СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ОТЛОЖЕНИЙ В КОЛОННЕ ЛИФТОВЫХ ТРУБ ДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2010 года по МПК E21B47/00 

Предлагаемое изобретение относится к скважинной добыче асфальтосмолопарафиновых нефтей с помощью штанговой глубинной насосной установки (ШГНУ).

Эксплуатация месторождений нефти со значительным содержанием асфальтенов, смол и парафинов осложнена тем, что со временем кольцевое пространство между лифтовыми трубами и штангами заполняется отложениями, состоящими, как правило, из парафинов, смол, асфальтенов с незначительной долей механических примесей, солей и воды. Отложения увеличивают трение между поверхностями труб и штанг, сужают кольцевое пространство между ними, тем самым повышают механические нагрузки на плунжер насоса и колонну штанг. В конечном счете эти два фактора ведут к снижению производительности скважины и обрыву колонны штанг.

Для продления безаварийной и эффективной эксплуатации таких скважин необходимо периодически диагностировать лифтовые трубы на содержание отложений. По результатам таких исследований лифтовые трубы со значительным объемом АСПО необходимо промывать растворителем через межтрубное пространство.

Объем отложений в лифтовых трубах можно определить шаблонированием внутренней поверхности лифтовых труб без их подъема на поверхность (Б.А.Мазепа. Парфинизация нефтесборных систем и промыслового оборудования. - М.: Недра, 1966. - с.30-31). Способ требует разгерметизации скважины, проведения многочисленных спуско-подъемных операций с шаблонами и пробоотборниками различных форм.

Известен способ диагностики состояния межтрубного пространства добывающей скважины (патент РФ №2199005, опубл. 20.02.2003 г.), по которому с помощью акустического сигнала, его отражения и дальнейшей интерпретации можно судить о распределении нефтяных фракций и парафиновых пробок по стволу скважины. Реализация способа требует специальной техники и аппаратуры. К тому же по этому способу невозможно оценить объем АСПО в лифтовых трубах скважины.

В наземных трубопроводах систем сбора, подготовки и транспортировки нефти, газа и воды объем отложений определяется как разница между внутренним объемом чистого трубопровода и трубопровода с отложениями. Последний параметр находится путем заполнения полости трубопровода фиксированным объемом жидкости повышенной плотности с использованием разделителя жидкостей для трубопровода по патенту РФ №2324552 (опубл.20.05.08, бюл. №14).

Такой подход невозможно применить к скважине из-за того, что конец колонны лифтовых труб находится на глубине нескольких сот метров и гидравлически сообщен с продуктивным пластом, поэтому не способен контролироваться исследователем по объему закаченной жидкости в лифтовые трубы.

Целью заявляемого изобретения является разработка технологии определения объема отложений, находящихся в адгезионной форме, на внутренние поверхности лифтовых труб скважин с ШГНУ, без подъема лифтовых труб.

Поставленная цель достигается тем, что кольцевое пространство между лифтовыми трубами и колонной штанг последовательно заполняют жидкостями со значительно отличающимися плотностями ρ₁ и ρ₂, после каждого заполнения определяют величину нагрузки P₁ и Р₂ на полированный шток в момент закрытия нагнетательного клапана плунжера при его ходе вверх работающей скважины путем динамографирования глубинного насоса. В качестве жидкостей с различными плотностями подбирают те, которые инертны к отложениям по растворяющей способности. Поэтому их объемы в лифтовых трубах будут одинаковыми (V₁=V₁=V), а массы разными из - за отличий в плотностях. Сила трения между штангами, трубами и отложениями при заполнении труб такими жидкостями также будут близкими между собой:

Нагрузки P₁ и Р₂ состоят из веса колонны штанг М_шт, сил трения между колонной штанг, лифтовыми трубами и АСПО F_тр и массы жидкости в лифтовых трубах:

Свободный объем пространства между лифтовыми трубами и штангами, не занятый отложениями, определим из разницы (1) и (2):

Объем отложений в лифтовых трубах V_отл определяем по формуле (4)

где: π - геометрическая постоянная;

l - длина лифтовых труб от устья скважины до насоса;

D- внутренний диаметр лифтовых труб;

d - осредненный диаметр штанг;

Р₁, Р₂ - нагрузка на полированный шток при ходе плунжера вверх соответственно при заполнении лифтовых труб жидкостями с различной плотностью ρ₁ и ρ₂.

Предложенный способ реализуется следующим образом:

1. Действующая скважина с ШГНУ останавливается, в межтрубном пространстве (зона между обсадной колонной и лифтовыми трубами) замеряется давление и уровень жидкости. К угловому вентилю (задвижке) межтрубного пространства присоединяют насосный агрегат типа ЦА-320 и закачивают минерализованную воду повышенной плотности (ρ₁=1180 кг/м³) с антикоррозионными добавками. Закачку ведут до тех пор, пока вода не заполнит лифтовые трубы через клапана глубинного насоса. Момент заполнения лифтовых труб жидкостью с плотностью ρ₁ определяется по появлению этой жидкости в выкидной линии (ВЛ) скважины, соединенной с лифтовыми. Для верности организуется периодический отбор проб жидкости с ВЛ с замером их плотности.

2. Глубинный штанговый насос включают в работу на короткий период времени (10-12 качаний) для определения нагрузки P₁ на полированный шток колонны штанг.

3. Лифтовые трубы заполняют сравнительно легкой жидкостью, например нефтью с ρ₂=800 кг/м³ по той же технологии, приведенной в п.1 описания заявки.

4. Скважину повторно пускают в работу и через 10-12 ходов станка-качалки динамографом определяют нагрузку на полированный шток Р₂. С этими данными по формуле (4) определяется объем отложений в лифтовых трубах, принимается решение о продолжении эксплуатации ШГНУ или необходимости предупредительной промывки колонны лифтовых труб растворителем отложений.

Рассмотрим реализацию способа на практических данных. Нефть с большим содержанием асфальтенов, парафинов и смол добывается из скважины штанговым насосом на глубине 1000 м. Внутренний диаметр лифтовых труб D=62 мм, а осредненный диаметр колонны штанг d=21 мм.

Лифтовые трубы последовательно заполнили жидкостями с плотностями:

ρ₁=1800 кг/м³ и ρ₂=800 кг/м³.

Получены следующие нагрузки на полированный шток:

P₁=3800 кг и P₂=3040 кг

По формуле (4) находим объем отложений в лифтовых трубах:

Расчеты показывают, что на внутренней поверхности лифтовых труб отложилось 0,671 м³ АСПО. Для его удаления рекомендуется промыть лифтовые трубы эффективным органическим растворителем в объеме 4-5 м³.

На наш взгляд, предложенный способ позволяет продлить время эффективной и безаварийной работы осложненной скважины, исключить такие трудоемкие и дорогостоящие операции, как поднятие лифтовых труб на поверхность и их термообработка горячим паром для удаления отложений.

Изобретение может быть использовано при разработке месторождений нефти с большим содержанием асфальтенов, смол и парафинов. Техническим результатом является диагностирование лифтовых труб на степень заполнения отложениями и своевременное принятие решений по удалению АСПО из труб путем их промывки соответствующим растворителем. Для определения объема отложений в лифтовых трубах скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами, пространство между лифтовыми трубами и колонной штанг последовательно заполняют жидкостями со значительно отличающимися плотностями. После каждого заполнения определяют величину нагрузки на полированный шток установки, а объем отложений определяют с помощью математической зависимости.

Способ определения объема отложений в колонне лифтовых труб добывающей скважины, заключающийся в заполнении полости колонны труб жидкостью повышенной плотности, отличающийся тем, что для скважины, оборудованной штанговой глубинной насосной установкой, кольцевое пространство между лифтовыми трубами и колонной штанг последовательно заполняют жидкостями со значительно отличающимися плотностями и не имеющими способности к растворению отложений, после каждого заполнения определяют величину нагрузки на полированный шток в момент закрытия нагнетательного клапана плунжера при его ходе вверх путем динамографирования глубинного насоса, а объем отложений V_отл определяют по формуле:
V_отл=π·(D²-d²)·1/4-(Р₁-Р₂)/(ρ₁-ρ₂),
где π - геометрическая постоянная;
l - длина лифтовых труб от устья скважины до насоса;
D - внутренний диаметр лифтовых труб;
d - осредненный диаметр штанг;
P₁, P₂ - нагрузка на полированный шток соответственно при заполнении лифтовых труб жидкостями с различной плотностью ρ₁ и ρ₂.