УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОТОКА ЗАКАЧИВАЕМОЙ В НАГНЕТАТЕЛЬНЫЕ СКВАЖИНЫ ВОДЫ Российский патент 2000 года по МПК E21B43/20 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для обработки закачиваемой в нагнетательные скважины воды.

Известно устройство [1] для обработки закачиваемой в нагнетательные скважины воды, когда воздействуют на поток воды магнитным полем с последующей обработкой полем переменного давления (барообработкой) призабойной зоны нагнетательной скважины, насыщенной омагниченной водой.

Устройство [1] для магнитной обработки воды состоит из нескольких однотипных постоянных магнитов, закрепленных в трубе соосно на штоке из немагнитного материала и установленных одноименными полюсами друг к другу. Барообработка призабойной зоны при этом, согласно [2], осуществляется путем циклического изменения давления нагнетания с помощью стандартного промыслового оборудования.

Таким образом увеличивается приемистость нагнетательных скважин, однако проведение барообработки в пласте после закачки в него омагниченной воды требует осуществления дополнительных технологических операций и не позволяет использовать в наземном оборудовании и нагнетательных скважинах положительные эффекты (снижение коррозионной активности и уменьшение температуры замерзания воды), возникающие от совместной обработки потока воды двумя физическими полями [2, 3].

Известное устройство для магнитной обработки состоит из однотипных постоянных магнитов и поэтому не позволяет в достаточной степени регулировать динамику изменения напряженности магнитного поля, воздействующего на отдельные элементы объема воды при их движении вдоль устройства. Это является недостатком, так как теоретическими исследованиями [4] и лабораторными опытами [5] показано, что пределы, в которых меняется напряженность переменного магнитного поля, существенно влияют на величину эффекта намагничивания.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство [6] для обработки закачиваемой в нагнетательные скважины воды двумя физическими полями на поверхности до подачи его в пласт. Здесь обработка магнитным полем совмещается с обработкой импульсами давления.

Узел для магнитной обработки потока воды в устройстве совпадает с описанным выше и соответственно имеет те же недостатки.

Узел для барообработки устройства представляет собой емкость, в которой создаются пульсации давления, например, с помощью насоса и задвижки. Однако импульсное изменение давления заметным образом влияет [7] только на структурированные релаксирующие среды (такие, например, как глинизированная пористая среда, насыщенная водой, в призабойной зоне пласта), а вода сама по себе к таким средам не относится. Кроме того, это устройство с разделенными в пространстве узлами магнитной и барообработки не позволяет обеспечить непрерывность потока воды при барообработке.

Решаемая предлагаемым изобретением задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности и универсальности устройства для обработки закачиваемой в нагнетательные скважины воды. За счет реализации магнитной и барообработки воды в одном устройстве увеличится приемистость нагнетательных скважин благодаря увеличению проницаемости пористой среды по воде, снизятся коррозионная активность воды и температура ее замерзания, что повысит эксплуатационную надежность системы поддержания пластового давления (ППД), в том числе в зимнее время года, и обеспечит равномерность охвата площади месторождения вытеснением водой.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для обработки потока закачиваемой в нагнетательные скважины воды, состоящем 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, 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.

Пределы изменения напряженности магнитного поля вдоль потока воды могут регулироваться за счет изменения соотношения размеров магнитов.

Система сужений - расширений потока, создаваемая установленными в трубе магнитными элементами различного диаметра, обеспечивает особый род барообработки потока воды.

Очевидно, наложение воздействий на поток воды магнитного поля с задаваемым изменением напряженности вдоль оси потока и особого рода барообработки, обеспечиваемое предлагаемым устройством, и дает более высокий эффект по сравнению с прототипом.

Предлагаемое устройство (чертеж) состоит из установленных в трубе 8 соосно магнитных элементов различного диаметра 1,2, закрепленных на штоке 3 из немагнитного материала с помощью гаек 4, в которые вворачиваются немагнитные стержни - центраторы под углом 120 ^o друг к другу. Между магнитными элементами помещаются втулки 5, изготовленные также из немагнитного материала.

Магнитные элементы представляют собой пару цилиндрических постоянных магнитов 6, установленных одноименными полюсами друг к другу и разделенных дисками-втулками 7 из немагнитного материала.

При обработке потока закачиваемой воды предлагаемым устройством изменяются термодинамические и реофизические характеристики воды [1 -7], в результате чего:
- увеличивается приемистость нагнетательных скважин за счет увеличения проницаемости пористой среды по воде (вследствие снижения набухаемости глин, например);
- снижается коррозионная активность воды, что уменьшает время аварийного простоя водоводов и затраты на их ремонт;
- снижается температура замерзания воды, что повышает эксплуатационную надежность системы поддержания пластового давления (ППД) в зимнее время года и позволяет обеспечить равномерность охвата площади месторождения вытеснением водой.

Теоретические и экспериментальные аргументы, обосновывающие эффективность обработки потока закачиваемой в нагнетательные скважины воды совместно действующими физическими полями, приведены в [1-3, 5, 6].

Отличия от аналогов, имеющиеся в предлагаемом устройстве, позволяют существенно повысить эффективность обработки потока закачиваемой воды по следующим причинам.

А) Экспериментальные исследования показывают [5], что оптимальные значения напряженности магнитного поля для различных веществ различны. В настоящее время отсутствуют теоретические предпосылки, которые могли бы позволить для каждого обрабатываемого вещества заранее определить оптимальные значения напряженности магнитного поля. В таких условиях в устройствах для магнитной обработки (УМО) необходимо комбинировать магнитные элементы с различной степенью напряженности поля - это сделает устройства универсальными, т.е. позволит эффективно влиять на вещества с широким разбросом характеристик.

Б) Теоретический анализ показывает, что влияние слабых магнитных полей может быть обусловлено электрическими полями, возникающими в водных средах при их движении в магнитном поле. При этом одной из важных характеристик магнитного поля становится величина его градиента [4].

Предлагаемое нами введение в УМО магнитных элементов различной магнитной силы позволяет регулировать градиенты создаваемого магнитного поля в желаемых пределах.

В) Известно, что барообработка является эффективным способом улучшения реологических и термодинамических свойств лишь для структурированных неравновесных сред, таких как растворы полимеров, глин, и. т.д. [7]. В обычных условиях вода к таким средам не относится, поэтому обработка импульсным полем, предлагаемая в [6], недостаточно эффективна.

В то же время известно [8], что взаимодействие вихрей, возникающих при турбулентном течении простых жидкостей, имеет неравновесный характер. Ансамбль таких вихрей представляет собой подобие пространственно организованной структуры, свойства которой могут быть изменены барообработкой особого рода. Одновременно в предлагаемом устройстве производится и традиционная барообработка, поскольку при изменении скорости в сужениях - расширениях меняется (по закону Бернулли) и значение давления.

Оптимальные параметры обработки воды в предлагаемом устройстве определяются адаптивным образом в ходе стендовых и натурных экспериментов.

Общие рекомендации:
- длина устройства составляет не более 0,5-1 м;
- ширина зазора между поверхностью магнитного элемента максимального диаметра и внешней стороной трубы не должна превышать 0,03 м;
- значения ширины зазора между внешней поверхностью трубы и магнитными элементами различного диаметра должны отличаться в 1,5 - 3 раза;
- величина магнитного поля на внешней поверхности магнитных элементов должна составлять 50-100 мТ.

Пример конкретного применения
Опытный образец состоит из магнитных элементов диаметра 130 мм и магнитных элементов диаметра 70 мм, установленных поочередно на штоке из нержавеющей стали и отделенных друг от друга алюминиевыми втулками шириной 40 мм. Магнитные элементы представляют собой пару цилиндрических магнитов шириной 15 мм, направленных одноименными полюсами друг к другу и разделенных алюминиевыми дисками - втулками шириной 15 мм.

Данное устройство с помощью центраторов было установлено в приемном коллекторе КНС НГДУ "Иркеннефть" ОАО "Татнефть" (внутренний диаметр коллектора 159 мм).

Контрольные замеры показали, что в результате установки УМО приемистость 5 малодебитных нагнетательных скважин увеличилась на 35 - 50%.

Давление на устье нагнетательных скважин уменьшилось в среднем на 15%.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет увеличить объем закачки и равномерность охвата пласта вытеснением по площади, а также снизить потери электроэнергии на закачку воды (за счет снижения давления закачки).

Источники информации
1. Технология восстановления продуктивности скважин на основе использования физических полей. РД 39 - 0147035-218-88. -М.: ВНИИнефть, 1987.

2. Патент РФ N 2021497, Е 21 В 43/25, 1994.

3. Патент РФ N 2077659, Е 21 В 43/00, 1997.

4. Давидзон М. И. О действии магнитного поля на слабопроводящие водные среды (Изв. ВУЗов. Сер.: Физика. -1985, N 4.

5. Мирзаджанзаде А.X., Алиев Н.А., Юсифзаде X.Б. и др. Фрагменты разработки морских нефтегазовых месторождений. -Баку: изд - во "Елм", 1997.

6. Патент РФ N 2077662, E 21 В 43/20, 1997.

7. Огибалов П.М., Мирзаджанзаде А.X. Механика физических процессов. - М. : изд-во МГУ им. Ломоносова, 1976.

8. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. -М.: Наука, 1987.

Устройство предназначено для использования при нефтедобыче, а именно при обработке закачиваемой в нагнетательные скважины воды. Сущность изобретения: в трубе, по которой подают закачиваемую в скважину воду, соосно с помощью центраторов устанавливают несколько магнитных элементов, каждый из которых состоит из пары цилиндрических постоянных магнитов с встречно направленными одноименными полюсами. Магнитные элементы выполнены по крайней мере двух различных диаметров и установлены поочередно. Такое выполнение позволяет производить непрерывную барообработку и магнитную обработку прокачиваемой по трубе воды. 1 ил.

Устройство для обработки потока закачиваемой в нагнетательные скважины воды, 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, отличающееся тем, что 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.