СПОСОБ УДАЛЕНИЯ АСФАЛЬТО-СМОЛИСТЫХ И ПАРАФИНО-ГИДРАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ИЗ СКВАЖИНЫ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛ ЩЕЛОЧНОГО МЕТАЛЛА, ПОМЕЩЕННЫХ В ИЗОЛИРУЮЩИЕ КАПСУЛЫ Российский патент 2001 года по МПК E21B37/06 E21B37/00 

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и предназначено для очистки скважин (трубных колонн) от асфальто- смолистых и парафино-гидратных отложений (АСПГО), образующихся в процессе эксплуатации скважин.

Известен способ удаления асфальто- смолистых и парафино-гидратных отложений из скважины, включающий разрушение АСПГО путем подачи в скважину щелочного металла в защитном средстве. Щелочной металл представляет собой дисперсию. В качестве защитного средства используется дисперсионная среда - углеводородная обезвоженная жидкость. Щелочной металл вводят в соприкосновение с водой, которую подают в скважину после продавочной жидкости. Возникает термохимическая реакция в зоне АСПГО с выделением тепла, которое расплавляет АСПГО. Расплавленные отложения вымывают из скважины вытесняющей жидкостью (патент РФ N 2028447, E 21 В 37/06, 1995).

Известный способ обладает недостатками:
- удельный вес щелочного металла (Li, К, Na) меньше единицы (0,5; 0,86; 0,98 соответственно), а это означает, что в воде они не тонут;
- удельная поверхность вещества в определенном объеме или единицы массы зависят от размера частиц, т.е. поверхность куска, например, Na массой в 1 кг многократно меньше, чем поверхность 1 кг того же Na, представленного дисперсией (частицы размером 0,3 - 3 мм), поэтому площадь ожидаемой теpмомеханической реакции многократно возрастает, что приведет к бурной неуправляемой реакции частиц незащищенного металла и не обязательно в той зоне, где имеются АСПГО. Вероятность начала бурной неуправляемой реакции возникает сразу же, как только дисперсия попадает в скважину;
- реализация известного способа предполагает использование большого объема углеводородной обезвоженной жидкости (нефть, керосин, их смеси), которую в качестве дисперсионной среды (защитного средства) закачивают в скважину для доставки щелочного металла в зону АСПГО;
- в случае расслоения скважинной жидкости на углеводородную жидкость (нефть) и воду щелочной метал в нефти будет опускаться, т. к. он тяжелее ее и сосредотачивается на поверхности воды ввиду того, что его удельный вес меньше удельного веса воды. В результате реакция будет происходить именно на границе раздела нефти и воды, а необязательно в зоне АСПГО;
- последовательная закачка щелочного металла в углеводородной обезвоженной жидкости, продавочной жидкости (углеводородная обезвоженная жидкость) или воды и, наконец, вытесняющей жидкости (углеводородная жидкость) может приводить к тому, что щелочной металл не сможет войти в соприкосновение с водой, а будет вымыт на поверхность в среде углеводородной жидкости;
- процесс удаления АСПГО в соответствии с известным способом не управляем, не поддается контролю и мало эффективен.

Задачей изобретения является получение технического результата, который может выражаться в создании эффективного способа разрушения и удаления АСПГО из скважин на основе контроля и управления процессом термохимической реакции в зоне распространения АСПГО.

Технический результат достигается тем, что в способе удаления асфальто-смолистых и парафино-гидрагных отложений (АСПГО) из скважины, включающем разрушение АСПГО путем подачи в скважину щелочного металла в защитном средстве и введения щелочного металла в соприкосновение с водой для получения термохимической реакции в зоне АСПГО и вымывание расплавленных АСПГО из скважины, используют щелочной металл к виде гранул, в качестве защитного средства используют легкоплавкие изолирующие капсулы, в которые помещены гранулы, при этом предварительно определяют интервал распространения зоны АСПГО в скважине, затем определяют необходимое количество и параметры гранул щелочного металла, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы, параметры изолирующих капсул, а введение щелочного металла в соприкосновение с водой осуществляют с обеспечением оптимального тепломассообмена термохимической реакции во всем интервале распространения зоны АСПГО.

В одном из частных случаев термохимическую реакцию локализируют и продвигают вдоль интервала распространения зоны АСПГО, при этом используют гранулы щелочного металла, помещенные в легкоплавкие изолирующие капсулы, имеющие одинаковые параметры.

В другом частном случае гранулы щелочного металла, помещенные в легкоплавкие изолирующие капсулы, в необходимом количестве рассредотачивают вдоль интервала распространения зоны АСПГО и вводят щелочной металл гранул в соприкосновение с водой одновременно вдоль всего интервала распространения АСПГО, при этом используют гранулы щелочного металла, помещенные в легкоплавкие изолирующие капсулы, имеющие различные параметры.

В качестве параметров гранул щелочного металла обычно используют их массу, плотность, толщину стенок легкоплавкой изолирующей капсулы и геометрические размеры.

Для образования термохимической реакции используют воду, содержащуюся в скваженной жидкости, и/или воду, которую подают в скважину с дневной поверхности.

Известен способ изготовления гранул щелочного металла, помещенных в изолирующие капсулы, включающий введение утяжелителя и формирование изолирующих капсул. Изолирующие капсулы изготавливают обычно из алюминия, цинка в виде фольги с водоотталкивающим покрытием. Утяжелитель наносят совместно с битумом или консистентной смазкой на поверхность изолирующих капсул. Гранулы щелочного металла изготавливают методом экструзии и помещают в изолирующие капсулы. В качестве утяжелителя применяют растворяющиеся в нефти и/или воде соли металлов или песок или мелкодисперсный металл, например железо, свинец (см. патент Российской Федерации N 2122628, E 21 В 37/06, 1998 г.).

Недостатком известного способа изготовления гранул щелочного металла, помещенных в изолирующие капсулы, является как сложность их изготовления, так и трудоемкость в последующем использовании, поскольку перед введением их в скважину необходимо нарушать герметичность их изолирующих капсул.

Техническим результатом заявляемого способа изготовления гранул щелочного металла, помещенных в изолирующие капсулы, является упрощение технологии изготовления, позволяющей при этом получать партии гранул щелочного металла, помещенных в изолирующие капсулы, с различными параметрами, что обеспечивает снижение затрат на изготовление и позволяет в процессе использования создавать контролируемую и управляемую термохимическую реакцию в интервале зоны распространения АСПГО в скважине.

Технический результат в способе изготовления гранул щелочного металла, помещенных в изолирующие капсулы, включающем введение утяжелителя и формирование изолирующих капсул, согласно изобретению достигается тем, что введение утяжелителя осуществляют в расплавленный щелочной металл, при этом используют утяжелитель в виде крупиц, которые образуют центры кристаллизации гранул при остывании расплавленного щелочного металла в процессе его перемешивания в ванне заполненной углеводородной средой, а изолирующие капсулы формируют легкоплавкими.

Способствует достижению указанного технического результата то, что в качестве углеводородной среды, заполняющей ванну, используют парафин, а в качестве щелочного металла преимущественно используют натрий.

Целесообразно в качестве утяжелителя использовать преимущественно барит или ультрадисперсное железо.

В качестве ванны, в которой перемешивают при остывании расплавленный щелочной металл, может быть использована магнитная мешалка или миксер.

Предпочтительно формирование легкоплавких изолирующих капсул осуществлять путем коагуляции полученных гранул щелочного металла в среде парафина, битума, обезвоженного минерального масла или канифоли, при этом целесообразно, чтобы толщина их стенок была не менее 0,02 мм, а форма - в виде шариков с диаметром не менее 0,2 мм.

Способ изготовления гранул щелочного металла, помещенных в изолирующие капсулы, осуществляется следующим образом.

В расплавленный щелочной металл, например натрий (Na), вводят утяжелитель, например барит (BaSO₄), или ультрадисперсное железо. Утяжелитель вводят в виде крупиц, которые образуют центры кристаллизации гранул при остывании расплавленного щелочного металла в процессе его перемешивания. Так как расплавление щелочного металла производится в ванне, заполненной углеводородной средой (обычно в среде парафина), то при перемешивании остывающего щелочного металла образуются мелкие частицы (гранулы) упомянутого металла в виде шариков с включением утяжелителя. Размеры шариков зависят от скорости перемешивания и количества утяжелителя, а их удельный вес - от характеристики утяжелителя. В качестве ванны, в которой перемешивают при остывании расплавленный щелочной металл, используют магнитную мешалку или миксер. Остывшие гранулы помещают в обезвоженную углеводородную жидкость.

Формирование легкоплавких изолирующих капсул производят путем коагуляции полученных гранул в среде парафина, битума, обезвоженного минерального масла или канифоли. Добиваются, чтобы толщина стенок капсулы была не менее 0,02 мм, а их форма близкой к шарообразной. Диаметр капсул-шариков должен быть не менее 0,2 мм. Таким образом, помещенный в капсулы в виде гранул щелочной металл защищен от мгновенного воздействия воды при подаче его в скважину. Очевидно предлагаемая технология изготовления гранул щелочного металла, помещенных в изолирующие капсулы, позволяет производить их с различными параметрами. В частности, могут изготавливаться партии гранул, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы, отличающиеся по геометрическим размерам, удельному весу, массе, толщине стенок легкоплавких изолирующих капсул, материалу капсул.

Способ удаления асфальто-смолистых и парафино-гидратных отложений (АСПГО) из скважины осуществляется следующим образом.

Разрушение АСПГО осуществляют путем подачи в скважину щелочного металла в защитном средстве, удаления защитного средства и введения щелочного металла в соприкосновение с водой. В результате образуется термохимическая реакция в зоне АСПГО, выделяется тепло, под действием которого АСПГО расплавляются и затем вымываются из скважины.

Для достижения максимальной эффективности разрушения АСПГО необходимо обеспечить осуществимость нескольких взаимоувязанных процессов:
- движение гранул щелочного металла в изолирующих капсулах в зону АСПГО;
- разрушение стенок изолирующих капсул;
- осуществление процесса термохимической реакции и тепломассообмена.

Обеспечение осуществимости этих взаимоувязанных процессов связано с варьированием параметром гранул щелочного металла и стенок изолирующих капсул.

Перед обработкой конкретной скважины предварительно определяют параметры гранул щелочного металла и параметры стенок легкоплавких изолирующих капсул. Данные параметры зависят от характеристик скважинной жидкости, глубины распространения зоны АСПГО, газового фактора. Эти характеристики определяются известными техническими замерами. Расчет параметров стенок изолирующих капсул, параметров гранул щелочного металла и его количества осуществляют путем решения нескольких взаимозависимых уравнений:
- уравнения движения капсул с гранулами в среде скважинной жидкости до момента разрушения;
- уравнения механического разрушения капсул в процессе движения, объединяющее суммарное влияние диссипативных сил на изменение толщины стенок капсулы;
- уравнения термохимической реакции и тепломассообмена.

Используя упомянутые зависимости и математический аппарат программного обеспечения. можно определить (рассчитать) оптимальные параметры гранул щелочного металла и параметры изолирующих капсул для достижения ими зоны АСПГО или зон АСПГО в конкретной скважине. Для этого составляется компьютерная программа, обеспечивающая оперативное определение параметров изолирующих капсул и гранул, скоростей их движения в конкретной скважине, время разрушения изолирующих капсул.

Таким образом, можно рассчитать необходимую массу щелочного металла, возможное количество выделившегося при реакции тепла для конкретных скважинных условий (обводненность, интервал и характер АСПГО) при использовании гранул щелочного металла, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы с определенными параметрами. Это в свою очередь позволяет путем комбинирования различных пропорций из отдельных групп (партий) гранул щелочного металла, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы с различными параметрами, регулировать и управлять термохимической реакцией с оптимальным тепломассобменом во всем интервале разрушения АСПГО, т.е. добиваться ее максимальной эффективности.

При использовании гранул щелочного металла, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы с одинаковыми параметрами, которые в виде суспензий подают в скважину, на расчетной глубине практически все будут входить в соприкосновение с водой, содержащейся в скважинной жидкости или подаваемой с дневной поверхности, например, в составе суспензии. Начиная с этой расчетной глубины будет происходить термохимическая реакция с максимальной температурой.

Зная расчетную скорость перемещения гранул до момента соприкосновения их щелочного металла с водой и в момент прохождения термохимической реакции, можно наложить максимальную температуру реакции на интервал распространения зоны АСПГО. Одновременное введение щелочного металла в соприкосновение с водой достигается за счет того, что капсулы в результате соударений друг с другом, стенками трубной колонны, воздействия гидростатического давления жидкости, химического воздействия жидкости суспензии практически одновременно будут разрушаться. В этом случае термохимическая реакция будет локализована и ее можно продвигать вдоль интервала распространения зоны АСПГО. Очевидно таким образом можно разрушать и удалять АСПГО из небольшого интервала зоны распространения АСПГО, добиваясь оптимального тепломассообмена.

При больших интервалах зон распространения АСПГО используют гранулы щелочного металла, помещенные в легкоплавкие изолирующие капсулы, имеющие различные параметры. Комбинируя партии различных по параметрам гранул, помещенных в капсулы в необходимом количестве, рассредотачивают вдоль интервала распространения АСПГО. На расчетной глубине щелочной металл каждой партии гранул будет практически одновременно входить в соприкосновение с водой, т. к. нарушение целостности оболочек основной массы каждой партии капсул будет происходить на заранее рассчитанной глубине в силу указанных ранее причин. В этом случае появляется как бы несколько термохимических реакций, максимальная теплоотдача которых будет рассредоточена по глубине скважины, что позволяет, по существу, практически вдоль всего интервала распространения зоны АСПГО одновременно ввести щелочной металл в соприкосновение с водой и получить при этом оптимальный тепломассообмен от термохимических реакций во всем интервале распространения зоны АСПГО со средней температурой, близкой к максимальной температуре каждой из реакций.

При удалении АСПГО, например, из трубного пространства скважины на дневной поверхности готовят суспензию с необходимыми параметрами жидкой фазы и твердой (гранулы в капсулах) фазы.

Суспензию готовят по мере закачки в скважину жидкой фазы путем введения в нее гранул щелочного металла, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы.

После закачки необходимого объема суспензии делают выдержку под давлением на время локальной термохимической реакции в выбранном интервале, если удельный вес гранул близок к удельному весу жидкой фазы. Зятем открывают трубное пространство и вымывают расплавленные АСПГО включением насоса или обратной промывкой.

Если удельный вес гранул меньше или больше удельного веса жидкой фазы суспензии, то после локализации термохимической реакции ее продвигают вниз или вверх вдоль интервала распространения зоны АСПГО, используя для этого прямую или обратную промывку, затем вымывают расплавленные АСПГО.

Использование изобретения снижает затраты, упрощает технологию изготовления гранул щелочного металла, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы, позволяет получать при этом их партии с различными параметрами, что в свою очередь позволяет в процессе их использования создавать контролируемую и управляемую термохимическую реакцию с оптимальным тепломассообменом в интервале зоны распространения АСПГО в скважине, добиваясь ее максимальной эффективности.

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и предназначено для очистки скважин (трубных колонн) от асфальто-смолистых и парафино-гидратных отложений (АСПГО), образующихся в процессе эксплуатации скважин. В скважину вводят в виде суспензий щелочной металл в виде гранул, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы. Гранулы изготавливают путем введения в расплавленный щелочной металл крупиц утяжелителя. Эти крупицы становятся центрами кристаллизации гранул при остывании металла в процессе его перемешивания. Изготавливают гранулы, помещенные в капсулы с различными параметрами. Использование таких гранул позволяет вводить щелочной металл в соприкосновение с водой с обеспечением оптимального тепломассообмена термохимической реакции во всем интервале распространения зоны АСПГО, добиваясь ее максимальной эффективности. Технический результат: упрощение технологии изготовления гранул, повышение эффективности удаления АСПГО. 2 с. и 14 з.п.ф-лы.

1. Способ удаления асфальто-смолистых и парафино-гидратных отложений (АСПГО) из скважины включающий разрушение АСПГО путем подачи в скважину щелочного металла в защитном средстве и введения щелочного металла в соприкосновение с водой для получения термохимической реакции в зоне АСПГО, и вымывание расплавленных АСПГО из скважины, отличающейся тем, что используют щелочной металл в виде гранул, в качестве защитного средства используют легкоплавкие изолирующие капсулы в которые помещены гранулы, при этом предварительно определяют интервал распространения зоны АСПГО в скважине, затем определяют необходимое количество и параметры гранул щелочного металла, помещенных в легкоплавкие изолирующие капсулы, параметры изолирующих капсул, а введение щелочного металла в соприкосновение с водой осуществляют с обеспечением оптимального тепломассообмена термохимической реакции во всем интервале распространения зоны АСПГО. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термохимическую реакцию локализуют и продвигают вдоль интервала распространения зоны АСПГО. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гранулы щелочного металла, помещенные в легкоплавкие изолирующие капсулы в необходимом количестве рассредотачивают вдоль интервала распространения зоны АСПГО и вводят щелочной металл гранул в соприкосновение с водой одновременно вдоль всего интервала распространения зоны АСПГО. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что используют гранулы щелочного металла, помещенные в легкоплавкие изолирующие капсулы, имеющие одинаковые параметры. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что используют гранулы щелочного металла, помещенные в легкоплавкие изолирующие капсулы, имеющие различные параметры. 6. Способ по одному из пп.4 и 5, отличающийся тем, что в качестве параметров гранул щелочного металла используют их массу, плотность, толщину стенок легкоплавкой изолирующей капсулы, материал изолирующей капсулы и геометрические размеры. 7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что используют воду, содержащуюся в скважинной жидкости. 8. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что используют воду, которую подают в скважину с дневной поверхности. 9. Способ изготовления гранул щелочного металла, помещенных в изолирующие капсулы, включающий введение утяжелителя и формирование изолирующих капсул, отличающийся тем, что введение утяжелителя осуществляют в расплавленный щелочной металл, при этом используют утяжелитель в виде крупиц, которые образуют центры кристаллизации гранул при остывании расплавленного щелочного металла в процессе его перемешивания в ванне, заполненной углеводородной средой, а изолирующие капсулы формируют легкоплавкими. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве углеводородной среды, заполняющей ванну, используют парафин. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве утяжелителя используют, преимущественно, барит или ультрадисперсное железо. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качества щелочного металла преимущественно используют натрий. 13. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве ванны, в которой перемешивают при остывании расплавленный щелочной металл, используют магнитную мешалку или миксер. 14. Способ по п.9, отличающийся тем, что формируют легкоплавкие изолирующие капсулы путем коагуляции полученных гранул щелочного металла в среде парафина, битума, обезвоженного минерального масла или канифоли. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что формируют легкоплавкие изолирующие капсулы с толщиной стенок не менее 0,02 мм. 16. Способ по п. 15. отличающийся тем, что гранулы щелочного металла, помещенные в легкоплавкие изолирующие капсулы, имеют форму шариков с диаметром не менее 0,2 мм.