого материала с выпуклой (локально волнистой) поверхностью контакта со средой скважины.
В заявляемом способе ввод химреагента в скважину осуществляют путем его распределения в среде скважины под воздействием избыточного давления на выходе глубинного насоса. Таким образом, химреагент выдавливается поршнем в скважину (среду из скважины) из полости дозатора (служащей емкостью для его хранения) через распределитель напором потока с выхода глубинного насоса путем замещения химреагента соответствующим количеством поступающего в полость дозатора скважной среды со стороны выхода насоса по трубопроводу (трубе, трубке, каналу, отверстие в устройстве с редукционным клапаном) под воздействием редуцированного избыточного давления от глубинного насоса. Распределение химреагента через распределитель дозатора под воздействием избыточного давления, создаваемого глубинным насосом, позволяет при этом уменьшить вес и длину дозатора за счет отказа от применения дополнительного груза для создания избыточного давления в полости дозатора (дополнительный груз применяется в способе прототип [3]), интенсифицировать перемешивание химреагента со средой из скважины вследствие уменьшения при этом амплитуды колебаний, передаваемых насосом в зону ввода химреагента, и тем повысить эффективность применения химреагента, сократить его расход по сравнению со способом-прототипом [3].
Дополнительно, по сравнению с прототипом [3], заявляемый способ ввода химреагента в среду скважины через распределитель из несыпучего пористого материала, выбираемого из условия «соотношение значений избыточного (редуцированного) давления от насоса, проницаемости пористого материала и его объема обеспечивает заданный расход химреагента при его вводе (дозировании) в среду скважины при длине пористого материала в распределителе вдоль скважины не более 0,15-0,5 м», например, с проницаемостью не более 500 мД с выпуклой поверхностью контакта со средой скважины позволяет, во-первых, устранить попадание в среду измельченного под воздействием вибрации насоса пористого материала (например, в прототипе [3] материалом для распределителя служит песок, который дестабилизирует водную фазу и интенсифицирует процесс отложений в скважине) и обеспечить расход химреагента, который необходим для решения задачи по его применению (предотвращение отложений в скважине или др.), - это, как правило, порядка 30-150 г на тонну откачки глубинным насосом скважной среды; во-вторых, уменьшить длину и вес дозатора - применение несыпучего пористого материала позволяет на один-два и более порядка снизить длину и вес распределителя для ввода химреагента в среду скважины (длина распределителя, представляющего собой секцию труб 10 м длины, заполненных песком, по прототипу [3]) и тем (при заданном объеме емкости дозатора для хранения химреагента) еще более приблизить зону ввода химреагента из распределителя дозатора в среду скважины к источнику возмущения извлекаемой из скважины среды и вибрации, а также устранить фактор, стабилизирующий и интенсифицирующий отложения в скважине - попадание вместе с химреагентом в среду скважины измельченных частиц пористого материала распределителя; уменьшение длины и веса дозатора обеспечивает более интенсивное возмущение среды под воздействием колебаний от насоса в зоне ввода химреагента и формирование в ней зоны перемешивания химреагента со средой из скважины; перемешивание препятствует потере растворителя химреагентом и способствует более полному растворению химреагента в среде скважины, снижению расхода химреагента, повышению его эффективности (растворение химреагента без перемешивания в потоке скважины происходит медленно ввиду того, что турбулентность потока среды в скважине, как правило, невысока); в-третьих, обеспечить большую площадь контакта двух сред «химреагент-среда из скважины» как за счет расчленения потока распределяемого в среде скважины химреагента на множество элементарных потоков, так и за счет выбора материала распределителя с выпуклой поверхностью; большая площадь контакта двух сред «химреагент-среда из скважины» способствует быстрому и эффективному растворению химреагента при его перемешивании со средой из скважины. Кроме того, выбор параметров пористого материала распределителя в зависимости от напора применяемых на скважинах центробежных насосов, при которых возможно достичь требуемый расход химреагента при его вводе (распределении) в скважину, позволяет отказаться и от размещения в скважине редукционного клапана - гидравлическое сопротивление пористого материала может быть выбрано значением, обеспечивающим необходимый расход химреагента без снижения напора центробежного насоса. Отчасти, таким образом достигается регулирование расхода химреагента до оптимального значения.
Таким образом, благодаря перечисленным признакам обеспечивается неоспоримое преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом [3].
Применение заявляемого способа позволит по сравнению с прототипом [3] сохранить дебит скважины, уменьшить расход химреагента и вес устройства, увеличить эксплуатационный срок службы скважины.
Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, включающее дозатор химреагента, который имеет полость для хранения химреагента, поршень для выдавливания химреагента из дозатора под воздействием избыточного давления, расположенный в полости для хранения химреагента, распределитель химреагента для ввода (выдавливания через него) химреагента в среду скважины под воздействием избыточного давления, устройство для создания избыточного давления, согласно изобретению, распределитель для ввода химреагента в среду скважины выполнен из несыпучего пористого материала, значения проницаемости и объем которого рассчитаны из условия обеспечения заданного расхода химреагента при его вводе (дозировании) в среду скважины при заданном избыточном давлении в дозаторе при длине пористого материала вдоль скважины не более 0,15-0,5 м, с выпуклой поверхностью, при этом дополнительно для регулирования и создания в дозаторе избыточного давления устройство снабжено дополнительным каналом или трубкой (трубой, отверстием в устройстве) с редукционным клапаном, соединяющим (-и) полость дозатора для хранения химреагента с противоположной стороны относительно поршня и размещенного в дозаторе химреагента с выходом глубинного насоса или с трубопроводом для откачки скважинной среды, состыкованным с выходом глубинного насоса.
По сравнению с прототипом [4], заявляемое устройство ввода химреагента в среду скважины через несыпучий пористый материал, значения проницаемости материала и объема которого рассчитаны из условия обеспечения заданного расхода химреагента при его вводе в среду скважины при длине пористого материала вдоль скважины не более 0,15-0,5 м, например, проницаемостью не более 500 мД с выпуклой (или вогнутой, выпукло-вогнутой, неровной) поверхностью контакта со средой скважины позволяет при дебите скважной среды не менее 50 тонн в сутки, во-первых, устранить попадание в среду измельченного под воздействием вибрации центробежного насоса пористого материала (например, песка, применяемого в распределителе устройства-прототипе [4], дестабилизирующего водную фазу и интенсифицирующего процесс отложений в скважине) и обеспечить расход химреагента, заданный (необходимый) для решения задачи по его применению, порядка 30-150 г на тонну откачки скважной среды; во-вторых, уменьшить длину дозатора благодаря замене материала в распределителе для ввода химреагента в среду скважины, которым служит песок в прототипе [4] - а именно, применение несыпучего пористого материала взамен значительно большого объема песка, при этом проницаемость и гидравлическое сопротивление (характеризует объем и проницаемость) несыпучего пористого материала выбирается из требования обеспечения заданного расхода химреагента в зависимости от избыточного давления при длине пористого материала в распределителе вдоль скважины, значительно меньшем объеме, чем в устройстве прототипе [4], - например, при длине не более 0,15-0,5 м, - позволяет обеспечить, в отличие от прототипа [4], - практически постоянное гидравлическое сопротивление и тем на один-два и более порядка уменьшить длину распределителя для ввода химреагента в среду скважины, - и, в то же время, максимально приблизить зону ввода химреагента из дозатора в среду скважины к источнику возмущения извлекаемой из скважины среды, - к глубинному насосу; уменьшение длины дозатора обеспечивает интенсивную вибрацию среды и интенсивное воздействие ее (передаваемой ей от насоса) на вводимый в нее через дозатор химреагент за счет формирования в зоне (на уровне, в области) ввода химреагента области перемешивания потока среды и химреагента; перемешивание препятствует потере химреагентом растворителя и способствует более полному растворению химреагента в среде скважины и повышению его эффективности (растворение химреагента без перемешивания в потоке скважины происходит медленно ввиду того, что турбулентность потока среды в скважине, как правило, невысока); в-третьих, обеспечить большую площадь контакта двух сред «химреагент-среда из скважины» как за счет расчленения потока распределяемого в среде скважины химреагента на множество элементарных потоков, так и за счет выполнения распределителя для ввода химреагента в среду скважины из несыпучего пористого материала с выпуклой поверхностью; большая площадь контакта двух сред «химреагент-среда из скважины» способствует быстрому и эффективному растворению химреагента в потоке среды из скважины. Дополнительно, в заявляемом устройстве ввод химреагента в скважину осуществляют путем его распределения в среде скважины под воздействием избыточного (редуцированного) давления со стороны выхода глубинного насоса. Таким образом, химреагент вводится в скважину (среду из скважины) путем выдавливания поршнем из полости дозатора (служащей емкостью хранения) через распределитель напором потока с выхода глубинного насоса путем замещения химреагента соответствующим количеством поступающего в полость дозатора скважинной среды со стороны выхода насоса по трубопроводу (трубке, каналу с редукционным клапаном) под воздействием редуцированного избыточного давления от глубинного насоса. Ввод (распределение) химреагента через дозатор под воздействием избыточного давления, создаваемого глубинным насосом, еще более упрощает конструкцию дозатора, позволяет при этом уменьшить его длину, вес за счет отказа использовать дополнительный груз, устанавливаемый на поршне, и тем обеспечить еще более эффективное перемешивание химреагента со средой скважины, по сравнению с устройством-прототипом [4] повысить эффективность применения химреагента, сократить его расход, а также увеличить эксплуатационный срок службы скважины. Кроме того, выбор параметров пористого материала распределителя в зависимости от напора применяемых на скважинах центробежных насосов, при которых возможно достичь требуемый расход химреагента при его вводе (распределении) в скважину, позволяет отказаться и от размещения в скважине редукционного клапана - гидравлическое сопротивление пористого материала может быть выбрано значением, обеспечивающим необходимый расход химреагента без снижения напора центробежного насоса.
Таким образом, заявляемое устройство характеризует меньшая металлоемкость, удобство при монтаже и обслуживании, а применение позволит сохранить дебит скважины, уменьшить расход химреагента, увеличить эксплуатационный срок службы скважины [4].
Конкретно заявляемые способ и устройство могут применяться в нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом: в способе ввода химреагента в скважину, в котором в скважине размещают устройство для ввода химического реагента в скважину с химреагентом, распределитель в котором выполнен из несыпучего пористого материала с выпуклой (локально волнообразной) поверхностью контакта со средой скважины, создают избыточное давление в полости дозатора для хранения химреагента путем сообщения этой полости с выходом насоса трубкой или каналом, разделяют химреагент в дозаторе от среды с выхода насоса при помощи подвижной перегородки, например, при помощи поршня, вводят химреагент в скважной среде под воздействием избыточного давления в полости дозатора через распределитель путем перемещения подвижной перегородки (поршня) под воздействием напора среды на нее со стороны выхода насоса через соединяющую между собой дозатор и выход насоса трубку или канал (труба, отверстие в устройстве) и выдавливания при этом поршнем химреагента из полости дозатора через распределитель в скважину, при необходимости снижения напора (избыточного давления) давление с выхода глубинного насоса регулируют (уменьшают) редукционным клапаном до значения, обеспечивающего требуемый расход вводимого в скважину химреагента, откачивают среду из скважины глубинным насосом через установленный в скважине лифт.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен один из вариантов заявляемой технологии ввода химического реагента в скважину.
Устройство для ввода химического реагента в скважину включает дозатор, состоящий из распределителя 1, который выполнен из пористого несыпучего материала; полости дозатора, разделенные поршнем 2 на две части 3 и 4 соответственно: 3 - для хранения химреагента 5, 4 - для заполнения средой 6 скважины, - подвод осуществляется через канал 7 от выхода насоса (не показан) и редукционный клапан 8.
Назначение элементов 1-8, устройства для ввода химического реагента в скважину следующее: Распределитель 1 - предназначен для дозирования (распределения) химреагента в скважине. Часть 3 полости дозатора предназначена для хранения химреагента, другая часть 4 полости дозатора предназначена для заполнения по каналу (трубке) 7 средой скважины с выхода насоса (не показан). Канал 7 от выхода насоса сообщает между собой полость 4 дозатора и служит для создания избыточного давления в полости 4 дозатора. Поршень 2 служит для разделения химреагента, хранящегося в полости 3 дозатора от среды скважины, поступающей в полость 4 дозатора по трубке 7 от выхода насоса при его работе, а также для выдавливания химреагента из полости 3 через распределитель 1 в скважину под воздействием избыточного давления (напора на поршень 2 среды, находящейся в полости 4). Клапан редукционный 8 предназначен для регулирования давления в полости 4.
Устройство для ввода химического реагента в скважину работает следующим образом.
При работе устройства скважная жидкость поступает с выхода насоса по каналу (отверстию в устройстве) 7 в полость 4 дозатора. В результате в полости 4 создается избыточное давление, под воздействием которого поршень 2 оказывает давление на химреагент, находящийся в полости 3 дозатора, перемещается и выдавливает (вытесняет) химреагент 5 через пористый распределитель 1 из полости 3 в скважину. При этом обеспечивается ввод химреагента в скважину, то есть его распределение с заданным расходом, при котором не происходит истирание материала распределителя 1 и устраняется интенсификация отложений в скважине под воздействием сил Ван-дер-Ваальса частичек материала распределителя 1 и снижение по этой причине эффективности применения химреагента. Ввиду того что габариты распределителя 1 с пористой средой незначительны (0,15-0,5 м), ввод химреагента в скважину оказывается максимально приближен к источнику вибрации - насосу, который сообщается с дозатором по каналу 7. По этой причине происходит интенсивное перемешивание химреагента со средой на этапе дозирования (ввода) химреагента в скважину. Это предотвращает потерю химреагентом растворителя и повышает его эффективность. Также более интенсивно происходит перемешивание химреагента со средой из скважины благодаря тому, что выпуклая (выпукло-вогнутая, неровная) поверхность распределителя 1 имеет большую поверхность контакта со средой из скважины и тем обеспечивает более быстрый переход и растворение химреагента в скважинной среде.
3
Испытания были проведены на устройстве с параметрами: из скважины добывали нефть с содержанием воды около 30% об.; вязкость безводной нефти при 20°С составляла около 4 сП; насосом 7 служил глубинный насос марки УЭЦН-80 (Изготовитель ОАО Бугульминский электронасосный завод, г. Бугульма, Республика Татарстан). Объем полости 4 дозатора для химреагента составлял около 0,17 м; использовался химреагент марки FSA-231. Распределитель 1 представлял сегмент высотой 40 мм абразивного круга зернистости 63С, ГОСТ 2424-83, проницаемость которого соответствовала 10-500 мД. Поршень 2 выполнен из маслостойкой резины.
Сравнительные испытания заявляемых способа и устройства для ввода химреагента в скважину были проведены с использованием способа [3] и устройства [4] для ввода химреагента в скважину.
При испытаниях расход химреагента с применением заявляемой технологии ввода химреагента в скважину снизился на 5-10% по сравнению с известной [3-4], а срок эксплуатации скважины увеличился в 1,5 раза.
Таким образом, ввод в скважину химреагента по заявляемой технологии обеспечивает более высокий дебит скважины, снижение расхода химреагента, увеличение межремонтного срока эксплуатации скважины.
Заявляемый способ для ввода химреагента в скважину и устройство для его осуществления промышленно применимы, а необходимые для заявляемой техники изменения могут быть проведены силами производственников, обслуживающих эти объекты.
Источники информации
1. Способ ввода химического реагента в скважину. Дозатор скважный инжекционный ДСИ-107. М.: ВНИИОЭНГ №694, Т-07637 от 2.02.87, УДК 622.276.53.054, 1987 г.
2. Устройство для ввода химического реагента в скважину. Дозатор скважный инжекционный ДСИ-107. М.: ВНИИОЭНГ №694, Т-07637 от 2.02.87, УДК 622.276.53.054, 1987 г.
3. Способ ввода химического реагента в скважину. Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб. ГОСТ 2517-85-М.: ИПК издательство стандартов. Черт.18.
4. Устройство для ввода химического реагента в скважину. Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб. ГОСТ 2517-85-М.: ИПК издательство стандартов. Черт.18.