УСТРОЙСТВО КОРПУСНОЕ ДЛЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СКВАЖИН

Полезная модель может быть использована для разложения газогидратных или расплавления асфальтеносмолопарафиновых и парафиногидратных отложений в межтрубном пространстве нефтяных и газовых скважин.
Образование и отложение газогидратов в стволах газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, а также в коммуникациях является одним из осложнений при добыче и транспортировке газа и жидких углеводородов. Одна из проблем, которая существенно осложняет эксплуатацию месторождений, заключается в образовании газогидратов в добывающих скважинах при наличии мощного газового фактора. Такое явление наблюдается на площади Юрубчено-Тохомского месторождения (ЮТМ), расположенного, в центральной части Красноярского края, в 280 км к юго-западу от поселка Тура (Эвенкийский муниципальный район). Формирование нефтегазоконденсатных залежей ЮТМ имеет достаточно сложное строение, обусловленное карбонатными трещинными коллекторами, мощной толщей газовой шапки и подстилающей воды. Насыщенность пластов газом и нефтью достаточно неравномерная.
В попутном и природном газе, помимо газов парафинового ряда содержится сероводород, диоксид углерода, азот и другие, способствующие образованию гидратов, которые также отлагаются в межтрубном пространстве на стенках насосно-компрессорных труб (НКТ). При появлении газогидратных отложений в межтрубном пространстве, в виде глухой пробки, нарушается нормальная работа скважины, становится невозможным восстановление циркуляции промывочных растворов или различных антигидратных ингибиторов.
Для ликвидации данной проблемы применяются различные методы:
Механический - сводится к обуриванию прихваченных насосно-компрессорных труб с последующим производством ловильных работ, отворотом и подъемом последних на устье. Обуривание весьма затратный метод, как по времени, так и по эксплуатационным расходам;
Тепловой осуществляется преимущественно методом прогрева скважин с помощью агрегата для депарафинизации (АДПМ), путем прямой закачки горячей нефти в трубное пространство спущенных промывочных труб и возвращение ее по «малому» затрубу в приемную емкость. Обработка скважин горячей нефтью малоэффективна ввиду того, что нефть имеет малую теплоемкость и быстро остывает, кроме того требуется привлечение дополнительной автотранспортной техники (автоцистерн), для подвоза нефти, подаваемой на промывку и привлечение объемов товарной нефти;
Химические методы (промывка растворителями) в настоящее время применяют в ограниченном масштабе, как и антигидратные ингибиторы, из которых наибольшее распространение получил метанол. Он считается одним из лучших ингибиторов. Однако из-за его высокой стоимости при ликвидации газогидратных отложений затрачиваются огромные средства. Кроме того, метанол очень токсичен и взрывоопасен.
Термохимический метод ликвидации отложений выгодно отличается от существующих, поскольку:
1. Позволяет доставлять теплоноситель в виде устройства, помещенного в перфорированный контейнер, и производить выделение тепла в интервалах нахождения газогидратных отложений ниже 1000 метров;
2. Не забивает насосно-компрессорные трубы остатками устройств, не полностью растворившихся при термохимической реакции, так как они остаются в контейнере;
3. Продукты реакции являются водорастворимыми, не опасными для человека и окружающей среды.
Из существующего уровня техники известно устройство для термохимической обработки скважин (Патент РФ № 2098605), включающее корпус, выполненный в виде полой перфорированной трубки из алюминия, кальция или другого щелочноземельного металла, имеющий замок в виде расширения на одном конце трубки. Концы трубки залиты легкоплавким водоотталкивающим составом, а химически активное вещество представлено смесями отдельных компонентов щелочных и/или щелочноземельных металлов, или отдельными экструзивными элементами, упомянутых металлов или их расплавом. Отверстия перфорации залиты легкоплавким водоотталкивающим составом. На практике данный патент был реализован в виде устройства из алюминиевой трубки, с развальцованным концом для соединения, заполненной цилиндром из металлического натрия. Перед подачей в скважину необходимо было произвести частичное освобождение теплоносителя от изолирующего покрытия, после чего, при погружении, происходило взаимодействие натрия с водой, входящей в состав скважинной жидкости. При обводненности в скважине менее 10%, объем воды подавался с устья дополнительно.
Недостатком устройства является то, что мощность тепловыделения при реакции металлического натрия с водой относительно невелика и может быть использована для расплавления парафиновых отложений внутри НКТ, имеющих гораздо меньший объем, чем межтрубное пространство скважины. Кроме того, снятие изоляционного покрытия с активного металла ведет к началу реакции с водой на этапе спуска, а, следовательно, потери части тепловой энергии, что делает необходимым использования большего объема устройств для обработки скважины. Заявленные в патенте перфорированные трубки из кальция технически трудновыполнимы и не могут быть без изолирующей оболочки, т.к. кальций бурно реагирует с водой, входящей в состав скважинной жидкости.
Известен аналог в виде устройства для удаления парафиновых или гидратных отложений в скважине (Патент РФ № 2122628), состоящего из корпуса, выполненного из цельного массива щелочного или щелочноземельного металла и имеющее изолирующее покрытие. В качестве покрытия применены алюминиевая или цинковая фольга, или алюминиевая или цинковая фольга с нанесенным на поверхность слоем битума или консистентной смазки с утяжелителем. Изготовленное устройство представляет собой пруток металлического натрия, имеющий различное поперечное сечение в виде: цилиндра, квадрата, овала или кольца, завернутый в указанное выше изолирующее покрытие. Перед применением производится ручная перфорация изолирующего покрытия, подача через лубрикатор в НКТ и далее реакция с водой скважинной жидкости.
Недостатком данного устройства является то, что перфорация наносится вручную и не имеет достаточного и регулярного расположения, следовательно, реакция активного химического элемента будет протекать не равномерно и медленно. Кроме того, металлический натрий устройства реагирует с водой на этапе спуска, теряя тепловую энергию, при этом образующиеся пузыри газа выталкивают устройства, замедляя их погружение. Плотность натрия составляет 0,96 г/см3, поэтому для погружения устройств в НКТ, приходилось использовать утяжелители в виде мелкодисперсного металла, песка или солей металлов, что вело к загрязнению внутреннего пространства НКТ. Кроме того, практика показал, что теплоноситель в виде натрия является пожароопасным, шарики натрия всплывая на устье, на воздухе, воспламеняются, что без дальнейшего догашевания их в воде может привести к воспламенению нефти.
В качестве ближайшего аналога - прототипа принято устройство для термохимической обработки скважин (Патент РФ на ПМ № 97165. Приоритет 11.05.2010г.), включающее металлический корпус в виде полой перфорированной трубки из алюминия, заполненной химически активным веществом, где в качестве химически активного вещества применен металлический кальций в виде цельного цилиндра, полученный литьем, экструзией или прессованием, на торцах которого, имеется наружная и внутренняя резьба, с навинченными крышками, головной и хвостовой.
Это устройство было использовано компанией АО «Востсибнефтегаз», при проведении опытно промышленных испытаний (ОПИ) с 10.12.2017 по 8.02.2018 на скважине ЮР-24 Юрубчено-Тохомского месторождения Красноярского края, где было проведено разложение газогидратов в межтрубном пространстве, отворот и подъем «прихваченных» насосно-компрессорных труб (НКТ 73). Устройства в количестве 25 штук загружаются в перфорированный контейнер общей длиной 10 метров, состоящий из трех секций трубы 57*3,5 мм, соединенных муфтами и имеющими заглушку и переводник. Подача контейнера в НКТ производится на лифтовых трубах. При достижении нужной глубины по данным трубам производилась прокачка расчетного объема соляной кислоты для проведения термохимической реакции. Примененный метод использования указанных выше устройств показал свою эффективность, позволяя после одного спуска контейнера и проведения разложения газогидратов, отворачивать и поднимать до 10 аварийных НКТ.
Недостатками прототипа, выявленными в ходе ОПИ, являются:
Сквозная перфорация на обечайке устройства приводит к тому, что реакция активного наполнителя с технологическим раствором в скважине, особенно при малой плотности последнего, начинается на этапе спуска, до достижения нужной глубины. Это влечет потерю определенного процента тепловой энергии, так необходимой для разложения газогидратов в межтрубном пространстве, а значит снижает эффективность работ устройства;
2. Наличие на торцах цилиндров теплоносителя нарезанной резьбы, для взаимного соединения устройств, что увеличивает трудозатраты и время производства, а массивная головная крышка, не растворяющаяся полностью при реакции, ведет к нерациональному перерасходу металла.
3. Не герметичность конструкции устройств приводит к началу реакции теплоносителя со скважинной жидкостью, особенно это ярко выражается при отсутствии в ее составе хлористого кальция, являющегося ингибитором взаимодействия с теплоносителем. В пресной воде запускается термохимическая реакция в виде мощного выделения газа и фонтанирования жидкости. Именно такой процесс имел место при одном из спусков на скважине №24 при проведении ОПИ.
Для заявленного устройства выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: Устройство корпусное для термохимической обработки скважин, включающее металлический корпус в виде полой перфорированной трубки из алюминия, заполненной химически активным веществом в виде цельного цилиндра, полученного литьем, экструзией или прессованием.
Техническими проблемами заявляемой полезной модели является повышение эффективности работы устройства за счет сохранения тепловой энергии до нужного интервала применения, технологичности производства и сборки, а также безопасности использования. Техническая проблема решается тем, что устройство корпусное для термохимической обработки скважин, включающее металлический корпус в виде полой перфорированной трубки из алюминия, заполненной химически активным веществом в виде цельного цилиндра, полученного литьём, экструзией или прессованием, при этом торцы устройства закрыты при помощи головной и хвостовой цилиндрических крышек отличается от прототипа тем, что алюминиевая трубка выполнена с несквозной перфорацией, а в качестве химически активного вещества применяется щелочноземельный металл. При этом устройство может быть заполнено, по меньшей мере, одним цельным цилиндром химически активного вещества. Кроме того, перфорированная трубка имеет несквозную перфорацию и проточку торцов с образованием буртиков, а головная и хвостовая торцевые крышки при сборке упираются в буртики и крепятся к обечайке вальцеванием. Головная крышка имеет конический выступ для обеспечения зазора между соседними устройствами. Металлический корпус после установки и вальцевания торцевых крышек является герметичной конструкцией.
3
На чертежах показаны устройства с продольным (фиг.1) и поперечным разрезом (фиг.2). Устройство корпусное состоит из металлического корпуса 2, выполненного из тонкостенной алюминиевой трубки, которая имеет несквозную перфорацию 5 и проточку торцов с образованием буртиков. Трубка заполнена химически активным веществом в виде одного или нескольких цельных цилиндров 1. Использование нескольких цилиндров теплоносителя расширяет возможности применения процесса прессования, при котором получить цилиндр большой длины весьма проблематично. Цилиндры 1 получены литьём, экструзией или прессованием из металлического кальция или смеси кальция с алюминиевой крошкой или стружкой. Плотность химически активного вещества 1,0 – 1,56 г/см. На наружной поверхности корпуса 2 несквозная перфорация в виде пазов или проточек, площадь, которой составляет от 10 до 30 % поверхности трубы. Интервал размеров устройства: диаметр 30 – 40 мм при длине 250 – 800 мм. Торцы корпуса 2 закрыты хвостовой 3 и головной 4 цилиндрическими алюминиевыми крышками, которые при сборке упираются в буртики с последующей вальцовкой краёв корпуса 2. Хвостовая крышка 3 представляет собой тонкостенный диск. На головной крышке 4 устройства в виде диска имеется конический выступ для обеспечения зазора между торцами соседних устройств, что позволяет кислоте при реакции контактировать по всему периметру устройства.
Устройство корпусное работает следующим образом.
Для подачи устройства или нескольких, может использоваться перфорированный контейнер (например, КП 56*10100, состоящий из 3 секций трубы 56*4 м из нержавеющего  металла,  общей  длиной  10,1 м).  Устройства  загружаются  в  секции контейнера (на фиг. не показано) и после соединения последних в единое целое, спускаются на лифтовых трубах (например, НКТ 48) до необходимой глубины. По лифтовым трубам (на фиг. не показаны) производится прокачка расчетного объема соляной кислоты с технологической выдержкой и последующим хождением контейнера в заданном интервале. Разложение газогидратных, или расплавление парафиновых отложений в затрубном пространстве происходит за счет большого количества тепла, выделяющегося в результате химической реакции взаимодействия кислоты и загруженных в контейнер устройств. Нарушение герметичности последних, в местах перфорации на поверхности обечайки, происходит в результате обоюдного воздействия кислоты и гидростатического давления столба жидкости в НКТ. При этом кислота проникает внутрь устройства и омывает цилиндры 1 теплоносителя, которые реагируют с ней с мощным выделением газа и тепла. Кислота нагревается и реагирует с алюминием корпуса 2 устройств. Чем больше нагревается кислота, тем активнее идет реакция. Устройства растворяются полностью с большим выделением тепла и образованием жидких водонефтерастворимых соединений, не влияющих отрицательно на окружающую среду и здоровье человека. При теплопередаче, тепло, выделяемое при реакции через стенку НКТ нагревает газогидратные отложения, в результате чего они разлагаются на газ и воду. Газ поднимается на устье, а вода вытесняется более плотным раствором хлористого кальция. После того, как термохимическая реакция заканчивается, по лифтовым трубам прокачивают промывочный раствор, поднимают контейнер перфорированный, далее спускают овершот, проводят ловильные работы, отворачивают и поднимают «отогретые» НКТ. Далее процесс повторяется.
Техническим результатом является полное выделение тепла, заложенное в устройствах в нужном для этого интервале, разложение максимального объема отложений, отворот и подъем «прихваченных» НКТ, что влечет к сокращению времени ремонта скважины. Подача устройств в контейнере позволяет отказаться от резьбы для взаимного соединения устройств, что упрощает конструкцию, делая ее менее трудоемкой в изготовлении и технологичной в сборке. Остатки устройств, не прореагировавшие при реакции, остаются внутри контейнера, поднимаются на устье скважины, не забивая внутреннее пространство насосно-компрессорных труб. Герметичность корпуса устройств делает невозможным реакцию воды из скважинной жидкости с теплоносителем на этапе спуска и делает безопасным их применение при ремонте скважин.