СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АСФАЛЬТЕНО-СМОЛО-ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ELIMINATION AND PREVENTION OF FORMATION OF ASPHALTENE-RESIN-PARAFFIN DEPOSITS, AND PLANT FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для ликвидации и предотвращения образования асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО) в нефтегазодобывающих скважинах. Образование стойких эмульсий в скважинах в совокупности АСПО в пласте приводит к значительному снижению добычи нефти.
Известны различные способы ликвидации и предотвращения образования асфальтено-смоло-парафиновых отложений, установки для их осуществления, а также описания исследований разноплановых вопросов, с ними связанных [1-18]. Например, известный способ нагрева внутрискважинной жидкости нагревательным кабелем (НК) выше температуры плавления АСПО [1-5], применяемый для ликвидации и предотвращения образования АСПО, состоит в том, что осуществляют нагрев продукта в насосно-компрессорной трубе (НКТ) путем пропускания электрического тока по НК через питающую жилу. Регулируют тепловыделение по глубине образований отложений, измеряя электрическую мощность в релейном режиме так, чтобы температура в скважине была на 5-50°C выше температуры плавления АСПО. Одновременно контролируют температуру электроизоляции греющих элементов, ограничивая ее температурой плавления изоляции.
Устройство для реализации этого способа в различных вариантах исполнения содержит один или несколько изолированных нагревательных элементов и токопроводящую жилу, а также замыкатель тока между ними, причем нагревательные элементы и токопроводящая жила объединены общей электроизоляцией в одну конструкцию в виде многожильного кабеля [1-4]. При этом НК, расположенный вне НКТ, потребляет значительно больше энергии по сравнению с таким же кабелем, расположенным внутри НКТ [5].
Не удается сократить энергопотребление путем замены НК на множество нагревательных элементов («М точек») [6]. В этом способе осуществляется контроль и подача энергии в каждую точку, но точки расположены с внешней стороны НКТ, поскольку не удается осуществить контроль и подачу энергии в каждую точку в случае их расположения внутри НКТ. Соответственно, расходуется значительно большее потребление энергии по сравнению с тем, как если бы эти точки располагались внутри НКТ.
Главным недостатком подобных способов и устройств для их реализации, основанных на нагревании, является большое потребление энергии: 40-100 Вт/м [5, 7, 8]. Другим недостатком является низкая температура и, соответственно, низкая удельная теплоотдача нагревательного элемента, связанная с ограничением температуры по электроизоляции, что снижает производительность очистки НКТ.
Принцип действия скважинных ЭГД аппаратов основан па разрушении и удалении солевых или АСПО из призабойной зоны скважины комплексом воздействующих факторов: ударными волнами, пульсирующим парогазовым пузырем и скоростным гидропотоком, образующимися при высоковольтном электрическом разряде в жидкости. ЭГД аппараты для увеличения дебита скважины воздействием на призабойный слой промышленно используются, например, компанией «Waterhunters» [9] и реализуется в различных вариантах исполнения [10, 11]. Отличительной особенностью этих методов является значительная энергия импульса: до 5 кДж выходной мощностью до 500 МВт и использование только в призабойной зоне, что ограничивает сферу применения таких способов очистки скважин.
Известен также способ очистки внутренней поверхности труб, заключающийся в том, что на внутреннюю поверхность трубы воздействуют электрогидравлическим ударом (ЭГДУ) с помощью электрогидравлического излучателя, который перемещают внутри по мере очищения трубы. Рабочее напряжение разрядного импульса ограничивается напряжением, при котором происходит разрушение труб [12]. Подобным способом производится очистка внутренней поверхности труб в промышленности [13].
Известно, что при воздействии ЭГДУ на нефтяную жидкость меняется ее структура, происходит множественное дробление капель жидкости, образование водонефтяной эмульсии, разрушаются тяжелые фракции, снижается вязкость нефти, в целом изменяются ее физико-химические свойства. Одновременно в самой жидкости происходит локальный нагрев и выделение значительной тепловой энергии при высоком кпд [14-16].
Наиболее близкими по технической сущности и сходству с существенными признаками к предлагаемому способу увеличения дебита нефтяной скважины, а также ликвидации и предотвращения АСПО в НКТ являются [1-16], в частности: - очистка трубопроводов электрогидродинамическим ударом (ЭГДУ).
В качестве наиболее близкого аналога, как для способа, так и для устройства по совокупности признаков, целесообразно выбрать устройство, раскрытое в патенте RU 2175898 C1, 2001. Данное устройство также предназначено для ликвидации отложений при очистке скважины и трубного оборудования и содержит следующие, общие с заявленным способом существенные признаки: на глубину возможного формирования отложений опускают кабель с электродами, образующими разрядник, по кабелю подают от располагаемого на поверхности блока управления импульсы напряжения частотой следования от 0,1 Гц, в результате чего производят разряд на разряднике и локальный нагрев в месте разряда, инициируют тем самым электродинамические ударные волны. Признаки, общие с заявленным устройством: кабель, разрядники, блок управления, генератор импульсов для разрядников, конденсаторы.
Достигаемый технический результат заключается в снижении потребляемой мощности и увеличении дебита скважин.
(n-1),n
-5
9
В качестве кратких сведений, раскрывающих сущность изобретения, следует отметить, что указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе ликвидации и предотвращения образования АСПО, состоящем в том, что в НКТ скважины на длину от устья до призабойной зоны или на глубину возможного формирования АСПО опускают кабель с количеством проводников в нем от 1 до 20, на котором крепят электрические с числом электродов от 2 до 10 разрядники, количеством от 1 до 1000 штук, на расстоянии (Δs) от 0,3 м до 5000 м друг от друга. На каждый из разрядников по кабелю подают от располагаемого на поверхности блока управления (БУ) импульсы или пакеты импульсов напряжения, с амплитудой от 10 В до 50 кВ, длительностью от 1 нс до 100 мс, с фронтом от 1 нс до 1 мс, спадом от 1 нс до 1 мс, частотой следования от 0,1 Гц до 1 МГц, скважностью импульсов от 10 до 10, указанные параметры которых формируют БУ. В результате этого производят разряд на любом из разрядников независимо от других разрядников или на любой выбираемой из их общего количества группе разрядников и локальный нагрев в месте разряда. Для контроля процессов получают сигналы от акустических датчиков числом от 1 до 100, датчиков температуры числом от 1 до 100 и датчиков давления числом от 1 до 100, которые устанавливают внутри НКТ и межтрубном пространстве. Инициируют тем самым электрогидродинамические ударные волны и в комплексе указанных воздействий на все разрядники повышают температуру в НКТ выше температуры плавления АСПО. Производят при этом очистку НКТ ударными волнами, разрушают твердые фракции нефтяной жидкости в продукте, снижают вязкость продукта, предотвращают выпадение АСПО и ликвидируют выпавшие АСПО.
0,n
n
0(n-1)
n
0,n
n-1
n
(n-1),n
n
(n-1),n
Указанный технический результат обеспечивается также тем, что в заявленном способе для подачи импульса на любой n-ый разрядник БУ формирует импульс из условия U≤U≤U, где U - амплитуда импульса, который подают на n-ый разрядник, U - напряжение пробоя n-го разрядника и 1 нс≤τ≤[τ-(Δs/c)], где τ - фронт импульса, который подают на n-ый разрядник, Δs - расстояние между разрядниками, c - скорость электромагнитной волны в кабеле, и тем самым формируют начало возникновения разряда на любом разряднике независимо от других разрядников.
Модификации реализации существенных признаков заявленного способа заключаются, например, в том, что длительность импульса формируют из условия прекращения разряда на предыдущем по времени разряднике к моменту, когда подают импульс на последующий по времени разрядник, а длительность импульса от 1 нс до 100 мс и его амплитуду от 0,01 кВ до 50 кВ выбирают для максимального выделения тепловой энергии в объеме разряда. В вариациях способа также от 1 до 100 разрядников располагают в призабойной зоне, опуская их через НКТ и межтрубное пространство, на которые подают импульсы, формируя их с помощью БУ, длительность и напряжение которых выбирают из условия возникновения ударной волны с максимальной мощностью, и воздействуют возникающим электрогидродинамическим ударом на перфорацию и призабойный слой. Разрушают при этом твердые фракции в нефтяной жидкости, снижают вязкость нефтяной жидкости, очищают перфорации и подводящие каналы нефтегазоносного пласта от механических примесей и АСПО, предотвращают их образование и предотвращают забивание перфорации механическими примесями, в результате увеличивают приток нефтяной жидкости и тем самым увеличивают дебит скважины.
(n-1),n
Время начала разряда (n-1)-го разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от n-го разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов снизу вверх по скважине, и время начала разряда n-го разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от (n-1)-го разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов сверху вниз по скважине и суммируют таким образом энергию воздействия электрогидродинамических ударных волн. Время начала разряда (n-1)-го разрядника также синхронизируют со временем поступления нефтяной жидкости на него после разряда n-го разрядника, которое в свою очередь определяют как отношения расстояния между n-м и (n-1) разрядниками (Δs) и скоростью течения нефтяной жидкости в НКТ и тем самым суммируют тепловой поток.
По заявленному способу также на разрядники подают импульсы с частотой заполнения от 10 Гц до 1 ГГц, которую выбирают для максимального прогрева нефтяной жидкости в скважине.
Контроль срабатывания каждого разрядника выполняют при помощи акустических датчиков количеством от 1 до 100, которые устанавливают в нефтяную жидкость внутри НКТ и в межтрубном пространстве, на саму НКТ и обсадную трубу. С помощью БУ регулируют подачу импульсов на каждый отдельный разрядник в соответствии с показаниями физических параметров скважины, которые измеряют датчиками температуры количеством от 1 до 100, давления количеством от 1 до 100 и акустическими датчиками количеством от 1 до 100, устанавливаемыми в НКТ и термограммой скважины. Разрядники в соответствии с термограммой скважины устанавливают также в местах с минимальной температурой нефтяной жидкости в НКТ. От 1 до 100 разрядников располагают, например, в межтрубном пространстве ниже динамического уровня до призабойной зоны скважины.
Разряды также формируют 3-электродными разрядниками, на два электрода которых подают по отдельному кабелю или другому проводнику основного кабеля постоянное напряжение питания разрядника от 1 В до 50 кВ от накопительных конденсаторов БУ общей емкостью от 0,1 нФ до 100 мФ, а на 3-ий электрод разрядника подают импульс, который формирует БУ. При этом напряжение питания разрядника, емкость конденсаторов, их время заряда и разряда и параметры импульса подбирают отдельно для каждого разрядника в зависимости от его местоположения, таким образом, чтобы обеспечить максимальную мощность разряда, и синхронизируют эти параметры блоком синхронизации БУ, которым в свою очередь управляют контроллером БУ.
Для транспортировки кабеля с разрядниками, каждый разрядник с центраторами помещают в механически жесткий контейнер, который снимают при погружении кабеля с разрядниками в скважину. При этом, в частности, используют коаксиальные кабели. Подачу импульсов на разрядники, подачу напряжения на разрядники, снятие данных с датчиков, установленных в НКТ и межтрубном пространстве, также осуществляют раздельными кабелями, которые через сальники опускают в НКТ и межтрубное пространство.
Совокупность операций способа может быть использована для нагревания нефтяной жидкости в нефтепроводе. При этом предотвращают выпадения в нем АСПО и ликвидируют выпавшие АСПО.
(n-1),n
Указанный технический результат обеспечивается также в установке для осуществления способа ликвидации и предотвращения образования АСПО, содержащей конструктивно и электрически взаимосвязанные между собой кабель, введенный через сальник в насосно-компрессорную трубу (НКТ), расположенный от устья до призабойной зоны, и кабель, введенный через сальник в межтрубное пространство и расположенный от устья скважины до призабойной зоны. На кабелях установлены разрядники с центраторами на расстояниях (Δs) от 0,3 метра до 5000 метров друг от друга. При этом кабели электрически и механически соединены с блоком управления (БУ), который составлен из электрически взаимосвязанных между собой контроллера, блока приема-передачи данных на внешний процессор, генератора импульсов для разрядников в межтрубном пространстве (МП), блока управления параметрами импульсов генератора для разрядников МП, блока синхронизации МП, накопительных конденсаторов МП, блока питания разрядников МП, блока управления параметрами импульсов генератора для разрядников в НКТ, блока синхронизации НКТ, генератора импульсов для разрядников в НКТ, блока питания разрядников НКТ, накопительных конденсаторов НКТ, внешнего процессора с возможностью осуществления внешнего контроля и управления процессами в скважине и блоке управления, а также программирования и перепрограммирования блоков БУ, блока приема и обработки данных от датчиков (блока датчиков), соединенного с акустическими датчиками числом от 1 до 100, датчиками температуры числом от 1 до 100 и датчиками давления числом от 1 до 100, установленными внутри НКТ и межтрубном пространстве, при этом от 1 до 100 акустических датчиков установлены на НКТ и от 1 до 100 датчиков установлены на обсадной трубе. При этом все блоки БУ соединены с блоком питания.
Заявленное устройство и особенности размещения его узлов в скважине схематически отражены на фиг.1, на которой обозначены:
1
n
n-1
N-1
N
m
m-1
1
(n-1),n
n
n-1
P, P, P, P, P, P', P', P' - разрядники, ΔS - расстояние между P и P разрядниками, 1 - блок управления, 2 - блок питания, 3 - контроллер, 4 - блок приема-передачи данных на внешний процессор, 5 - генератор импульсов для разрядников в межтрубном пространстве (МП), 6 - блок управления параметрами импульсов генератора разрядников МП, 7 - блок синхронизации МП, 8 - накопительные конденсаторы МП, 9 - блок питания разрядников МП, 10 - блок управления параметрами импульсов генератора разрядников в НКТ, 11 - блок синхронизации НКТ, 12 - генератор импульсов разрядников НКТ, 13 - блок питания разрядников НКТ, 14 - накопительные конденсаторы НКТ, 15 - блок приема и обработки данных от датчиков, 16 - внешний процессор, 17 - кабели, 18 - сальники, 19 - кабель от датчиков, 20 - датчики акустические, 21 - датчики давления, 22 - датчики температуры, 23 - устье скважины, 24 - центраторы, 25 - насосно-компрессорная труба (НКТ), 26 - обсадная труба, 27 - межтрубное пространство (МП) 28 - призабойная зона, 29 - перфорация, 30 - нефтегазоносный пласт.
(n-1),n
1
n
n-1
N-1
N
m
m-1
1
-5
9
Кроме того, при детальном описании заявленных объектов целесообразно отметить, что способ увеличения дебита скважин, ликвидации и предотвращения образования АСПО в добывающих нефтегазовых скважинах, НКТ и трубопроводах заключается в нагревании жидкости внутри НКТ, увеличении вязкости, разрушении АСПО и обработке призабойной зоны разрядниками, находящимися внутри НКТ, на которые подают импульсы, формируемые блоком управления (БУ), находящимся на поверхности. При в НКТ 25 (фиг.1) опускается коаксиальный или иной кабель 17 с числом проводников от 1-20, на котором вдоль всего кабеля на расстоянии от 0,3 м до 5000 м (Δs) друг от друга крепят n электрических разрядников P, P, P, P, P (фиг.1), количеством от 1 до 1000 штук, которые располагают от устья до призабойной зоны и/или на длине возможного выпадения АСПО. Такую же конструкцию разрядников P', P', P' (фиг.1) располагают в межтрубном пространстве 27 от устья до призабойной зоны 29 и/или на длине возможного выпадения АСПО. На каждый разрядник от блока 1 управления (БУ), находящегося на поверхности, по кабелю 17 подаются видео- или радиоимпульсы напряжения. Параметры импульса: амплитуда от 0,01 кВ до 50 кВ, длительность от 1 нс до 100 мс, с фронт от 1 нс до 1 мс, спад от 1 нс до 1 мс, частота следования от 1 Гц до 1 МГц, скважность импульсов от 10 до 10, период повторения от 1 с до 1 мкс, период повторения от 1 с до 1 мкс, частота заполнения от 10 Гц до 1 ГГц формирует БУ. Конструкция позволяет подавать импульс напряжения на любой отдельно расположенный разрядник, независимо от других.
При поступлении импульса на разрядник происходит разряд и локальный нагрев в месте разряда, возникает ЭГДУ. В результате комплексного воздействия на все разрядники в БУ происходит повышение температуры в НКТ выше температуры плавления АСПО, очистка НКТ ударными волнами (УВ), разрушение твердых фракций в продукте, снижение вязкости продукта в результате воздействия на нефтяную жидкость ЭГДУ, что предотвращает выпадение АСПО и ликвидирует выпавшие АСПО. Установленные разрядники в призабойной зоне 29 (фиг.1) воздействием ЭГДУ на прилегающие породы способствуют их очистке и, как следствие, увеличивают дебит скважины.
Применяемый кабель 17 - коаксиальный кабель или иной с числом проводников от 1 до 20, с максимальным напряжением на пробой изоляции по импульсу, достаточным для данной технологии, с тросом или без. Кабель выполняет три главных функции: а) передача на разрядники импульса напряжения без существенных искажений его формы, б) в качестве несущего элемента (троса) для разрядников, в) в качестве линии задержки импульса. Кабели могут опускаться через один или несколько сальников, которые устанавливают на Манифольд.
Блок 1 управления (БУ) (фиг.1) состоит из электрически взаимосвязанных между собой генератора 5 импульсов для разрядников в межтрубном пространстве (МП) 27, блока 6 управления параметрами импульсов генератора 5 для разрядников в МП, генератора 12 импульсов для разрядников в НКТ, блока 10 управления параметрами импульсов генератора для разрядников в НКТ, контроллера 3, блока приема и обработки данных от датчиков (блок датчиков), на который подают по другому кабелю сигналы от акустических датчиков, датчиков температуры и датчиков давления, которые устанавливают внутри НКТ и межтрубном пространстве, при этом от 1 до 100 акустических датчиков устанавливают на НКТ и от 1 до 100 датчиков устанавливают на обсадную трубу, блока приема-передачи данных на внешний центральный процессор, которым осуществляют внешний контроль и управление процессами в НКТ и блоке управления, а также программирование и перепрограммирование блоков в БУ. Питание всех блоков в БУ осуществляют блоком питания 2.
ГИ 5 импульсов имеют индуктивный и/или емкостной накопитель энергии.
Контроллер 3 осуществляет управление всей работой системы или внешнего управления. Предварительно снимаются все необходимые параметры скважины, которые учитываются при составлении программы управления. Контроллер обрабатывает поступающие от датчиков данные, сохраняет их и учитывает при управлении ГИ.
Разрядники имеют от 2 от 10 электродов, расстояние между которыми регулируется, что позволяет в свою очередь регулировать амплитуду напряжения пробоя.
При применении 2-электродного разрядника один электрод прикреплен к центральной жиле, на который подают импульс напряжения, другой электрод прикреплен к внешнему заземленному проводнику-экрану кабеля.
Если разряд формируют 3-электродным разрядником, то на два электрода подают по отдельному кабелю или другому проводнику основного кабеля постоянное напряжение питания разрядника от 1 В до 50 кВ от накопительных конденсаторов БУ общей емкостью от 1 нФ до 10 мФ, а на 3-ий электрод подают импульс, который формирует БУ. Напряжение питания разрядника, емкость конденсаторов, их время заряда и разряда и параметры импульса взаимосвязаны, их синхронизируют блоком 11 синхронизации БУ, который в свою очередь управляется контроллером БУ, отдельно для каждого разрядника. В зависимости от местоположения разрядника эти параметры подбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную мощность разряда.
(n-1),n
Разрядники располагаются на расстоянии Δs друг от друга, которое может регулироваться в соответствии с термограммой скважины.
0,n
n
0(n-1)
n
0,n
N
1
Напряжение пробоя разрядника починяется следующему условию: U≤U≤U, где U - амплитуда импульса, который подают на n-ый разрядник, U - напряжение пробоя n-го разрядника. Нумерация разрядников сверху вниз по НКТ. P-ый разрядник - самый нижний в скважине, P - самый верхний разрядник (Фиг.1).
Разрядники имеют центратор, жестко прикрепленный к кабелю. Дополнительно разрядники могут прикрепляться к тросу, если применяется кабель с тросом, или к отдельному тросу, который крепится к сальнику или НКТ на устье. Разрядники крепятся, подсоединяются к кабелю, настраиваются и испытываются в стационарных условиях.
Для транспортировки каждый разрядник помещается в корпус металлический, деревянный или из иного материала, который предохраняет разрядник от механических повреждений и снимается по мере спуска конструкции в скважину.
Количество разрядников на кабеле от 1 до 1000. Количество разрядников на длине L кабеля определяется той энергией, которую необходимо закачать в систему для поддержания температуры в любой точке выше температуры плавления АСПО.
Это количество энергии рассчитывается, а затем подбирается при отладке индивидуально для каждой скважины в зависимости от термограммы скважины, содержания АСПО, содержания воды в нефтяной жидкости, дебита скважины (скорости течения нефтяной жидкости).
max
В месте разряда локальный нагрев может превышать температуру выпадения АСПО на десятки градусов. Расчеты, приведенные в [7], показывают, что электрической энергии 40-60 Вт/м в системе с нагревательным кабелем (НК) достаточно для поддержания температуре в НКТ выше температуры плавления АСПО. После прекращения подачи энергии НКТ происходит снижение температуры в НКТ с темпом около 1° на 10 м. Тогда при длине глубине скважины в 1 км (L=1 км), n=100 штук, при условии. Номинальное количество 10-20 штук/км. При ЭГД ударе дополнительно к нагреванию происходит снижение вязкости жидкости до 30%, разбивание самих кластеров АСПО, что позволяет снижать общее количество разрядников.
Для подачи разрядного импульса на любой n-ый разрядник, независимо от присутствия других разрядников, и любой мощности импульс должен удовлетворять следующим двум требованиям:
0(n-1)
n
0,n
n
0,n
a) U>U>U, где U - амплитуда импульса, подаваемого на n-ый разрядник, U - напряжение пробоя n-го разрядника;
n-1
n
(n-1),n
n
(n-1),n
б) τ<τ-(Δs/c), где τ - фронт импульса, который подает n-ый разрядник, Δs - расстояние между разрядниками, с - скорость электромагнитной волны в кабеле. В результате формируют начало возникновения разряда на любом разряднике независимо от других разрядников.
При τ=0 (очень малый фронт) работает только условие а). В нашем случае τ=1 нс, так минимальное расстояние между разрядниками Δs=0,3 м.
При «бесконечно большом» фронте срабатывает самый нижний разрядник, так как согласно условию а) у него минимальное напряжение пробоя. При глубине S расположения самого нижнего разрядника «бесконечно большой» фронт τ=(S/c).
Для более точного начала разряда измерение фронта целесообразно производить на уровне 0/1, тогда как обычно фронт измеряют на уровне 0,1/0,9.
В зависимости от мощности разряда, расстояния между электродами и их формой, а также иными параметрами импульса, подаваемого на разрядник, энергия разряда либо сравнительно медленно перейдет в тепловую энергию или приведет к быстрому выделению энергии и, как следствие, образованию УВ. Длительность импульса (t) определяется условием максимального выделения энергии в объем разряда и подбирается для каждой скважины индивидуально [17].
Согласно имеющимся экспериментальным данным, выделение энергии в разрядный объем растет при t>0.2 мкс, имеет максимумы t~30 мкс, а затем падет с ростом t [16, 17]. В [17] было показано, что высоковольтный (ВВ) пробой в жидкости возможен при длительности импульса до 100 мкс.
Скважность импульса формируют из условия прекращения разряда на предыдущем по времени разряднике к моменту, когда подают импульс на следующий разрядник.
ЭГДУ изменяет структуру нефти, влияет на свойства нефти, снижает ее вязкость на 30-40% [14, 15], предотвращает выпадение АСПО, очищает внутреннюю поверхность НКТ от АСПО, увеличивая тем самым дебит скважины.
Форма разрядника и параметры импульса, подаваемого на него, подобраны таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение энергии в нефтяную жидкость, тепловую или энергию УВ в зависимости от состава нефтяной жидкости, ее температуры, других физико-химических свойств и расстояния до поверхности НКТ [16-18].
Конструкция позволяет синхронизировать время разряда на (n-1)-ом разряднике с временем поступления УВ от n-го разрядника, что сократит энергопотери и увеличит эффект влияния УВ на свойства нефти.
(n-1),n
Время начала разряда n-го разрядника синхронизируют со временем поступления нефтяной жидкости на него после разряда (n-1) разрядника, которое в свою очередь определяют как отношения расстояния между n-м и (n-1) разрядниками (Δs) и скоростью течения нефтяной жидкости в НКТ.
В работах [14-17] показано, что при высоковольтном разряде в жидкости для изменения физико-химических свойств нефти достаточно 10-20 импульсов (при частоте следования около 1 Гц). При этом важна суммарная энергия импульсов, а не каждого отдельно и достаточно энергии в несколько сот Дж и амплитудой импульса от нескольких сот вольт до 10-15 кВ. В случае одиночных импульсов их амплитуда может быть до 30 кВ с энергией до 5 кДж [9].
n
Таким образом имеем условие для импульса 0,1 кВ<U<50 кВ, 0,01 Дж<Е<1000 Дж.
Современные промышленно выпускаемые генераторы импульсов с параметрами, необходимыми для реализации патента, могут обеспечить частоту до 50 кГц. Тогда оптимальная энергия импульса 1-10 Дж при амплитуде 1-5 кВ и частоте повторения 1 кГц. Имеются промышленные генераторы с энергией до 2000 Дж.
Для повышения дебита скважины от 1 до 100 разрядников располагают в призабойной зоне. При воздействии ЭГДУ на указанную зону меняются свойства нефтяной жидкости разрушаются твердые фракции в нефтяной жидкости, и очищается перфорация обсадной колонны и подводящие каналы пласта от механических примесей и АСПО. При этом энергию импульса для этого разрядника делают более значительной, чем для такого же разрядника внутри НКТ. Для этого в БУ предусмотрен режим, при котором ГИ формирует с повышенной энергией импульса. Длительность и напряжение такого импульса выбирают из условия возникновения ударной волны с максимальной мощностью.
Одно из отличий предлагаемого устройства от известных в том, что разрядники находятся и работают в призабойной зоне постоянно, тем самым предотвращают образование АСПО в призабойной зоне и предотвращают забивание перфорации механическими примесями, в результате увеличивают приток нефтяной жидкости и тем самым увеличивают дебит скважины.
Типовой ГИ с индуктивным накоплением энергии, например, система зажигания в современном автомобиле, имеет импульс с характерный формой, амплитудой от нескольких сот вольт до 25 кВ, энергией в импульсе ~0,1-1,0 Дж, частотой следования до 1 кГц, напряжением питания 6-24 В и потреблением энергии ~100 Вт. Серийно выпускаемые ГИ с емкостным накопителем энергии имеют хорошую прямоугольную форму с фронтами в несколько наносекунд и менее, длительностью импульса от нескольких наносекунд до миллисекунд с амплитудой от нескольких сот вольт до 25 кВ, частотой до 50 кГц, энергией в импульсе от 0,01 Дж до 500 Дж, с внешним контролем параметров импульса, включая фронт импульса и его длительность, и потребляемой энергией менее 1 кВт. Таким образом, для реализации указанного способа в промышленности имеются необходимые ГИ, которые потребляют энергии примерно в 50-100 раз меньше, чем НК. С учетом возможных потерь энергии в БУ на внешнем процессоре (компьютер) общее потребление энергии составит от 1 кВт от 3 кВт.
Контроль разряда на n-ом разряднике осуществляется при помощи акустических датчиков 20 (Фиг.1), установленных на поверхности и внутри НКТ. Датчики крепятся к НТК обсадной трубе, а также располагаются в самой нефтяной жидкости и межтрубном пространстве. Датчики фиксируют УВ, возникающую в момент разряда на каждом разряднике. При этом измеряется и сравнивается время прохождения звуковой волны по металлической трубе НКТ, по нефтяной жидкости в НКТ и по МП, что позволяет точно оценить место разряда. Контроль температуры и давления осуществляется датчиками температуры 21 и давления 22, которые устанавливают в НКТ и межтрубном пространстве. Данные от датчиков поступают через блок приема и обработки данных от датчиков 15 (блок датчиков) на контроллер 3 БУ (Фиг.1). Общее число датчиков от 1 до 1000 штук.
Достигаемый технический результат, как показали данные экспериментов, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленных объектов, отраженных в формуле изобретения. Указанные в ней отличия дают основание сделать вывод о новизне данного технического решения, а совокупность испрашиваемых притязаний в связи с их неочевидностью - о его изобретательском уровне, что доказывается также вышеприведенным их детальным описанием. Соответствие критерию «промышленная применимость» предложенных способа и устройства доказывается как реализацией его опытных образцов, так и отсутствием в заявленных притязаниях каких-либо практически трудно реализуемых в промышленных масштабах признаков. Нижние и верхние значения заявленных пределов параметров признаков были получены на основе статистической обработки результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их, а также с использованием изобретательской интуиции исходя из условия достижения указанного технического результата.
Кроме того, заявленные объекты в отличие от известных решают также следующие задачи:
кардинально сократить потребляемую мощность нагревательной системы по сравнению с НК;
- использовать энергию ЭГДУ не только в призабойной зоне, но и на всем протяжении НКТ и межтрубного пространства без механических перемещений излучателя;
- увеличить дебит скважины, изменяя физико-химические свойства нефтяной жидкости в результате ее обработки ЭГДУ.
Список литературы
1. Самгин Ю.С. Патент. Способ депарафинизации нефтегазовых скважин и установка для его осуществления. RU 2166615 C1 МПК E21B 37/00, E21B 36/04.
2. Красноборов С.Н. и др. Патент. Способ и устройство (варианты) для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений, гидратов и вязких эмульсий в нефтяных скважинах. RU 2008112520 А МПК E21B 37/00 (2006.01).
3. Братин А.Б. и др. Патент. Способ ликвидации и предотвращения асфальтопарафиновых пробок в нефтегазовых скважинах и установка для их осуществления. RU 2338868 C2 МПК E37/10(2006,01) E21B 36/04 (2006.01).
4. Робин А.В. Патент. Устройство для нагрева нефтяной скважины. RU 35823 U1 МПК E21B 34/00.
5. Ковригин Л.А., Макиенко Г.П., Акмалов И.М., Пешин С.М. Нагревательные кабели и электроподогрев скважин. - Бурение и нефть. - 2004, №3, с.22-25.
6. Рябчич И.И. и др. Патент. Способ эксплуатации скважины. RU 2006127790 А МПК E21ВB 43/00 (2006.01).
7. Ковригин Л.А., Макиенко Г.П., Акмалов И.М. Нагревательные кабели и управление температурным полем нефтяных скважин. http://wvw.ruscable.ru/doc/analytic/statya-068.html.
8. ОАО «Псковгеокабель» www.pskovgeokabel.ru.
9. Инновационный проект «Waterhunters». Организация серийного производства и продаж скважинных электрогидравлических аппаратов для интенсификации добычи нефти и межскважинного сейсмопросвечивания. http://waterhunters.ru/ru/prez/docjrez/Oil_gaz.pdf.
10. Бобров Ю.К. Боброва Л.Н., Джангиров В.А. Патент. Способ электрогидроимпульсного воздействия в нефтяных скважинах и устройство для его осуществления. RU 2295031 C2 МПК E21B 43/25 (2006.01).
11. Аметов И.М и др. Патент. Способ интенсификации работы скважины. RU 93055695 A МПК E21B 43/25.
12. Балтаханов А.М. Патент. Способ очистки внутренней поверхности труб. RU 94027331 А1 МПК B08B 9/04, B08B 3/10, F28G 7/00.
13. Компания ЗЕВС-Трубопровод. http://www.zevs-irp.ru.
14. О.Н.Сизоненко, А.И.Райченко. Особенности структурных и физико-химических изменений высоковязких углеводородных флюидов при воздействии высоковольтного электрического разряда. Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины Институт проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины, УДК 622.24.537.528.
15. Жукова Е.М. Воздействие высоковольтного электрогидравлического разряда на физико-химические свойства нефти и нефтепродуктов. Автореферат диссертации на соискание у.ст. к.x.н. Саратов, ГОУ ВПО «Саратовский Государственный университет», 2008 г.
16. A.M.Артемьев, И.В.Вовк, А.И.Кривоног, П.В.Лукьянов. О возможности электрогидравлической регенерации очистных полимерных фильтров. Акустический вicник. 2005. Том 8, №4 С.14-19.
17. Е.И.Скибенко, В.Б.Юферов, И.В.Буравилов, А.Н.Пономарев. Измерение плотности плазмы в пространственно-распределенном электрическом разряде в жидкой среде. ЖТФ, 2006, т.76, вып.9, стр.133-135.
18. Хвощан О.В., Курашко Ю.И., Мельхер Ю.И., Литвинов В.В. Исследование теплового поля разрядника погружных скважинных комплексов. Вестник НТУ «ХПИ» «Техника и электрофизика высоких напряжений», №39, 2009 стр.198-220.