Контейнер для подачи ингибитора в скважину

Полезная модель относится к области нефтедобычи, а именно к устройствам для дозирования реагента-ингибитора в жидкую среду, и может быть использовано при дозировании растворами реагента в восходящем потоке пластовой жидкости, преимущественно в скважинах с температурой пластовой жидкости от +25°С до +125°С. 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 может быть использовано как в газлифтных скважинах, так и в скважинах, оборудованных глубинными насосами.
Из уровня техники широко известны различные конструкции устройств для подачи ингибитора в скважину, в частности, которые представляют собой металлический трубный корпус, внутри которого устанавливаются вкладыши - цилиндрические камеры с ингибитором. Такие конструкции описаны в ряде патентов.
Например, из патента РФ №2350912 известен Дозатор реагента в скважину, содержащий цилиндрический корпус контейнера, имеющего в нижней и верхней боковой части 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 контейнера размещена ячейка для реагента, имеющая крышку и днище с отверстиями и прижатая к внутренней стенке корпуса контейнера упорным кольцом, снизу корпус контейнера снабжен днищем в виде крышки. В преимущественном варианте выполнения известного дозатора: 1) цилиндрический корпус контейнера имеет несколько нижних входных и верхних выходных отверстий; 2) он содержит несколько цилиндрических корпусов контейнера, соединенных между собой переходной муфтой.
Недостатком указанного известного дозатора является сложность конструкции обратного клапана и возможность заклинивания клапана при повышенном содержании механических примесей в пластовой жидкости, в результате чего увеличивается расход ингибитора.
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 ингибитора с жидкостью, так как нет сквозного омывания ингибитора, содержащегося внутри контейнера. 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, описанное в Патенте РФ №2552276. Известное устройство выполнено в виде контейнера, состоящего из секций (корпус) и вторичных регулируемых дозирующих механизмов (обычные перфорационные отверстия). В каждой секции контейнера расположены один или несколько картриджей с реагентом (подобие вкладыша). 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 закреплены внутри секции посредством фиксирующих механизмов.
Регулируемые вторичные дозирующее механизмы - отверстия расположены в той части секций (корпуса) контейнера, которая образуется между регулируемыми первичными дозирующими механизмами (фильтрами) и глухой заглушкой секции (корпуса) контейнера, или концом секции (корпуса) контейнера, или другим картриджем (вкладышем).
Недостатками известного устройства являются следующие:
- 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 будет отсутствовать постоянный поток флюида внутри секции.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении продолжительности дозирования ингибитора в пластовую жидкость за счет равномерности растворения ингибитора при различных температурных скважинных условиях и при повышенном содержании механических примесей в пластовой жидкости.
Указанный технический результат достигается предлагаемым Контейнером для подачи ингибитора в скважину, включающим перфорированный корпус, внутри которого размещен вкладыш в виде полого цилиндра с ингибитором, и снабженный по торцам съемной крышкой и днищем, при этом новым является то, что боковые стенки полого цилиндра выполнены из тканой металлической сетки, а крышка и днище его выполнены глухими, причем ингибитором заполнена вся внутренняя полость цилиндра, диаметр указанного полого цилиндра меньше диаметра корпуса, при этом перфорация в корпусе выполнена в его верхней части, и указанный корпус снабжен по торцам перфорированными заглушками, отверстия которых гидравлически соединены с зазором, образованным между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью полого цилиндра за счет их отличающихся диаметров.
Его корпус выполнен в виде металлической трубы.
Диаметр полого цилиндра меньше диаметра корпуса на 1-10 мм.
Крышка и/или днище цилиндра снабжены выступами, которые сочленены с ответными пазами в заглушке корпуса.
Продольные оси отверстий нижней и верхней заглушек корпуса, гидравлически соединенные с зазором, находятся со смещением друг по отношению к другу.
Боковые стенки полого цилиндра выполнены из одинарной или многослойной тканой металлической сетки.
2
Площадь ячейки тканой металлической сетки составляет 0,0016-1 мм.
2
При выполнении полого цилиндра из многослойной сетки площадь ячейки тканой металлической сетки, примыкающей к ингибитору, составляет 0,0016-1 мм, а размер площади ячейки каждой последующей сетки на 10-100% больше предыдущей.
Перфорационные отверстия в корпусе контейнера выполнены под углом 30-150 градусов.
Вкладыш, размещенный в корпусе, выполнен составным из 1-10 полых цилиндров, каждый из которых снабжен глухими крышкой и днищем.
Поставленный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что диаметр размещаемого внутри корпуса вкладыша меньше диаметра корпуса, в результате чего между их стенками образуется зазор, а также благодаря тому, что отверстия в обеих перфорированных заглушках корпуса гидравлически соединены (сочленены) с указанным зазором, обеспечивается омывание боковых стенок вкладыша (полого цилиндра) пластовой жидкостью (пластовая жидкость - это водонефтяная эмульсия, далее - ВНЭ), попадающей внутрь корпуса через перфорированную заглушку корпуса. Причем омывание будет происходить не вихревым потоком, а более ламинарным течением, что обеспечит равномерный вынос ингибитора.
Вынос ингибитора из полого цилиндра осуществляется диффузией и течением внутри нее, которое создается внешним потоком пластовой жидкости, омывающей этот цилиндр.
В преимущественном варианте выполнения продольные оси отверстий нижней и верхней заглушек корпуса, гидравлически соединенных (сочлененных) с зазором - пространством между стенками корпуса и цилиндра, могут находиться с некоторым смещением (предпочтительно разнесены на 120-180 градусов) друг по отношению к другу (фиг. 2). Таким конструкторским приемом обеспечивается немного более интенсивное, типа «спирального», омывание сетчатых стенок цилиндра и может быть использовано, например, в условиях низкодебитных, а также в скважинах с большим процентным содержанием нефти в добываемой жидкости, с малым содержанием воды.
Фактически ячейки тканой металлической сетки можно рассматривать исходя из их пространственного расположения как радиальные отверстия вкладыша (т.е. боковые стенки). А принимая во внимание, что любая сетка содержит множество ячеек, то при прохождении ВНЭ через них будет наблюдаться, по нашему мнению, в первичный момент частичное разделение водонефтяной эмульсии на нефть и воду (подобно эффекту диспергирования). Вода будет заходить внутрь цилиндра через ячейки сетки, растворять ингибитор, но на выходе раствора из ячеек сетки в полость зазора отделившаяся нефть как гидрофобная среда будет несколько «тормозить» процесс выхода гидрофильного раствора ингибитора, тем более течение ВНЭ в зазоре будет замедленным. И далее через гидравлически соединенные с полостью зазора отверстия в заглушке корпуса и отверстия в верхней части корпуса - в межтрубное пространство скважины. Благодаря этому и будет обеспечен результат, заключающийся в повышения продолжительности дозирования ингибитора в пластовую жидкость за счет равномерности растворения ингибитора. В этом случае неочевидность будет в том, что несмотря на наличие большой площади ячеек сетки вынос ингибитора будет снижен, по-видимому, за счет материала предлагаемой сетки и за счет того, что она тканая (ячейки в ней не круглой, а прямоугольной, квадратной формы, т.е. силы смачиваемости будут в большинстве способствовать не образованию капель сферической формы, а способствовать их деформации).
В прототипе же будет наблюдаться, по-видимому, вихревой эффект при поступлении ВНЭ в емкость предварительного смешивания, которая будет находиться в полости цилиндра (если принимать во внимание скорость откачки насосом пластовой жидкости и небольшой объем указанной емкости предварительного смешивания в контейнере), и этот динамичный поток способствует более быстрому растворению ингибитора, чем в предлагаемом контейнере, и выносу его в межтрубное пространство скважины. Тем более по чертежу прототипа емкости предварительного смешивания находятся с обоих торцов полого цилиндра контейнера.
Выполнение перфорационных отверстий в корпусе в его верхней части, обеспечивающих гидравлическую связь внутренней полости корпуса с межтрубным пространством, обусловлено следующим. Верхние отверстия необходимы во всех случаях, но особенно в том случае, когда нужна повышенная концентрация ингибитора на высокодебитных скважинах, так как пластовая жидкость преодолевает больший путь внутри через контейнер и капсулы. Таким образом, такое расположение перфорационных отверстий в корпусе предлагаемого контейнера, в совокупности с типом используемого материала для боковых стенок вкладыша - тканых металлических сеток, также работает на увеличение продолжительности дозирования ингибитора.
Выполнение в предлагаемой полезной модели боковых стенок полого цилиндра из указанной сетки обеспечивает возможность работать с ВНЭ, содержащей различное количество механических примесей, в том числе с высоким содержанием. Это обусловлено тем, что в контейнере предложенной конструкции снижено влияние силы тяжести на мехпримеси. Это объясняется тем, что в предлагаемом контейнере весь объем ингибитора через боковые стенки цилиндра будет омываться пластовой жидкостью и механические примеси не будут скапливаться внизу (за счет силы тяжести), с образованием «мертвых зон», а будут распространены по всему объему цилиндра с возможностью их выхода, а также за счет того, что обе торцевые заглушки корпуса выполнены перфорированными и их отверстия будут сочленены с зазором между сетчатыми стенками цилиндра и внутренними стенками корпуса, что исключит даже теоретическую возможность остаться этим мехпримесям внутри контейнера. На эту же цель работает и то, что у вкладыша выполнены глухими крышка и дно.
В прототипе же (Патент РФ №2552276) ВНЭ проникает внутрь емкости через фильтры, размещенные 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. Все это может привести к постепенному снижению выноса ингибитора, а значит к снижению эффекта защиты глубинного насосного оборудования. Подобного эффекта удалось избежать в предлагаемом контейнере за счет совокупности его конструктивных особенностей.
В преимущественных вариантах исполнения заявляемой полезной модели 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, например, до 3 г/л в пластовой жидкости» - может быть усилен или дополнен, а именно:
Благодаря тому, что корпус контейнера может быть выполнен в виде металлической трубы, повышается прочность контейнера.
Благодаря тому, что крышка и/или днище цилиндра снабжены выступами, которые сочленены с ответными пазами в заглушке корпуса, будет гарантированно обеспечено исключение смещения цилиндра внутри корпуса.
Благодаря тому, что боковые стенки полого цилиндра могут быть выполнены из многослойной тканой металлической сетки, повышается прочность.
2
Благодаря тому, что площадь ячейки тканой металлической сетки может составлять величину 0,0016-1 мм, возможно усиление эффекта по повышению продолжительности дозирования реагента в пластовую жидкость за счет того, что при данных конструкторских особенностях еще более усилится эффект деформации капель раствора ингибитора, выходящих из боковых стенок вкладыша.
Благодаря тому, что при выполнении полого цилиндра из многослойной сетки размер площади ячейки каждой последующей сетки может быть на 10-100% больше предыдущей, возможно, будет происходить частичное перекрытие ячеек предыдущей сетки последующей, что, на наш взгляд, может привести к возникновению дополнительного так называемого «капиллярного эффекта», заключающегося в усилении отделения нефти от водонефтяной эмульсии на границе сетки, и за счет капиллярных сил втягиванию оставшейся эмульсии по ячейкам сетки внутрь цилиндра (благодаря малому размеру ячеек). Ингибитор, находящийся в полости цилиндра вкладыша, будет растворяться в водной фазе и выходить противотоком по этим же ячейкам в зазор между корпусом и наружной сетчатой стенкой цилиндра и далее через отверстия в корпусе и отверстия в крышке корпуса, сочлененные с указанным зазором, в межтрубное пространство скважины. Учитывая, что стенки ячеек в сетке частично будут покрыты слоем ВНЭ и, в частности, гидрофобной средой - нефтью, то эффект вытягивания раствора ингибитора (ингибитор растворяется только в воде) из полости цилиндра будет несколько замедлен, в результате чего обеспечивается продолжительное время растворения ингибитора.
Выполнение вкладыша, размещенного в корпусе, составным из 1-10 полых цилиндров, каждый из которых снабжен глухими крышкой и днищем, позволит применять одновременно несколько ингибиторов разного назначения (например, ингибитор коррозии, ингибитор солеотложений и т.п.).
Таким образом, указанный технический результат достигается только всей совокупностью конструктивных признаков, изложенной в формуле полезной модели.
Кроме того, следует подчеркнуть, что указанная совокупность признаков в формуле находится в конструктивном единстве для предлагаемого технического решения, и исключение хотя бы одного из них нарушит это единство, т.к.:
- во-первых, представляет собой один объект в виде единой конструкции, конструктивные элементы которой соединены, сочленены между собой и в соединении обеспечивают реализацию предлагаемым контейнером общего функционального назначения, т.е. доставки ингибитора в скважину;
- во вторых, исключение хотя бы одного признака из конструкции не обеспечит достижение поставленного технического результата;
- а в-третьих, исключение хотя бы одного признака из конструкции также не обеспечит реализацию назначения, т.е. может привести к несоответствию критерию «промышленная применимость».
Таким образом, предлагаемое изобретение характеризуется совокупностью взаимообусловленных признаков, которые все участвуют в обеспечении достижения технического результата, т.к. этот результат проявляется только при использовании этого технического решения в целом.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен заявляемый контейнер, общий вид, разрез; на фиг. 2 - заявляемый контейнер, где вкладыш выполнен составным.
Предлагаемый контейнер состоит из корпуса 1, преимущественно изготовленного из металлической трубы, в стенках которого выполнены перфорационные отверстия 2, преимущественно, под углом 30-150 градусов к продольной оси. Указанные отверстия 2 в корпусе 1 выполнены в его верхней 3 части. Корпус 1 контейнера снабжен по торцам перфорированными нижней 4 и верхней 5 заглушками. Внутри корпуса 1 контейнера размещен вкладыш, диаметр которого меньше диаметра корпуса 1, в результате чего образуется зазор 6 между внутренними стенками корпуса и наружными стенками вкладыша. Отверстия 7 нижней 4 и верхней 5 заглушек корпуса 1 гидравлически соединены (сочленены) с пространством указанного зазора 6. Но в некоторых случаях продольные оси отверстий нижней и верхней заглушек корпуса, сочлененных с зазором, могут находиться со смещением друг по отношению к другу (фиг. 2). При этом обеспечивается более интенсивное, типа «спирального», омывание сетчатых стенок цилиндра и может быть использовано, например, в условиях средне- и высокодебитных скважин. Кроме того, в преимущественном варианте исполнения крышка и/или днище цилиндра снабжены выступами (не показаны), которые сочленены с ответными пазами (не показаны) в заглушке корпуса. При обычном исполнении крышка и днище цилиндра сопряжены с соответствующей заглушкой корпуса 1.
2
2
Вкладыш выполнен в виде полого цилиндра 8, заполненного в полном объеме ингибитором 9 (фиг. 1). Указанный вкладыш может быть выполнен и составным (фиг. 2) из нескольких полых цилиндров 8, в которых могут быть размещены ингибиторы разного назначения и различного фазового состояния. Боковая стенка 10 полого цилиндра 8 выполнена из тканой металлической сетки, например, производства Компании «Союзнихром» по ГОСТ 3826-82, ГОСТ 6613-86, ТУ 14-4-507-99, или, например, производства «Краснокамский завод металлических сеток» - торговая марка ROSSET из номенклатуры «Промышленные сетки». Преимущественно, площадь одной ячейки тканой металлической сетки может составлять 0,0016-1 мм. Боковые стенки полого цилиндра могут быть выполнены как из одинарной, так и многослойной тканой металлической сетки. Причем в преимущественном варианте исполнения, для многослойной сетки, площадь ячейки тканой металлической сетки, примыкающей к ингибитору, может составлять величину 0,0016-1 мм, а размер площади ячейки каждой последующей сетки может быть на 10-100% больше предыдущей. По торцам указанный цилиндр 8 снабжен глухими крышкой 11 и днищем 12.
Принцип работы предлагаемого контейнера следующий.
Контейнер может быть использован в скважине в качестве отдельного узла (это зависит от скважинных условий), но в преимущественном варианте исполнения, он может быть использован в виде модуля из нескольких контейнеров, например, длиной 1 м и более, соединенных друг с другом посредством муфты 13 (фиг. 2). Внутрь перфорированного корпуса 1 (количество выполненных в нем отверстий 2 выбирают в зависимости от скважинных условий: температуры, состава ВНЭ, количества в ней мехпримесей, дебита скважины, мощности насоса) помещают вкладыш, в виде полого цилиндра 8, заполненного ингибитором 9. Указанный вкладыш по высоте занимает все внутреннее пространство корпуса от заглушек 4 и 5. Вкладыш может быть выполнен и составным (фиг. 2) из 1-10 полых цилиндров, каждый из которых начинен соответствующим ингибитором 9. Размещают отдельный контейнер или модуль в скважине под насосом (не показан) и включают насос в работу. Пластовая жидкость через отверстия перфорированной заглушки 4, сочлененные с зазором 6 между стенками корпуса 1 и полого цилиндра 8, заходит внутрь корпуса 1, проходит в зазоре 6, поступает по ячейкам тканой металлической сетки внутрь цилиндра 8, растворяя ингибитор. Раствор ингибитора также выходит из ячеек цилиндра в зазор 6 и далее - через отверстия 2 корпуса 1 и через сочлененные с зазором 6 отверстия 7 перфорированной заглушки 5 корпуса 1 в межтрубное пространство скважины, и благодаря этому происходит защита насоса от коррозии, от отложений солей и асфальтенов и пр. А если контейнер объединен в модуль с другим контейнером посредством муфты 13 (фиг. 2), то через гидравлически соединенные с зазором 6 отверстия 7 перфорированной заглушки 5 корпуса 1 часть жидкости переходит в корпус 1 следующего контейнера. Если предлагаемый контейнер будет объединен в модуль, то учитывая, что в межтрубье скважины выводится не вся жидкость с ингибитором, а ее часть проникает к другим полым цилиндрам 8 в другом контейнере, то это будет также способствовать увеличению продолжительности выноса ингибитора за счет того, что в последующем 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 отверстий 7 верхней перфорированной заглушки 5, сочлененных с зазором 6. Таким образом, контейнер будет работать, пока работает насос в скважине.
Для доказательства существенности ряда признаков, указанных в формуле полезной модели, были проведены испытания на лабораторной установке, представляющей собой контейнер, состоящий из корпуса, установленного в нем одного вкладыша в виде полого цилиндра, выполненного из тканых металлических сеток, с глухими крышкой и днищем, заполненного ингибитором солеотложения на основе нитрилотриметилфосфоновой кислоты (выпускается по ТУ 6-09-5283-86 под торговой маркой ИСБ-1). Отверстия в корпусе были выполнены вверху и снабжены шлангами для отвода пропускаемой жидкости. Также были выполнены отверстия в верхней крышке корпуса, также снабженные шлангами. В качестве жидкости использовали природную ВНЭ с обводненностью 85% и наличием 1% механических примесей. Испытания проводили при температурах +30 и +90 градусов. Через 15, 25, 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.
Для сравнения был проведен опыт с контейнером, где в качестве вкладыша был использован полый цилиндр, выполненный из полиэтилена с радиальными круглыми перфорационными отверстиями, и с контейнером по прототипу, который состоял из корпуса, в средней части которого находился ингибитор, обрамленный с торцов фильтрами. Отверстия в корпусе прототипа были выполнены снизу и сверху в области емкости предварительного смешивания. Указанные отверстия были снабжены шлангами, предназначенными для ввода ВНЭ и ее отвода.
Полученные данные приведены в таблице 1.
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что контейнер предлагаемой конструкции действительно обеспечивает равномерность растворения ингибитора при различной температуре и при высоком содержании механических примесей в прокачиваемой жидкости. В промысловых условиях это приведет к увеличению продолжительности дозирования. Влияние большого количества механических примесей не повлияло на его работу.
Контейнер с вкладышем из полого полиэтиленового цилиндра с меньшим количеством радиальных отверстий в боковых стенках, по сравнению с количеством ячеек в сетчатой стенке цилиндра, предлагаемой конструкции, обеспечивает даже более быстрый вынос ингибитора, несмотря на то, что общая площадь отверстий у него будет меньше, чем у сетки. Мехпримеси не влияют на работу такого контейнера.
Контейнер по прототипу со временем стал забиваться мехпримесями и в результате снизил количество выносимого ингибитора.
Таким образом, контейнер заявляемой конструкции может быть успешно использован в промысловых условиях.