УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ УЧАСТКА ТРУБЫ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована при строительстве, эксплуатации и ликвидации скважин, для разрушения участка обсадной трубы в скважине, при забуривании боковых стволов, изоляции пластовых вод и ликвидации самой скважины.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство для разрушения участка трубы в скважине по патенту RU №2227201, включающее компоновку в виде трубчатого кожуха с размещенным внутри него корпусом и отверстием для выхода электролита, уплотнительные манжеты, анод и кольцевой катод, которое снабжено шиной и центраторами, трубчатый кожух имеет соединительную муфту для крепления к колонне насосно-компрессорных труб, корпус выполнен герметичным, не менее чем двухсекционным и размещен на центровочных втулках, внутри корпуса расположены преобразователь тока и трансформатор, при этом корпус снабжен герметичным вводом кабеля питания, герметичными выводами на кольцевой катод, который расположен на кожухе и изолирован от него, и на анод, причем длина катода определена длиной разрушаемого участка трубы, вывод на анод проходит через шину на центраторы, выполняющие одновременно функцию контактов с трубой, секции корпуса снабжены уплотнителями, например, лабиринтного типа, уплотнительные манжеты устройства выполнены в виде чашеобразных эластичных манжет, расположенных чашками вверх выше и ниже разрушаемого участка трубы для образования с кольцевым катодом и внутренней стенкой трубы электрохимической ячейки - активной зоны, сообщенной через отверстие для выхода электролита с кольцевым пространством между корпусом и кожухом для организации прокачки электролита, подаваемого с поверхности через колонну насосно-компрессорных труб, на которых закреплен кабель.
Недостатками данного устройства являются:
- использование пружинного центратора в качестве токопередающего контакта с обсадной трубой;
Пружины центратора из-за малого прижимного усилия не обеспечивают надежного жесткого контакта с поверхностью обсадной трубы, особенно при наличии неровностей на поверхности и пленки из продуктов коррозии. Поэтому, даже при относительно небольших величинах тока (50-100 А/ч), пружины будут привариваться к внутренней поверхности трубы, что создает аварийную ситуацию при извлечении устройства на поверхность. Невозможность передачи тока величиной 1000 А/ч и более.
- наличие чашеобразных манжет, расположенных выше и ниже устройства чашками вверх;
Верхняя манжета неоправданно увеличивает гидравлическое сопротивление при прокачке электролита, снижает расход и скорость восходящего потока электролита, что может привести к осаждению механических примесей и гидроокислов железа в рабочей зоне между катодом устройства и (анодом) обсадной трубой, резко снижающих эффективность электрохимического процесса анодного растворения металла. Нижняя манжета способствует накоплению осадка из механических примесей электролита и продуктов электрохимического процесса, например, гидроокиси железа, что может привести к пробкообразованию и осложнению в виде прихвата устройства в скважине. Помимо этого, низкая скорость прокачки электролита (до 0,05 л/сек) не обеспечивает турбулентность потока и приводит к образованию застойных зон в рабочем сечении, что также снижает эффективность работы устройства.
- отсутствие в конструкции фиксирующего узла и температурного компенсатора;
Температурное и гидравлическое изменение (удлинение, сокращение) длины напорной колонны (от нескольких сантиметров до 1 м и более) в процессе прокачки электролита не позволит работать в заданном интервале
из-за вертикальных перемещений (вверх, вниз) устройства, что резко снизит эффективность анодного растворения металла, увеличит продолжительность процесса и может привести к поломке устройства при сварке токопроводящих пружин центратора к обсадной трубе.
- недостаточный теплосъем с электрической составляющей, так как теплообмен идет только по наружной образующей устройства и при малых расходах электролита и воздушном наполнении внутреннего объема, может привести к перегреву и выходу трансформатора и электродеталей из строя.
- ненадежность конструкции и узкая область применения устройства.
Это обусловлено выносным кольцевым катодом, который при спуске в скважину устройства может смяться и замкнуть на корпус. При увеличении толщины стенки катода нельзя использовать устройство в трубах внутренним диаметром менее 160 мм.
Вышеуказанные недостатки резко снижают работоспособность устройства (надежность), эффективность электрохимического процесса и область применения.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является повышение эффективности работы устройства и расширение его области применения.
Данный технический результат достигается решением технической задачи, направленной на повышение технологичности устройства.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в известном устройстве для электрохимического разрушения участка трубы в скважине, содержащем узел крепления устройства к колонне напорных труб, цилиндрический корпус электрического узла с верхней и нижней крышками с герметичным кабельным вводом, отверстием для выхода электролита и размещенными в нем трансформатором и блоком преобразователя тока, анод и катод, причем длина катода соответствует длине разрушаемого участка трубы, содержащем также верхний и нижний центраторы, устройство
дополнительно снабжено компенсатором длины колонны напорных труб, клиновым контактным узлом, включающим выдвижные контактные клинья и гидравлический поршень-толкатель электрического узла, при этом контактный узел одновременно является верхним центратором и фиксатором устройства в рабочем положении, а цилиндрический корпус электрического узла одновременно является катодом, верхняя и нижняя крышки соединены с корпусом-катодом вставками из диэлектрического материала, внутри корпуса электрического узла расположена труба для прокачки электролита и герметизирующая перегородка, нижняя крышка корпуса выполнена по меньшей мере с двумя отверстиями для выхода электролита и завихрителями потока электролита, а при помощи резьбового соединения к ней жестко крепится нижний центратор под соответствующий диаметр обсадной трубы.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами фиг.1, фиг.2, фиг.3. На фиг.1 представлено устройство в транспортном положении. На фиг.2 - устройство в рабочем положении. На фиг.3 - разрез по А-А клинового контактного узла.
Устройство состоит из переводника 1 для крепления его к колонне напорных труб (БТ, НКТ и пр.), компенсатора длины колонны напорных труб 2, клинового контактного узла 3, включающего выдвижные контактные клинья 4 и гидравлический поршень - толкатель 5, электрического узла 6, состоящего из цилиндрического корпуса - катода 7, верхней крышки 8 и нижней крышки 9, соединенных с корпусом - катодом вставками 10, выполненных из диэлектрического материала (например, фторопласта). В верхней крышке 8 имеется герметичный кабельный ввод 11 для электрического кабеля 12. Внутри электрического узла 6 имеется труба 13 для прокачки электролита, силовой трансформатор 14, блок преобразователя тока 15 и герметизирующая перегородка 16. Для теплообмена внутренняя полость электрического узла заполняется трансформаторным маслом расчетного объема с учетом его температурного расширения. В нижней
крышке 9 имеются отверстия 17 для выхода электролита и завихрители потока электролита 18. При помощи резьбового соединения к ней жестко крепится нижний центратор 19 под соответствующий внутренний диаметр обсадной трубы 20.
Сущность предполагаемой полезной модели заключается в том, что наличие в конструкции устройства клинового контактного узла, в отличие от прототипа, позволяет достигнуть надежного жесткого контакта с поверхностью обсадной трубы, что предотвращает сварку выдвижных контактных клиньев с обсадной трубой и обеспечивает надежную работу электрохимической ячейки (устройство - обсадная колонна) при величинах тока 10-15 кА/ч и более, что обеспечит растворение металла более 10-15 кг/час. Помимо этого, контактный узел одновременно выполняет функции верхнего центратора и фиксатора устройства в рабочем интервале. Наличие компенсатора длины напорной колонны, в отличие от прототипа, позволяет снять нагрузку на клиновый контактный узел и предотвратить вертикальные перемещения устройства, что повышает эффективность электрохимического процесса и сокращает время растворения металла в заданном интервале.
Использование цилиндрического корпуса электрического узла в качестве катода, в отличие от прототипа, позволяет уменьшить диаметр устройства и тем самым расширить область его применения (для труб меньшего диаметра).
Наличие внутренней трубы, в отличие от прототипа, позволяет обеспечить дополнительный теплообмен для охлаждения трансформатора и деталей электрического блока преобразователя тока при прокачке через нее электролита. Это обеспечивает стабильность работы электрической составляющей на длительное время (более 24 час), необходимое для полного растворения металла в участке обсадной трубы, расположенной напротив корпуса-катода.
Наличие завихрителей потока на нижней крышке, в отличие от прототипа, позволяют турболизировать восходящий поток электролита и тем самым избежать застойных зон и повысить эффективность электрохимического процесса за счет более полного вымова пузырьков водорода, образующегося на катоде.
Устройство работает следующим образом (см. фиг.1, 2, 3).
Перед началом работ, участок трубы, подлежащий разрушению, прорабатывают механическими скребками и обрабатывают 5-10% раствором соляной (НС1) или иной кислоты для удаления солевых отложений и продуктов коррозии. После этого, посредством переводника 1 устройство крепится к колонне напорных труб 2 (БТ, НКТ и пр.) и спускается одновременно с электрическим кабелем 12 в скважину на заданную глубину, где предполагается разрушить (растворить) участок обсадной трубы 20. При этом длина разрушаемого участка обсадной трубы будет соответствовать длине корпуса-катода устройства, который подбирается заранее, исходя из поставленной задачи.
Затем, наземными агрегатами, под давлением, необходимым для преодоления гидравлического сопротивления в скважине (обычно от 1,0 до 8,0 МПа в зависимости от глубины) подается электролит, например, водный раствор хлористого натрия (NaCl) с расходом, обеспечивающим достаточный теплосъем с электрической части устройства и скорость в кольцевом пространстве «устройство - обсадная труба», обеспечивающей вынос механических примесей, продуктов электрохимического процесса - гидроксидов железа (металла) и срыв образований водорода с поверхности корпуса-катода. Согласно расчетам и экспериментальным данным, для различных термобарических и конструктивных условий, рабочий расход электролита составит от 0,5 до 5,0 л/сек.
При прокачке электролита через отверстия 17 малого (расчетного) диаметра, создается перепад давления между внутренней полостью
устройства и скважинной, что обеспечивает выдвижение клиньев 4 посредством поршня - толкателя 5 (см. фиг.2, 3). В зависимости от величины перепада давления, прижимное усилие токопередающих клиньев - контактов к обсадной колонне может достигать 200-300 кг и более, что в отличие от прототипа, обеспечивает надежный контакт с обсадной колонной, позволяющей работать на токе большой величины.
После создания циркуляции электролита в скважине от наземного источника постоянного тока по кабелю 12 на устройство подается электрический ток и в электрохимической ячейке - активной зоне «катод устройства - электролит - обсадная труба (анод)» начинается процесс анодного растворения металла с удаляемого участка трубы. При полном разрушении (растворении) заданного участка трубы протекание электрического тока в цепи автоматически прекращается, о чем судят по контрольным приборам, установленным на поверхности.
Затем, обратной прокачкой электролита через затрубное пространство создают перепад давления на внутреннюю полость устройства, при этом поршень - толкатель 5 возвращается в исходное транспортное положение. После этого, приподъемом устройства возвращают контактные клинья в транспортное положение и извлекают его и кабель на поверхность. При необходимости перед подъемом электролит замещают на технологическую жидкость.
Для разрушения участка трубы длиной, превышающей длину катода устройства, операцию повторяют с необходимой кратностью путем перемещения устройства вверх по вертикали, без подъема его на поверхность.
Использование предлагаемого устройства дает следующие преимущества:
- вести процесс анодного электрохимического растворения участка обсадной колонны на величине тока, превышающей 10 000 - 15 000 А/ч;
- работать на скоростях восходящего потока электролита,
обеспечивающего вынос из рабочей зоны механических примесей и гидроксидов металла;
- вести процесс растворения участка трубы в строго заданном интервале;
- повышенная надежность работы устройства обеспечивает стабильность и эффективность электрохимического процесса;
- расширенная область применения.
Ориентировочный экономический эффект, в зависимости от глубины работ, толщины стенки обсадной трубы и длины разрушаемого участка будет составлять от 200 до 800 тыс. руб на одну скв./операцию.