Система магнитной обработки при добыче нефти
MAGNETIC PROCESSING SYSTEM FOR OIL PRODUCTION

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для магнитной обработки при добыче нефти,  может быть использовано одновременно для борьбы с коррозией и солеотложениями в технологическом оборудовании добывающих и нагнетательных скважин, на внутренней поверхности трубопроводов, в призабойной зоне, нефтяном пласте.
Технологическая схема добычи нефти и входящая в нее система поддержания пластового давления (ППД) содержат мощное энергоемкое оборудование,  протяженную сеть низконапорных и высоконапорных трубопроводов, по которым транспортируются коррозионно-активные потоки нефтяного флюида и пластовая вода, используемая в качестве рабочего агента системы ППД. На всем маршруте движения нефтяного флюида и рабочего агента по трубопроводам и через технологическое оборудование, в зависимости от конструкции и технических характеристик потоки нефтяного флюида и рабочего агента подвергаются термобарическому воздействию, вызывающему интенсификацию осложняющих факторов. В пробах на устьях нагнетательных скважин количество продуктов коррозии и механических примесей в 1,5-2 раза больше чем на приёме насосных агрегатов блочнокустовой насосной станции (БКНС).
Известно, что магнитная обработка воды снижает ее коррозионную активность, солеотложения и асфальтеносмолопарафиновые отложения (АСПО). Но  существующие устройства магнитной обработки (УМО) решают проблемы осложняющих факторов только на отдельных участках технологического процесса добычи и обработки нефти. Поэтому проблема заключается не только в высоких  требованиях к качеству подготовки рабочего агента, но и в необходимости дополнительной очистки рабочего агента перед водораспределительным блоком гребенок, распределяющим рабочий агент по нагнетательным скважинам. Обязательным условием является также одновременная магнитная обработка потоков нефтяного флюида и рабочего агента в постоянном режиме на всех участках технологического процесса добычи нефти, включая систему ППД и нефтяной пласт. Наиболее сложным и недоступным участком магнитной обработки является участок пласта между нагнетательной и добывающей нефтяными скважинами, так как применение существующих технологий при солеобразовании в призабойной зоне пласта (ПЗП) и внутри него невозможно. Одной из главных проблем в системе ППД является несовместимость минералогических составов пластовой воды и рабочего агента при работе с карбонатными коллекторами, так как при смешении значительное количество кальция адсорбируется в призабойной зоне и коллекторе нефтяного пласта, снижая приёмистость скважины и коллекторские свойства пласта. Актуальность предотвращения возникновения и устранения вредного влияния осложняющих факторов объясняется тем, что эффективно работающая система ППД является основным элементом, определяющим экономику нефтедобывающих предприятий. В себестоимости добычи нефти затраты на содержание и эксплуатацию системы ППД составляют более 35%. Для более эффективного и полного охвата спектра осложняющих факторов в системе добычи нефти необходимо комплексное решение.
Известно использование магнитной обработки скважинного флюида в процессе подъема из нефтяной скважины и транспортировки в системе сбора нефти ("Новая концепция обработки скважинного флюида", НГН № 6, 2013 г.).  Но данная концепция не охватывает систему ППД и нефтяные пласты.
Из уровня техники известна система для магнитной обработки жидкости в скважине, оборудованной электроцентробежным насосом с погружным электродвигателем (патент РФ № 2346146, МПК Е21В37/00, опубл. 10.02.2009 г.), включающая установленное в скважине устройство для магнитной обработки жидкости проточного типа, имеющее в своем составе трубу, по которой протекает поток добываемой жидкости, и охваченный герметично кожухом магнитный блок, установленный на указанной трубе и обеспечивающий омагничивание протекающего по трубе потока добываемой жидкости, при этом устройство для магнитной обработки жидкости размещено ниже погружного электродвигателя (ПЭД) и выполнено состыкованным с ним посредством соединительного узла.
Недостатком данного технического решения является ограниченная область применения, так как магнитная обработка происходит только в добывающей скважине и не охватывает технологическое оборудование сбора и транспортировки нефти и рабочего агента, системы поддержания пластового давления с нагнетательными скважинами и нефтяной пласт.
Известно устройство для обработки потока закачиваемой в нагнетательные скважины воды (патент РФ № 2144613, МПК Е21В343/20, опубл. 20.01.2000 г.), состоящее из установленных в трубе соосно с помощью центраторов магнитных элементов, представляющих собой пару цилиндрических постоянных магнитов, направленных одноименными полюсами друг к другу, и узла барообработки, причем магнитные элементы выполнены по крайней мере двух различных диаметров и установлены поочередно, а узел барообработки выполнен в виде последовательности установленных в трубе магнитных элементов различного диаметра.
Недостатком данного технического решения является ограниченная область применения, т.к. магнитная обработка происходит только в нагнетательной скважине, и не охватывает технологическое оборудование сбора и транспортировки нефти и рабочего агента, добывающие скважины и нефтяной пласт.
Известно гидродинамическое устройство электроцентробежного насоса для магнитной обработки скважинного флюида (патент РФ № 169892, МПК Е21В37/00, опубл. 05.04.2017 г.), содержащее цилиндрический корпус с основанием, оборудованным фильтром, и головкой, внутри которого установлен на трех радиальных и одном осевом подшипниках вал ротора, на котором последовательно от основания по направлению потока флюида установлены завихритель потока с лопастями, имеющими сечение клиновидной формы, расположенными под углом к оси вала, статорные гильзы с прикрепленными постоянными магнитами, которые чередуются с турбулизаторами потока, лопасти которых имеют сечение прямоугольной формы, и установлены вдоль оси вала, причем к ним прикреплены постоянные магниты, а основание и головка имеют каналы для прохода жидкости.
Недостатком данного технического решения является ограниченная область применения.
Известно устройство для магнитной обработки закачиваемого рабочего агента в нагнетательную скважину (патент РФ № 205062, МПК Е21В37/00, опубл. 25.06.2021 г.), содержащее цилиндрический корпус, соединенный с основанием и головкой посредством ниппелей, имеющих каналы для прохода рабочего агента, внутри которого на трех радиальных подшипниках и пяте установлен вал ротора, где последовательно от головки по направлению движения рабочего агента установлены ступени электроцентробежного насоса с возможностью раскрутки ротора устройства энергией потока рабочего агента и создания дополнительного напора для закачки рабочего агента в призабойную зону пласта, статорные гильзы с прикрепленными постоянными магнитами, которые чередуются с турбулизаторами потока, в лопасти которых также врезаны постоянные магниты, и перфорированный шнековый завихритель потока, также к основанию устройства на фланце прикреплен блок дополнительных постоянных магнитов, которые чередуются через неметаллические прокладки и зафиксированы стопорным кольцом.
Недостатком данного технического решения является ограниченная область применения, так как магнитная обработка происходит только в нагнетательной скважине.
Известна система для магнитной обработки нефтяного флюида в технологическом оборудовании его сбора и транспортировки (патент РФ № 2757352, МПК Е21В37/00, опубл. 14.10.2021 г.), включающая автоматизированную групповую замерную установку (АГЗУ), связанную трубопроводами с нефтяными скважинами, выход которой через трубопровод, оборудованный задвижкой, соединен с входным патрубком приемного блока, имеющего каналы для прохода нефтяного флюида, который соединен с одной стороны через муфту с электродвигателем, а с другой стороны соединен последовательно с насосным блоком и блоком магнитной обработки, содержащим статор со статорными гильзами и ротор с турбулизаторами потока, снабженными постоянными магнитами, а в основании блока магнитной обработки установлен шнековый завихритель потока, выход которого связан с общим коллектором.
Недостатком данного технического решения является ограниченная область применения, т.к. магнитная обработка происходит только в технологическом оборудовании сбора и транспортировки нефти и рабочего агента, и не охватывает добывающие и нагнетательные нефтяные скважины и нефтяной пласт.
Задачей изобретения является расширение области применения магнитной обработки при добыче нефти, как в подземной так и в надземной части.
Техническим результатом изобретения является уменьшение коррозионной активности, отложения солей и АСПО на технологическом оборудовании нагнетательных и добывающих скважин, в призабойной зоне и нефтяном пласте.
Задача изобретения решается и технический результат достигается системой магнитной обработки при добыче нефти, включающей добывающую нефтяную скважину, нагнетательную скважину, взаимодействующие через нефтяной пласт и связанные между собой блоком сбора и подготовки товарной нефти и рабочего агента, в которых по ходу движения потоков нефти и рабочего агента в технологическом оборудовании установлены устройства магнитной обработки для поддержания намагниченности потоков по всей системе, причем добывающая скважина состоит из эксплуатационной колонны, в которой последовательно по ходу движения нефтяного флюида расположены соединенные между собой резонансно-волновой комплекс с первым устройством магнитной обработки, погружной электродвигатель, второе устройство магнитной обработки, выполненное в виде активатора и совмещенное со входным модулем электроцентробежного насоса, соединенного через колонну насосно-компрессорных труб с устьевой арматурой, которая соединена трубопроводом с блоком сбора и подготовки товарной нефти и рабочего агента, содержащим последовательно соединенные автоматизированную групповую замерную установку, третье устройство магнитной обработки, четвертое устройство магнитной обработки, деэмульгатор, сепаратор-водоотделитель, соединенный с резервуаром нефти а также через пятое устройство магнитной обработки – с резервуаром сточной воды, который соединен с блочнокустовой насосной станцией, шестым  устройством магнитной обработки, водораспределительным блоком и фильтром, соединенным трубопроводом с устьевой арматурой нагнетательной скважины, включающей эксплуатационную колонну, в которой последовательно расположены по ходу движения рабочего агента колонна насосно-компрессорных труб с пакером, седьмое устройство магнитной обработки, соединенное посредством насосно-компрессорных труб с гирляндой постоянных магнитов, расположенной в нижней части основания колонны насосно-компрессорных труб, с возможностью передачи рабочего агента через нефтяной пласт на добывающую скважину.
Согласно изобретению добывающая нефтяная скважина может содержать восьмое устройство магнитной обработки, расположенное на насосно-компрессорной трубе перед устьевой арматурой.
Технический результат достигается за счет создания комплексной системы магнитной обработки посредством монтажа УМО по всей технологической цепочке добычи, подготовки и транспортировки нефти в надземной и подземной части.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема системы магнитной обработки при добыче нефти.
Система включает добывающую нефтяную скважину 1, нагнетательную скважину 2, взаимодействующие через нефтяной пласт 3 и связанные между собой блоком сбора и подготовки товарной нефти и рабочего агента 4. Добывающая нефтяная скважина содержит эксплуатационную колонну 5, в которой последовательно по ходу движения нефтяного флюида расположены соединенные между собой резонансно-волновой комплекс (РВК) с первым устройством магнитной обработки (УМО) 6, погружной электродвигатель (ПЭД) 7, второе УМО 8, выполненное в виде магнитного активатора и совмещенное с входным модулем электроцентробежного насоса (ЭЦН) 9, соединенным через колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 10 с устьевой арматурой 11, которая соединена трубопроводом с блоком 4 сбора и подготовки товарной нефти и рабочего агента, содержащим последовательно соединенные автоматизированную групповую замерную установку (АГЗУ) 12, третье УМО 13, четвертое УМО 14, деэмульгатор 15, сепаратор-водоотделитель 16, соединенный с резервуаром нефти 17, а также через пятое УМО 18 – с резервуаром сточной воды (РСВ) 19, который соединен с блочно-кустовой насосной станцией (БКНС) 20, шестым УМО 21, водораспределительным блоком (ВРБ) 22 и фильтром 23. Блок 4 соединен трубопроводом с устьевой арматурой 24 нагнетательной скважины 2, которая содержит расположенные в эксплуатационной колонне 25 последовательно по ходу движения рабочего агента колонну НКТ 26 с пакером 27, седьмое УМО 28, соединенное посредством НКТ с гирляндой постоянных магнитов 29, расположенной в нижней части основания колонны НКТ 26.
В добывающей скважине на НКТ 10 перед устьевой арматурой 11 может быть установлено восьмое УМО 30.
Система работает следующим образом. На маршруте движения потоков нефтяного флюида и рабочего агента в зависимости от степени проявления вредного влияния осложняющих факторов на входящих в систему блоках монтируются УМО, как показано на схеме. Комплектация, технические характеристики и место монтажа подбирается по реальным участкам проявления осложняющих факторов, колебания термобарических условий, вероятного проявления и интенсивности. Каждое УМО  выполняет конкретную функцию в системе на отдельном участке по всему маршруту движения нефтяного флюида и рабочего агента технологической схемы. Нефтяной флюид за счет пластового давления в ламинарном движении поднимается от интервала перфорации добывающей скважины 1 по эксплуатационной колонне 5 до первого УМО РВК 6  (конструктивно выполнен аналогично  описанному в  изобретении по патенту РФ 2444612). Здесь нефтяной флюид  проходит магнитную обработку в зазоре между эксплуатационной колонной 5 и первым УМО РВК 6. Далее нефтяной флюид поднимается в зазоре между ПЭД 7 и эксплуатационной колонной 5 на вход второго УМО 8 (магнитного активатора), который конструктивно выполнен аналогично описанному в патенте РФ 169892 и совмещён с фильтром входного модуля ЭЦН9. Далее нефтяной флюид проходит через фильтр ЭЦН  и подвергается магнитной обработке в магнитном поле вращающихся постоянных магнитов (на чертеже не показаны). Через ЭЦН 9 нефтяной флюид проходит в турбулентном режиме потока. Далее поток снова переходит в ламинарный режим и движется внутри НКТ 10. В случае наличия в НКТ осложняющего фактора АСПО в интервале кристаллизации устанавливают восьмое УМО 30, которое препятствует отложениям АСПО. Далее нефтяной флюид поднимается до устья скважины и через устьевую арматуру 11 добывающей скважины проходит в блок 4 сбора и подготовки товарной нефти и рабочего агента. После сбора и замера объема нефтяного флюида в АГЗУ 12 он проходит и обрабатывается в третьем УМО 13 и четвертом УМО 14 и поступает на деэмульгатор 15, и далее – в сепаратор-водоотделитель 16, где разделяется на нефть и воду. Нефть после доводки до товарной кондиции поступает в резервуар нефти 17 и далее через замерное устройство (на чертеже не показано) отправляется на реализацию. Пластовая вода через пятое УМО 18 направляется в РСВ 19, где готовится к использованию в качестве рабочего агента в системе ППД. Далее насосами БКНС 20 через шестое УМО 21 поток активируется вращающимся магнитным полем ротора и по общему высоконапорному коллектору поступает через ВРБ 22 на участки нефтяного промысла, где распределяется по нагнетательным скважинам, перед которыми проходит очистку на механических фильтрах и коагуляторах 23 от механических примесей и продуктов коррозии. Далее по индивидуальному водоводу через устьевую арматуру 24 нагнетательной скважины 2 и НКТ 25 поступает в скважину. В нижней части подвески НКТ под пакером 26 поток рабочего агента проходит через ротор седьмого УМО 28 и выходит в затрубное пространство нагнетательной скважины, обтекая гирлянду постоянных магнитов 29, подвешенную на нижнюю часть основания колонны НКТ между центраторами. И затем поступает в призабойную зону и нефтяной пласт.
Существует проблема, связанная с тем, что во время капитального ремонта скважин при восстановлении приемистости нет возможности применения существующих технологий обработки внутри пласта. В настоящее время для очистки призабойной зоны пласта широко используются кислотные обработки раствором соляной кислоты, который активно вступает в реакцию с коллекторами и продуктами отложений. Реакция протекает бурно и скоротечно. При этом выделяется большое количество атомарного водорода Н+, создавая очередной осложняющий фактор. Быстротечность реакции требует большого расхода раствора соляной кислоты и ограничивает радиус проникновения раствора в нефтяной пласт и эффективность обработки. Для осуществления магнитной активации пласта необходима эффективная гидравлическая связь между нагнетательными и нефтяными скважинами. В качестве инструмента для обеспечения такой связи можно использовать слабый раствор соляной кислоты, прошедший магнитную обработку в седьмом УМО 28 ("Влияние внешнего переменного магнитного поля на матричную кислотную обработку карбонатных коллекторов". Российская нефтяная техническая конференция SPE 15-17.10.2018 г. г. Москва).
При успешном решении этой задачи получим замкнутую систему магнитной активации нефтяного флюида и рабочего агента в непрерывном технологическом процессе магнитной обработки при добыче нефти. При этом существенным преимуществом является эффект магнитной активации флюида внутри пласта. Лабораторные и стендовые испытания показывают, что после магнитной обработки содержание кальцита в структуре солеотложений уменьшается и переходит в ароганит и ватерит, что в пластовых условиях способствует более длительному сохранению коллекторских свойств пласта, увеличению приёмистости и межремонтного периода работы нагнетательных скважин.
Преимуществом предложенной системы также являются низкие энергетические и финансовые затраты, снижение интенсивности солеобразования АСПО и коррозии на внутренней поверхности технологического оборудования, трубопроводов, в призабойной зоне и нефтяном пласте.
Таким образом, технический эффект достигается за счёт монтажа УМО на всех участках технологического процесса добычи нефти, что позволяет снизить вредное влияние осложняющих факторов, так как намагниченность потоков нефтяного флюида и рабочего агента будет поддерживаться благодаря установленным УМО в постоянном режиме по всей технологической линии от нефтяной до нагнетательной скважины, включая нефтяной пласт, обеспечивая магнитную активацию подземных гидродинамических потоков. Основным условием успешной активации является обеспечение эффективной гидродинамической связи между нагнетательными и нефтяными скважинами, что реализуется в предложенной системе магнитной обработки.