КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ДОСТАВКИ ТВЕРДОГО РЕАГЕНТА В СКВАЖИНУ
CONTAINER FOR SUPPLY OF SOLID REAGENT TO WELL

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к подземному оборудованию скважины, предназначенному для доставки твердого реагента в скважину и для подачи его в поток пластовой жидкости.
Изобретение может быть использовано в процессе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, где требуется растворить твердый реагент в скважинной среде с заданной интенсивностью, обеспечивая при этом предотвращение отложений солей и парафина в насосно-компрессорных трубах (НКТ) и призабойной зоне пласта, а также обеспечивая предотвращение коррозии нефтепромыслового оборудования.
Известно устройство для подачи твердого реагента в скважину (Патент РФ №2277627, Кл. E21B 37/06, от 2004 г.), выполненное в виде контейнера из последовательно соединенных по торцам камер с размещением в каждой камере реагента одного или разных видов. Верхние и нижние торцы камер заглушены. Камеры соединены между собой посредством гибкого соединения. Отверстия расположены под углом 30-150° к продольной оси камеры и выполнены в определенной ее части в зависимости от вида реагента, дебита скважины и существующей проблемы. Отношение суммы площадей поперечного сечения отверстий, размещенных на 1 м длины камеры, к площади поперечного сечения камеры выполнено равным 0,01-5. Известное устройство обеспечивает возможность использования в скважинах с различным дебитом, при разных режимах эксплуатации, при любой вязкости пластовой жидкости.
Однако указанное известное устройство имеет следующие недостатки:
- гибкое соединение между камерами является крайне ненадежным, что приводит к обрыву или под действием тяжести твердого реагента, или при изменяющихся скважинных условиях, в частности при наличии изменяющегося давления в скважине, в результате чего известное устройство подбрасывает в скважине и гибкая связь обрывается. Все это приводит к аварийной ситуации;
- кроме того, не обеспечивается эффективность реагента в высоковязких обводненных флюидах, а при повышенных давлениях возможно сближение камер, что затрудняет вынос реагента.
Также известно устройство для подачи реагента в скважину (Патент РФ №61785, кл. E21B 37/06, от 2006 г.), которое включает, по меньшей мере, один перфорированный контейнер с твердым реагентом одного или разных видов, который может содержать, как минимум, один элемент с закрепленным на нем, по меньшей мере, одним носителем твердого реагента, при этом носитель имеет форму цилиндра и выполнен из пластического материала. Носитель может быть помещен в металлическую трубу с отверстиями.
Однако указанное известное устройство не обеспечивает надежную работу при высоких температурах, т.к. в качестве пластического материала, из которого изготовлен носитель, использован битум или полиэтилен, которые не являются термостойкими. Результатом этого является быстрый вынос реагента и необходимость остановки скважины для спуска нового контейнера, что приводит к дополнительным материальным затратам и не обеспечивает потребителю гарантированный период безостановочной работы.
Кроме того, использование металлической трубы приводит к коррозии последней и к образованию сульфидных соединений, не растворимых в пластовых флюидах, что приводит к осаждению осадков на насосном оборудовании.
2
3
Также известно устройство для обработки скважинной жидкости (Патент РФ №2292448, кл. E21B 37/06, от 2005 г.), которое включает корпус с отверстиями, соединенный верхним концом с насосно-компрессорной трубой и содержащий твердый реагент, размещенный с возможностью движения потока скважинной жидкости. Согласно изобретению твердый реагент помещен в высокопроницаемую пенометаллическую оболочку, которая образует зазор с корпусом и имеет трехмерную сетчато-ячеистую структуру с размером ячеек 2-5 мм и удельную площадь поверхности 500-1400 м/м, а насосно-компрессорная труба снабжена самоуплотняющимися эластичными манжетами, при этом отверстия выполнены на нижнем конце корпуса, а также на участке насосно-компрессорной трубы выше манжет, причем отверстия на корпусе имеют суммарную площадь, соизмеримую с площадью отверстий на насосно-компрессорной трубе и площадью проходного сечения последней. Указанное устройство обеспечивает равномерность дозирования твердого реагента в поток откачиваемой скважинной жидкости при разных условиях эксплуатации нефтедобывающих скважин.
Однако известное устройство предназначено для использования только в скважинах, оборудованных погружным электроцентробежным насосом, и не применимо для скважин со штанговым глубинным насосом.
Кроме того, учитывая, что пенометаллическая оболочка с сетчато-ячеистой структурой установлена в кожух из стеклопластика или стали и зазор между ними составляет всего 2-5 мм, то при эксплуатации может происходить запарафинивание этого зазора, особенно в условиях высоковязких нефтей с большим содержанием смол и асфальтенов. Это может привести к ненадежности работы известного устройства.
Также известно устройство для подачи твердого реагента в скважину (Заявка на патент РФ №2006129826, Кл. E21B 37/06, от 2006 г.), состоящее из контейнеров для размещения в них твердого реагента, которые включают полые металлические цилиндрические корпуса с каналами, гидравлически связанными со скважиной и сообщающимися друг с другом через отверстия в перфорированном основании, кроме того, корпуса контейнеров изготавливаются с габаритами, обеспечивающими свободный проход в колонну НКТ через лубрикатор, в каждом контейнере образован сквозной осевой канал, выполненный в твердом реагенте и гидравлически связанный со скважиной торцевыми отверстиями в корпусе, концевые части каждого контейнера имеют сужение для фиксации реагента и захвата контейнера при подъеме, при этом опора устройства выполнена в колонне НКТ в виде опорного кольца, установленного в одном из муфтовых соединений выше сбивного клапана.
Однако указанное известное устройство предназначено только для твердого реагента в виде сплошной твердой массы, именно это позволит выполнить в его массе сквозной осевой канал. Использование же в известном устройстве твердого реагента гранулированного или порошкообразного лишает его критерия «промышленная применимость», т.к. реализация вышеуказанного признака в этих условиях не представляется возможной. То есть известное устройство не является универсальным для твердого реагента различного фракционного состава.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для подачи твердого реагента в скважину (Патент РФ №2227206, кл. E21B 37/06, от 2002 г.), которое содержит модуль из, по меньшей мере, двух секций с размещением в каждой секции твердого реагента одного вида или разных видов. Секция для размещения в ней твердого реагента содержит полый цилиндрический корпус с радиальными каналами, гидравлически связанными со скважиной. Секции соединены между собой последовательно по торцам посредством соединительного узла и сообщены друг с другом через отверстия в перфорированном основании. Радиальные каналы в корпусе каждой секции выполнены равномерно. В зависимости от вида твердого реагента, дебита скважины и обводненности пластовой жидкости отношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции выполнено равным 0,2-3,0. Свободный торец устройства перекрыт перфорированной заглушкой. Известное устройство обеспечивает возможность стабильного равномерного и экономичного выноса твердого реагента различного действия как в высоко-, так и в низкодебитных скважинах при разных режимах эксплуатации и при любой вязкости пластовой жидкости.
Недостатком указанного устройства является большой вес, вследствие выполнения корпуса из металла, и соответственно возможность коррозии, особенно в условиях сероводородсодержащего пластового флюида.
Кроме того, происходит недостаточный вынос реагента в условиях эксплуатации малодебитных скважин.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в повышении периода активного выноса твердого реагента, в снижении веса контейнера, повышении стойкости к коррозии, при одновременном обеспечении возможности стабильного равномерного и экономичного выноса твердого реагента как в холодных, так и в горячих скважинах при разных термобарических режимах эксплуатации и при любой вязкости пластовой жидкости.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение универсальности контейнера за счет возможности использования твердых реагентов любой дисперсности: от порошкообразных до плотной массы.
Указанный технический результат достигается предлагаемым контейнером для доставки твердого реагента в скважину, включающим, по меньшей мере, две трубных секции, каждая из которых представляет собой перфорированную трубу, заполненную твердым реагентом, и соединенных друг с другом последовательно по торцам посредством соединительного узла, при этом согласно изобретению в качестве перфорированной трубы контейнер содержит трубу, выполненную из металлопластика, или из стеклопластика, или из полиамида, или из полиэтилена высокого давления, в качестве соединительного узла контейнер содержит соединительную муфту, при этом концы перфорированных труб заведены внутрь соединительной муфты с двух сторон без зазора, на обоих концевых участках соединительной муфты и размещенной в ней на этом участке трубе выполнено, по меньшей мере, по одному сквозному диаметральному отверстию, внутрь которого установлен стержень, а выходные зоны отверстий в соединительной муфте перекрыты, причем свободные торцы труб перекрыты перфорированной или сплошной заглушкой.
В качестве стержня контейнер содержит стержень, выполненный из материала, химически инертного к твердому реагенту и к пластовому флюиду.
В качестве стержня контейнер содержит металлический стержень из нержавеющего материала.
В качестве стержня контейнер содержит стержень из полиамида.
Длина стержня примерно приближена к диаметру концевого участка муфты в зоне отверстия.
Выходные зоны отверстий в соединительной муфте перекрыты герметично посредством запаивания или сварки.
Перфорационные отверстия в стенках трубы выполнены цилиндрическими.
Поперечное сечение перфорационных отверстий имеет форму круга, овала, квадрата, прямоугольника или многоугольника.
Соединительная муфта выполнена из материала, имеющего приблизительно такую же прочность на разрыв в направлении по окружности, как и трубы.
Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.
Благодаря тому, что в заявляемом контейнере используется, по меньшей мере, две трубных секции, каждая из которых представляет собой перфорированную (например, радиально или под углом к продольной оси) трубу, заполненную твердым реагентом, обеспечивается возможность одновременного применения нескольких твердых реагентов разного действия (например, ингибитора коррозии, составов для предотвращения соле- или парафиноотложения и др.), каждый из которых помещается в свою перфорированную трубу, и производится их растворение автономно друг от друга. В результате обеспечивается комплексная обработка всего скважинного оборудования или трубопроводов с целью предотвращения отрицательных явлений, таких как коррозия, отложения солей и парафина и пр.
Благодаря выполнению перфорированных труб из металлопластика, или из стеклопластика, или из полиамида, или из полиэтилена высокого давления обеспечивается отсутствие коррозии и снижение веса контейнера.
Кроме того, неожиданно оказалось, что одно и то же количество твердого реагента, загруженного в предлагаемый контейнер и контейнер-прототип, работает в динамических условиях различный период времени, а именно в предлагаемом контейнере на 15-20% больше. По-видимому, это связано с тем, что часть твердого реагента расходуется в контейнере-прототипе на предотвращение коррозии стенок трубы (на создание защитного слоя) и/или на химическую реакцию с металлом. Кроме того, возможно, что в трубах именно из металлопластика, или из стеклопластика, или из полиамида, или из полиэтилена высокого давления возникают дополнительные силы притяжения за счет явления статического электричества, появляющегося при динамическом воздействии пластового флюида на твердый реагент.
Благодаря тому, что на обоих концевых участках соединительной муфты и размещенной в ней на этом участке трубе выполнено, по меньшей мере, по одному сквозному диаметральному отверстию, внутрь которого установлен стержень, в преимущественном варианте изготовленный из инертного материала, а выходные зоны отверстий в соединительной муфте перекрыты, обеспечивается прочное соединение труб-секций между собой при одновременном гидравлическом сообщении их друг с другом, а также надежная работа контейнера в различных термобарических скважинных условиях, т.е. и в холодных, и горячих скважинах, и при различных перепадах давлений, в том числе при аномально высоких, и при различной вязкости нефти, в том числе при высоком содержании смол и асфальтенов. Кроме того, наличие установленных стержней обеспечивает фиксацию твердого реагента в трубе.
В качестве преимущественного варианта выполнения в предлагаемом устройстве равномерный и экономичный вынос твердых реагентов может обеспечиваться за счет того, что в трубах-секциях будут выполнены радиальные отверстия, количество которых и диаметр зависят от вида твердого реагента, дебита скважины, обводненности пластовой жидкости. Причем как и в прототипе может быть учтено в каждой секции отношение суммы площадей поперечного сечения этих радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции, составляющее согласно изобретению 0,2-3,0 (как в прототипе). Например, применяют твердый реагент - состав для предотвращения асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО), который хорошо растворяется в углеводородной фазе, если скважина при этом является высокодебитной, а пластовая жидкость характеризуется низкой обводненностью, то указанное выше отношение должно быть порядка 0,5-1,0 на один метр длины корпуса секции. Если же скважина является низкодебитной, а пластовая жидкость высокообводненной, то это отношение должно быть увеличено до 1,5-2,5. Аналогичная закономерность применима и для твердых реагентов другого действия. В то же время указанные радиальные отверстия могут быть выполнены и неравномерно в стенках секции в зависимости от скважинных условий.
Предлагаемый контейнер является универсальным вследствие того, что он может быть использован и при насосной, и при штанговой добыче нефти и даже в малодебитных скважинах, а кроме того, он может работать с любыми твердыми реагентами как рассыпчатыми (гранулы, порошок), так и с реагентами плотной консистенции.
Заявляемый контейнер размещают в стволе скважины в подвешенном состоянии или с опорой на забой, этим обеспечивается возможность его использования в скважинах любой глубины.
Выполнение радиальных каналов в заявляемом контейнере с различной формой поперечного сечения (круга, овала, квадрата, прямоугольника или многоугольника) обеспечивает оптимальные условия омыва твердого реагента при различных гидродинамических условиях и при различенных параметрах пластовой жидкости.
Предлагаемый контейнер иллюстрируются чертежом, где показаны две скрепленные секции контейнера в разрезе со стержнем.
Предлагаемый контейнер содержит ряд (по меньшей мере, две) трубных секций. Число секций может меняться от двух и более в зависимости от видов твердых реагентов, которые необходимы для подачи их в пластовую жидкость, и от периода. Каждая секция представляет собой перфорированную трубу 1 или 2 с радиальными каналами (отверстиями) 3, в которых размещен твердый реагент 4 и 5. Радиальные каналы 3 в трубах 1 и 2 могут быть выполнены равномерно по всей высоте в зависимости от вида твердого реагента, размещаемого в трубах 1 и 2, дебита скважины и обводненности пластовой жидкости или могут быть выполнены неравномерно в зависимости от уровня продуктивного пласта или от пластовых условий. Перфорированные трубы 1 и 2 выполнены из металлопластика, или из стеклопластика, или из полиамида, или из полиэтилена высокого давления. Перфорированные трубы 1 и 2 соединены между собой последовательно по торцам посредством соединительного узла 6 - соединительной муфты, выполненной из материала, имеющего приблизительно такую же прочность на разрыв в направлении по окружности, как и трубы-секции. Концы 7 и 8 перфорированных труб 1 и 2 соответственно заведены внутрь соединительной муфты 6 с двух сторон без зазора. На обоих концевых участках 9 и 10 соединительной муфты 6 и на размещенных на этих участках трубах 1 и 2 выполнено, по меньшей мере, по одному сквозному диаметральному отверстию 11. Внутрь отверстия 11 установлен стержень 12, изготовленный, например, из нержавеющей стали, или из полиамида, или из другого материала, имеющего приблизительно такую же прочность на разрыв в направлении по окружности, как и трубы 1 и 2. Это обусловлено тем, что трубы и соединительная муфта при работе в скважине испытывают одинаковые барические нагрузки, а значит, при этом условии деформационные силы, воздействующие на них, будут соответствовать приблизительно одинаковой величине, что позволит исключить нежелательную деформацию и кручение в зоне их соединения. Указанный стержень 12 может быть установлен в отверстие 11 без дополнительных креплений или может быть выполнен в виде стержня с резьбой на концах, при этом с обоих концов на стержень навернуты стопорные гайки 13. Выходные зоны отверстия 11 в соединительной муфте 6 перекрыты, например запаяны. Стержень 12 необходим для жесткого скрепления труб 1 и 2, а также для фиксации твердого реагента 4 и 5 в них. Свободные торцы труб 1 и 2 перекрыты перфорированной или сплошной заглушкой 14 и 15 соответственно или стопорными штырями 16. Секции-трубы 1 и 2 сообщены друг с другом гидравлически через отверстия между стенками труб и стержнем. Контейнер по торцу имеет переходник 17 для связи с лифтовыми трубами НКТ 18. При этом заявляемое устройство может быть размещено в стволе скважины, или в подвешенном состоянии, или с опорой на забой скважины.
Предлагаемый контейнер работает следующим образом.
Для изготовления одной секции берут отрезки труб диаметром 73 мм и длиной 2,5-10 м. Далее в выбранной для обработки скважине определяют дебит и обводненность пластовой жидкости. Исходя из свойств и вида твердого реагента, размещаемого в трубе 1 или в трубе 2, в стенках последних выполняют по всей высоте равномерно или неравномерно радиальные каналы 3, например цилиндрические, диаметр поперечного сечения которых может быть равным 8-16 мм. Количество радиальных каналов 3 может быть выбрано, как и в прототипе, таким образом, чтобы отношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины корпуса секции, к площади поперечного сечения секции было равно 0,2-3,0.
Далее концы подготовленных труб соединяют друг с другом последовательно по торцам посредством соединительной муфты 6 длиной 20-30 см и диаметром приблизительно 100 мм, в которую без зазора помещают концы указанных труб. Когда концы перфорированных труб 1 и 2 заведены внутрь соединительной муфты 6 с двух сторон без зазора, на обоих концевых участках 9 и 10 соединительной муфты 6 и соответственно в размещенной в ней на этом участке трубе выполняют, по меньшей мере, по одному сквозному диаметральному отверстию 11, внутрь которого устанавливают стержень 12 диаметром приблизительно 10-15 мм и длиной 100 мм. Причем стержень преимущественно должен быть из инертного материала, например из нержавеющей стали, или из прочного неметаллического материала. Стержень 12 может быть гладким или ребристым. А может иметь на концах резьбу со стопорной гайкой 13. Выходные зоны отверстий 11 в соединительной муфте 6 перекрыты, например запаяны или сварены. Далее в трубах 1 и 2 размещают твердый реагент необходимого вида действия. Затем свободные торцы секций-труб 1 и 2 перекрывают перфорированной или сплошной заглушкой 14 и 15. Таких секций в контейнере может содержаться до 20 штук. Их количество определяется длиной контейнера и той задачей по предотвращению, которая ставится. Подготовленный контейнер крепится к лифтовым трубам, например, через хвостовик, посредством муфты и вместе с ним опускают в скважину в интервал перфорации, оставляя в подвешенном состоянии. В случае, если глубина скважины составляет более 1500 м, то предложенный контейнер устанавливают с опорой на забой. Пластовая жидкость, поступающая из пласта из интервала перфорации, встречая на своем пути предлагаемый контейнер, проникает через радиальные каналы секции-трубы 1. Здесь поток, соприкасаясь с твердым реагентом, растворяет определенную его часть, затем этот поток направляется через муфтовое пространство со стержнем в другую вышерасположенную секцию-трубу 2. Подобное частичное растворение происходит во всех трубах-секциях, что обеспечивает поступление во внешний поток твердых реагентов различного действия. Далее этот поток, проходя через радиальные каналы или через перфорированную заглушку 14, поступает через хвостовик в лифтовые трубы 18.
Постоянный характер растворения твердых реагентов во всех секциях в заявляемом контейнере, свободный доступ пластовой жидкости любой вязкости к секциям и внутрь их обеспечивает не только равномерный вынос твердых реагентов различного действия, но и экономичный вынос, так как при изготовлении секций предложенного устройства учтен комплекс скважинных условий, оказывающих влияние на степень подачи в пластовую жидкость твердого реагента.
Предлагаемый контейнер был испытан в лабораторных условиях. При испытаниях устанавливали следующее:
- стойкость труб из металлопластика, стеклопластика, полиамида и полиэтилена высокого давления к действию растворителя марки «Флэк Р-017» и к действию водонефтяной эмульсии (обводненность 46%, содержание асфальтенов - 3,02%; смол - 20,26%; парафина - 5,16%; мехпримесей - 0%) в динамических условиях в течение суток;
- время активного выноса одинакового количества ингибитора, загруженного в металлический контейнер по прототипу и в предлагаемый контейнер. В качестве указанных твердых ингибиторов при проведении опытов были использованы следующие вещества:
- состав для предотвращения АСПО, мас.%: порошкообразные синтетические (ТУ 2381-007-04643756-940) или технические (ТУ 2499-019-04643756-96) моющие средства 4-65 и стекло натриевое жидкое каустическое (ТУ 6-18-68-75) - остальное;
- состав для предотвращения солеотложения, мас.%: технические амины (ТУ 6-02-750-87) 30-70 и нитрилотриметилфосфоновая кислота (ТУ 6-09-20-235-93) - остальное;
- ингибитор коррозии, мас.%: технические амины 40-70; «Нефтехим 1» (ТУ 2415-001-00151816-94) - остальное.
Опыт проводили следующим образом. В перфорированную трубу-секцию длиной 100 см загружали 50 г ингибитора, закрывали заглушками с обоих торцов, устанавливали в держатель и производили омывание вышеуказанной водонефтяной эмульсией, которую через 60 минут заменяли новой порцией. В каждой порции определяли содержание (концентрацию) ингибитора по информационным ионам. И так продолжали опыт до полного вымыва ингибитора из трубы;
- определение давления, которое выдерживают контейнеры, изготовленные из различных материалов и при различных температурах (+20°С; +90°С).
Результаты испытаний показали следующее:
- контейнеры, изготовленные из металлопластика, стеклопластика, полиамида и полиэтилена высокого давления, являются стойкими (отсутствие растворения, набухания) к действию растворителя марки «Флэк Р-017» и к действию водонефтяной эмульсии;
- одно и то же количество твердого реагента, загруженного в предлагаемый контейнер и контейнер-прототип, работает в динамических условиях различный период времени, а именно в предлагаемом контейнере на 15-20% больше. Причем такая картина наблюдалась для всех трех видов твердых ингибиторов;
- контейнеры предлагаемой конструкции выдерживают давление даже до 16 атмосфер без деформации стенок, причем указанное давление в некоторых опытах было цикличным. Указанная стойкость наблюдалась и при различных температурах +20°С; +90°С без ухудшения конструктивных характеристик контейнера (отсутствовало размягчение, деформация при высокой температуре и не наблюдалось снижение степени омыва).
Данные, полученные в ходе испытаний, доказывают, что предлагаемый контейнер будет успешно, надежно и эффективно работать и в сложных скважинных условиях: при высоком давлении, в том числе и при резких изменениях его, при вязкой пластовой жидкости, при агрессивной среде, обеспечивая равномерный длительный вынос ингибиторов. Это позволит в промысловых условиях увеличить межочистной период работы скважины и увеличить межремонтный период работы таких скважин не менее чем в 1,5-2 раза.