СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АСФАЛЬТЕНО-СМОЛО-ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В НЕФТЯНЫХ СКВАЖИНАХ И НЕФТЕПРОВОДАХ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для ликвидации и предотвращения образования асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО) в нефтегазодобывающих скважинах и нефтепроводах, а также других отложений в различных трубопроводах.

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 [1-20]. 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°С 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 ПК, 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 на 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 реализуются 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].

Электрический разряд в жидкой среде сопровождается образованием ударных волн с большой амплитудой давления на фронте, которое и используется в качестве мощного источника механической энергии с высоким коэффициентом полезного действия. Возмущения, вносимые в рабочую среду внешними источниками, в данном случае высоковольтными электрическими разрядами, оказывают влияние на свойства рабочей среды, в ней происходят фазовые и структурные превращения. Рабочая среда, представляющая собой неоднородную жидкость, турбулизуется, так как насыщается парами, в ней образуются газовые пузырьки, растворяются и перемешиваются отслаиваемые в процессе дробления и разрушения дисперсные частички твердых пород [14]. Таким образом, меняется структура нефтяной жидкости, образуется водонефтяная эмульсия, 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 [14-17].

Проблемы с выпадением АСПО, а к ним прилипают другие механические примеси, возникают при эксплуатации нефтепроводов. В результате уменьшается эффективный диаметр трубопровода («забивание» трубопровода). Требуется остановка работы нефтепровода для удаления отложений, в основном механическими методами, или требуется значительная энергия для предотвращение выпадения АСПО, особенно в зимних условиях. Как результат, в случае путевого электроподогрева энергозатраты могут составлять около 114 Вт/м и выше, что при значительных длинах нефтепровода составляют МВт [19]. В трубопроводах с другим предназначением (канализации, водопроводы и др.) также стоит задача не только ликвидации, но и предотвращения выпадения осадка различных механических примесей на стенки труб.

В качестве наиболее близкого аналога как для способа, так и для устройства по совокупности признаков целесообразно выбрать устройство, раскрытое в патенте RU 2175898 С1, 2001. Данное устройство предназначено «для очистки внутренних и внешних поверхностей полых изделий» и содержит следующие, общие с заявленным способом, существенные признаки: разрядник, на который по кабелю подают от блока управления импульсы напряжения частотой следования от 0,1 Гц, в результате чего производят разряд на разряднике, инициируют тем самым электродинамические ударные волны. Признаки, общие с заявленным устройством: кабель, разрядники, блок управления, генератор импульсов для разрядников, конденсаторы. С помощью заявленных объектов устраняются недостатки, в том числе и ближайшего аналога.

Достигаемый технический результат заключается в снижении потребляемой мощности и увеличении дебита скважин.

Указанный технический результат обеспечивается следующим образом.

В НКТ на длину от устья до призабойной зоны или на глубину возможного формирования АСПО опускают кабель питания (КП) количеством проводников в нем от 1 до 20 с тросом или без (Фиг.1,2). На КП крепят N блоков разрядных (БР_n) количеством от 1 до 1000 штук на расстоянии Ln(n-1) от 1 м до 5000 м друг от друга, и каждым n-м БР_n обрабатывают свой n-й участок НКТ длиной (ΔL_n) от 1 м до 1000 м. На каждый БР_n по КП подают от располагаемого на поверхности блока управления (БУ) постоянное или переменное напряжение питания от 10 до 1000 В. БР_n формирует импульсы или пакеты импульсов напряжения, с амплитудой от 10 В до 50 кВ, длительностью от 1 нс до 100 мс, с фронтом от 0,1нс до 1 мс, спадом от 1 нс до 1 мс, частотой следования от 0,001 Гц до 1 МГц, скважностью импульсов от 10^-5 до 10⁹. Импульсы по кабелям разряда (КР) количеством проводников в нем от 1 до 20 от каждого БР_n поступают на разрядники количеством 1 до 100 в группе (P_m) с числом электродов от 2 до 10 и общим количеством 1 до 10000, которые крепят на КП на расстоянии Δs_m(m-1) друг от друга.

В результате 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, инициируют одновременно с разрядом электрогидродинамические ударные волны (ЭГДУ) 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.

Разрядники изначально располагают в местах с наименьшей температурой в НКТ, в соответствии с термограммой скважины. Некоторое количество разрядников, например от 1-100 (как модификация системы), располагают в межтрубном пространстве ниже динамического уровня до призабойной зоны скважины и подают на них импульсы или БУ на поверхности или БР, который помещают в межтрубное пространство. БР и разрядники имеют центраторы.

Разрядники могут иметь 2, 3 и более электродов (до 10). При применении 2-х электродного разрядника один электрод прикреплен к центральной жиле, на который подают импульс напряжения, другой электрод прикреплен к внешнему заземленному проводнику-экрану кабеля. Если разряды формируют 3-х электродными разрядниками, то на два электрода подают по отдельному кабелю или другому проводнику основного кабеля постоянное напряжение питания разрядника (НПР) от 1 В до 50 кВ от накопительных конденсаторов БР (или БУ) общей емкостью от 0,1 нФ до 1000 мФ, а на 3-й электрод разрядника подают импульс, который формируют БР, при этом НПР, 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 выделяемую мощность.

Разрядники располагаются на таком расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить нагрев нефтяной жидкости в НКТ (нефтепроводе) выше температуры образования АСПО.

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 глубине скважины в 1 км (L=1 км) n_max=100 штук. 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.

Некоторое количество от 1 до 100 разрядников располагают в призабойной зоне, опуская их через НКТ и/или межтрубное пространство. Для разрядников призабойной зоны необходима энергия импульса с повышенной мощностью (1-5 кДж), а параметры импульса должны быть подобраны таким образом, чтобы преобразование электроэнергии (разряда) происходило в ударную волну с максимальной мощностью. Для этого в БУ и/или БР предусмотрен соответствующий режим. БР и/или БУ формируют импульсы разряда, длительность и напряжение которых выбирают из условия возникновения ударной волны с максимальной мощностью, подают их на призабойные разрядники. Возникающий электрогидродинамический удар воздействует на перфорацию и призабойный слой, разрушает твердые фракции в нефтяной жидкости. Таким образом 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.

Отличие предлагаемого устройства от известных в том, что разрядники находятся и работают в призабойной зоне постоянно. Если для обработки скважины, где уже произошло забивание перфорации и подводящих каналов механическими примесями, требуются значительные энергии (до 5 кДж) [9] - фактически взрыв (для сравнения 4,6 кДж эквивалентны 1 г тротила), чтобы встряхнуть призабойный слой и перфорацию, то в представленном способе происходит непрерывное «потряхивание», что предотвращает забивание перфорации и подводящих каналов примесями, и требуется значительно меньшая энергия.

На БР_n поступают сигналы от датчиков температуры числом от 1 до 100. Контроллер сравнивает температуру в определенной точке своего участка с температурой образования АСПО (что также можно делать по термограмме скважины) и в случае понижения в этой точке температуры менее температуры образования АСПО посылает в именно в это место разрядный импульс, увеличивая таким образом энергоэффективность системы.

Одновременно измеряется эффективный диаметр (с учетом налипания на стенки НКТ различных примесей) НКТ или нефтепровода, что особенно важно для протяженных нефтепроводов с большим диаметром или глубоких скважин. Измерение производится акустическими датчиками или пьезоэлектрическими преобразователями по принципу эхолокации, для чего в БР имеется блок эхолокации (9, Фиг.1), вырабатывающий и посылающий на них соответствующий эхоимпульс. Датчики крепятся к центратору.

Располагаемые вблизи устья датчики давления числом от 1 до 100, акустические датчики, датчики температуры контролируют общий процесс на выходе НКТ (или нефтепровода), и сигналы от них поступают поверхностный БУ, которым также можно контролировать поступление разрядного импульса на разрядник.

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 параметров. Контроллер БР (11, Фиг.1), исходя из данных датчиков температуры и акустических, вырабатывает разрядный импульс для получения максимальной энергии ударной волны или тепловой энергии.

В зависимости от мощности разряда, расстояния между электродами, формы разрядника, который формирует канал разряда (конический и др.), длительности импульса и времени нарастания амплитуды импульса 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 падает с ростом t [16, 17]. В [17] было показано, что высоковольтный (ВВ) пробой в жидкости возможен при длительности импульса до 100 мкс. 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].

Таким образом, имеем условие для импульса 0,1 кВ<U<50 кВ, 0,1 Дж<Е<3 кДж, 0,1 мкс<t<200 мкс, где U, Е, t - амплитуда, энергия и длительность импульса соответственно.

Модификации реализации существенных признаков заявленного способа заключаются, например, в том, что указанная система позволяет использовать последовательность разрядов (фактически микровзрывов) как «направленный взрыв», что существенно экономит потребляемую энергию и повышает эффективность системы.

Для этого предусмотрены следующие режимы.

Первый вариант: время начала разряда (m-1)-гo разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от m-го разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов снизу вверх по скважине, и время начала разряда m-го разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от (m-1)-гo разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов сверху вниз по скважине и суммируют таким образом энергию воздействия электрогидродинамических ударных волн. Второй вариант: время начала разряда (m-1)-гo разрядника синхронизируют со временем поступления нефтяной жидкости на него после разряда m-го разрядника, которое в свою очередь определяют как отношения расстояния между n-м и (m-1) разрядниками (Δs_m(m-1)) и скоростью течения нефтяной жидкости в НКТ и тем самым суммируют тепловой поток.

При этом скважность импульса формируют из условия прекращения разряда на предыдущем по времени разряднике к моменту, когда подают импульс на следующий разрядник.

Управление разрядными блоками производит БУ на поверхности, где находится «центральный» котроллер (процессор) более мощный и с большими возможностями, чем контроллер БР. На БУ поступают данные датчиков БР, информации о количестве разрядов, мест разрядов, параметров разрядных импульсов. При этом БР автономен. Поверхностный БУ получает данные от датчиков на поверхности давления, температуры, акустических, расхода (дебита) и сравнивает эти данные с данными БР и посылает при необходимости корректирующие импульсы на БР. Управление происходит по кабелю питания или другому кабелю. Каждому БР_n присваивают идентификационный код (логин) по принципу организации сетей. Предусмотрен режим передачи данных с БУ на внешний компьютер, который может находиться на удалении от скважины с целью осуществления дистанционного контроля и при необходимости изменения заложенных в контроллерах программ.

РБ помещают в герметический жесткий контейнер, при необходимости, и заполняют электронепроводящей жидкостью, маслом или эпоксидной смолой.

Используемые в изобретении генераторы импульсов (или их оконечные каскады) достаточно хорошо известны и выпускаются серийно. 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. Типовой ГИ с индуктивным накоплением энергии, например система зажигания в современном автомобиле, имеет импульс с характерной формой, амплитудой от нескольких сот вольт до 25кВ, 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.

Система допускает применение разрядных импульсов с частотой заполнения от 10 Гц до 1 ГГц, которую выбирают для максимального прогрева нефтяной жидкости в скважине.

Модификации реализации существенных признаков заявленного способа, а именно генератора импульсов, заключаются в том, что генератор импульсов состоит из конденсаторного блока емкостью от 0,1 нФ до 1000 мФ, зарядное устройство конденсаторного блока и разрядного устройства батареи на разрядники (электронный ключ). Дополнительно из конденсаторной батареи, зарядного устройства конденсаторный батареи и разрядного устройства формируют единый целостный модуль, помещают его в отдельный герметический контейнер, осуществляют питание и управление модулем БР или БУ по кабелю питания/управления с числом проводников от 1 до 10, а формируемый модулем таким образом разрядный импульс предают от модуля на разрядник по кабелю с число проводников от 1 до 10, который крепится к модулю.

Для транспортировки кабеля с разрядниками и БР каждый разрядник с центраторами и БР помещают в механически жесткие контейнеры, которые снимают при погружении кабеля с разрядниками и БР в скважину. Кабели в НКТ и межтрубное пространство опускают через сальники, при этом подачу импульсов на разрядники, подачу напряжения на разрядники, снятие данных с датчиков, установленных в НКТ и межтрубном пространстве, осуществляют раздельными кабелями. При этом ПК может быть коаксиальным.

Такая же система применима и для нефтепроводов, причем чем длиннее нефтепровод (или глубже скважина), тем более эффективен способ с точки зрения экономии электроэнергии по сравнению с линейными нагревателями. Совокупность операций этого способа также пригодна для ликвидации и предотвращения выпадения различных осадков, включая механические примеси на стенки труб в любых трубопроводах (канализация, водопроводы и другие).

Основное отличие от существующих методов, например [17], в том, что очистка нефтепроводов и других трубопроводов происходит в режиме «он-лайн», без механического перемещения очистного устройства и остановки на очистку трубопровода. Это позволяет не только производить очистку, но и предотвращать выпадение осадков на стенки труб, т.е. «забивание» трубопровода.

Особенно интересно для нефтепровода (и иного трубопровода) то, что мы имеем не только эффект ликвидации/предотвращения выпадения АСПО, но полную картину внутреннего состояния нефтепровода (эффективного диаметра, температуры, места, где начинает образовываться АСПО и т.д.), то есть имеем мониторинг внутреннего состояния нефтепровода в режиме он-лайн и можем получать «картинку», график или иное внутренне изображение трубопровода и, соответственно, принять вовремя нужное решение.

Указанный технический результат обеспечивается в установке для осуществления способа ликвидации и предотвращения образования АСПО, содержащей конструктивно и электрически взаимосвязанные между собой кабель питания (КП), введенный через сальник в насосно-компрессорную трубу (НКТ), расположенный от устья до призабойной зоны, и кабель питания (КП), введенный через сальник в межтрубное пространство и расположенный от устья скважины до призабойной зоны, на кабелях установлены блоки разрядные (БР_n) на расстоянии (L_n(n-1)) от 1 м до 5000 м, которые составлены из электрически взаимосвязанных между собой блока приема-передачи данных на поверхностный блок управления (БУ), блока питания, контроллера, блока эхолокации, блока приема и обработки данных датчиков, блока управления параметрами импульсов генератора импульсов, зарядного устройства конденсаторной батареи, блока распределения импульсов на разрядники, генератора импульсов и конденсаторной батареи, и каждый (БР_n) кабелями электрически и механически соединен с группой разрядников с центраторами (Р_m) количеством от от 1 до 100 разрядников в группе, которые расположены на расстоянии (Δs_m(m-1)) от 1 м до 1000 м и установлены на КП, при этом каждый БР_n со своей группой разрядников обрабатывает свой участок (ΔL_n) НКТ (или нефтепровода) длиной от 1 м до 1000 м и на БР_n поступают сигналы по кабелям от датчиков температуры числом от 1 до 100 и акустических датчиков числом от 1 до 100, в соответствие с которыми контроллер БР_n выдает импульс разряда на разрядник Р_m, при этом разрядные блоки БР_n по КП соединены с блоком управления (БУ) на поверхности, который состоит из электрически взаимосвязанных между собой конденсаторной батареи, зарядном устройством конденсаторной батареи, блоком управления параметрами импульсов генератора импульсов, контроллера, блок приема-передачи данных на внешний процессор, генератора импульсов, блока питания, блока идентификации БР и приема-передачи данных на БР, блока приема и обработки данных от датчиков, при этом каждом разрядному блоку (БР_n) присвоен свой индивидуальный код (логин), позволяющий идентифицировать БР_n и осуществлять внешний контроль и управление процессами в скважине, а также программировать и перепрограммировать разрядные блоки, получать физико-химические параметры внутри скважины (нефтепровода) в режиме он-лайн во всех точках, а также непосредственно осуществлять разряд на разрядниках встроенным в БУ генератором, дополнительные акустические датчики числом от 1 до 100, температуры числом от 1 до 100 и давления числом от 1 до 100, установленные внутри НКТ и межтрубном пространстве, позволяют параллельно с разрядными блоками контролировать процесс, при этом от 1 до 100 акустических датчиков установлены на НКТ и от 1 до 100 датчиков установлены на обсадной трубе. Все блоки в БР и БУ питаются через их внутренние блоки питания.

Заявленное устройство и особенности размещения его узлов в скважине схематически отражены на фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 схематически изображен локальный участок обработки НКТ разрядным блоком. На нем обозначены:

P₁, P_m, P_m-1, P_M-1, P_М - разрядники, Δs_m(m-1) - расстояние между соседними разрядниками, ΔL_n - участок обработки НКТ n-м блоком разрядным (БР), 1 - кабель питания (КП), 2 - датчики температуры, 3 - акустические датчики, 4 - блок разрядный (БР), 5 - кабель датчиков, 6 - блок приема-передачи данных БР на поверхностный блок управления, 7 - блок питания БР, 8 -контроллер БР, 9 - блок эхолокации БР, 10 - блок приема и обработки данных датчиков БР, 11 - блок управления параметрами импульсов генератора импульсов БР, 12 - зарядное устройство конденсаторной батареи БР, 13 - блок распределения импульсов на разрядники БР, 14 - генератор импульсов БР, 15 - конденсаторная батарея БР, 16 - кабели на разрядники.

На фиг.2 схематически изображено устройство и особенности размещения его узлов в скважине. На нем обозначены:

БР₁, БP_(n-1), БР_n, БР_N - блоки распределения (БР), Р_пр - разрядник призабойный, L_n(n-1) - расстояние между соседними БР, ΔL_n - участок обработки НКТ n-м БР, 17 - блок управления на поверхности (БУ), 18 - конденсаторная батарея БУ, 19 - зарядное устройство конденсаторной батареи БУ, 20 - блок управления параметрами импульсов генератора импульсов БУ, 21 - контроллер БУ, 22 - блок приема-передачи данных на внешний процессор БУ, 23 - генератор импульсов БУ, 24 - блок питания БУ, 25 - блок идентификации БР и приема-передачи данных на БР, 26 - блок приема и обработки данных от датчиков БУ, 5 - кабель датчиков, 16 - кабель разрядника, 1 - кабель питания (КП), 27 - сальники, 2 - датчики температуры, 28 - устье скважины, 3 - датчики акустические, 29 - датчики давления, 30 - насосно-компрессорная труба (НКТ), 31 - обсадная труба, 32 - межтрубное пространство, 33 - призабойная зона, 34 - перфорация, 35 - нефтегазоносный пласт.

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.

- использовать представленный способ для прокачки нефтяной жидкости по нефтепроводам, существенно сокращая потребление энергии для предотвращения выпадения АСПО, особенно по сравнению с путевыми подогревателями.

Список литературы

1. Самгин Ю.С. Патент. Способ депарафинизации нефтегазовых скважин и установка для его осуществления. RU 2166615 С1, МПК Е21В 37/00, Е21В 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 2008 112520 А, МПК Е21В 37/00 (2006.01).

3. Брагин А.Б. и др. Патент. Способ ликвидации и предотвращения асфальтопарафиновых пробок в нефтегазовых скважинах и установка для их осуществления. RU 2338868 С2, МПК Е37/10(2006,01) Е21В 36/04 (2006,01).

4. Робин А.В. Патент. Устройство для нагрева нефтяной скважины. RU 35823 U1, МПК Е21В 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 2006 127790 А МПК Е21В 43/00 (2006.01).

7. Ковригин Л.А., Макиенко Г.П., Акмалов И.М. Нагревательные кабели и управление температурным полем нефтяных скважин. http://www.ruscable.ru/doc/analytic/statya-068.html.

8. ОАО «Псковгеокабель» www.pskoygeokabel.ru

9. Инновационный пpoeкт «Waterhunters». Организация серийного производства и продаж скважинных электрогидравлических аппаратов для интенсификации добычи нефти и межскважинного сейсмопросвечивания. http://waterhunters.ru/ru/prez/doc_prez/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 С2, МПК Е21В 43/25 (2006, 01).

11. Аметов И.М и др. Патент. Способ интенсификации работы скважины. RU 93055695 А, МПК Е21В 43/25.

12. Балтаханов А.М. Патент. Способ очистки внутренней поверхности труб. RU 94027331 А1, МПК В08В 9/04, В08В 3/10, F28G 7/00.

13. Компания ЗЕВС-Трубопровод. http://www.zevs-irp.ru

14. С.Е.Сакипова. К расчету импульсного давления при расчете электроразрядного воздействия в неоднородной жидкости. Вестник Томского ГУ, №1(5), 2009, стр.74-81.

15. 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

16. Жукова Е.М. Воздействие высоковольтного электрогидравлического разряда на физико-химические свойства нефти и нефтепродуктов. Автореферат диссертации на соискание у. ст. к.х.н., Саратов, ГОУ ВПО «Саратовский Государственный университет», 2008 г.

17. 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.

18. Юкин А.Ф. Управление тепловыми режимами транспорта вязких и застывающих нефтей и нефтепродуктов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н., УГНТУ, Уфа, 2004 г.

19. Е.И Скибенко, В.Б.Юферов, И.В.Буравилов, А.Н.Понамарев. Измерение плотности плазмы в пространственно распределенном электрическом разряде в жидкой среде. ЖТФ, 2006, т.76, вып.9, стр.133-135.

20. 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» 2009, №39, стр. 198-220.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и предназначена для ликвидации и предотвращения образования асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО) в скважинах и нефтепроводах. В насосно-компрессорной трубе (НКТ) скважины на длину от устья до призабойной зоны или на глубину возможного формирования АСПО опускают кабель питания, на котором крепят N блоков разрядных (БР_n) и каждым n-м БР обрабатывают свой n-й участок НКТ импульсами напряжения. В результате этого производят разряд на любом из разрядников, осуществляют при этом локальный нагрев в месте разряда, инициируют тем самым контролируемые и управляемые электрогидродинамические ударные волны, разрушают твердые фракции нефтяной жидкости в продукте, снижают вязкость продукта, предотвращают выпадение АСПО и ликвидируют выпавшие АСПО. Установка содержит кабели питания, введенные в НКТ, на которых установлены БР_n, составленные из электрически взаимосвязанных между собой блока приема-передачи данных на расположенный на поверхностности блок управления, блока питания, контроллера, блока эхолокации, блока приема и обработки сигналов датчиков, блока управления параметрами импульсов генератора импульсов, зарядного устройства конденсаторной батареи, блока распределения импульсов на разрядники, генератора импульсов и конденсаторной батареи. Снижается потребляемая мощность, увеличивается дебит скважины. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ликвидации и предотвращения образования асфальтено-смоло-парафиновых отложений (АСПО), состоящий в том, что в насосно-компрессорной трубе (НКТ) скважины, на длину от устья до призабойной зоны или на глубину возможного формирования АСПО опускают кабель питания (КП) с тросом или без с количеством проводников в нем от 1 до 20, на котором крепят N блоков разрядных (БР_n) количеством от 1 до 1000 штук на расстоянии L_n(n-1) от 1 м до 5000 м друг от друга, и каждым n-м БР_n обрабатывают свой n-й участок НКТ длиной (ΔL_n) от 1 м до 1000 м, на каждый БР_n по КП подают от блока управления (БУ), который располагают на поверхности, постоянное или переменное напряжение питания от 10 до 1000 В, и формируют БР_n импульсы или пакеты импульсов напряжения, с амплитудой от 10 В до 50 кВ, длительностью от 1 нс до 100 мс, с фронтом от 0,1 нс до 1 мс, спадом от 1 нс до 1 мс, частотой следования от 0,001 Гц до 1 МГц, скважностью импульсов от 10^-5 до 10⁹, которые по кабелям разряда (КР) с количеством проводников в нем от 1 до 20, от каждого БР_n поступают на разрядники количеством от 1 до 100 в группе (Р_m) с числом электродов от 2 до 10 и общим количеством 1 до 1000, которые крепят на КП на расстоянии (Δs_m(m-1)) от 1 м до 1000 м друг от друга, в результате чего 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.

2. Способ по п.1, по которому разрядники в соответствии с термограммой скважины устанавливают в местах с минимальной температурой нефтяной жидкости в НКТ.

3. Способ по п.1, по которому 1 до 100 разрядников располагают в межтрубном пространстве ниже динамического уровня до призабойной зоны скважины подают на них импульсы или БУ на поверхности или БР, который помещают в межтрубное пространство.

4. Способ по п.1, по которому БР и разрядники имеют центраторы.

5. Способ по п.1, по которому разряды формируют 3-электродными разрядниками, на два электрода которых подают по отдельному кабелю или другому проводнику основного кабеля постоянное напряжение питания разрядника (НПР) от 1 В до 50 кВ от накопительных конденсаторов БР общей емкостью от 0,1 нФ до 1000 мФ, а на 3-й электрод разрядника подают импульс, который формируют БР, при этом НПР, 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.

6. Способ по п.1, по которому от 1 до 100 разрядников располагают в призабойной зоне, опуская их через НКТ и межтрубное пространство, на которые подают импульсы, формируя их с помощью БР или 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.

7. Способ по п.1, по которому на каждый БР_n поступают показания от n-й группы датчиков температуры n-го участка обработки НКТ общим число датчиков температуры в в n-й группе от 1 до 100 и формируют БР_n импульсы с параметрами необходимыми для повышения температуры на n-м участке выше температуры плавления АСПО и подают в точки n-го участка с температурой ниже температуры плавления АСПО и определяют эти точки контроллером БР_n.

8. Способ по п.1, по которому степень отложения АСПО на стенках НКТ или нефтепровода и их эффективный диаметр измеряют акустическими датчиками или пьезоэлектрическими преобразователями методом эхо локации на n-м участке обработки БР_n числом от 1 до 10 на участок, передают данные на n-й (БР_n), формируют БР_n импульсы с параметрами необходимыми для максимального увеличения тепловой энергии или энергии ударной волны, для увеличения эффективного диаметра НКТ и нефтепровода подают в точки n-го участка с минимальным эффективным диаметром и определяют эти точки контроллером БР_n.

9. Способ по п.1, по которому 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.

10. Способ по п.1, по которому с помощью БУ регулируют подачу импульсов на каждый отдельный разрядник в соответствие 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.

11. Способ по п.1, по которому БР формирует импульс с длительностью от 1 нс до 100 мс и его амплитудой от 0,01 кВ до 50 кВ для максимального выделения тепловой энергии в объеме разряда или для максимальной энергии ударной волны.

12. Способ по п.1, по которому время начала разряда (m-1)-гo разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от m-го разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов снизу вверх по скважине, и время начала разряда m-го разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от (m-1)-гo разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов сверху вниз по скважине и суммируют таким образом энергию воздействия электрогидродинамических ударных волн.

13. Способ по п.1, по которому время начала разряда (m-1)-гo разрядника синхронизируют со временем поступления нефтяной жидкости на него после разряда m-гo разрядника, которое в свою очередь определяют как отношение расстояния между n-м и (m-1) разрядниками (Δs_m(m-1)) и скоростью течения нефтяной жидкости в НКТ и тем самым суммируют тепловой поток.

14. Способ по п.1, по которому управление, программирование и перепрограммирование каждым БР_n осуществляют внешним компьютером через БУ по кабелю питания или отдельному кабелю, а каждому БР_n присваивают идентификационный код (логин), а сам БУ также программируют внешним компьютером.

15. Способ по п.1, по которому импульсы формируют БУ на поверхности и предают их разрядники.

16. Способ по п.1, по которому на разрядники подают импульсы с частотой заполнения от 10 Гц до 1 ГГц, которую выбирают для максимального прогрева нефтяной жидкости в скважине.

17. Способ по п.1, по которому блок разрядный помещают в герметический жесткий контейнер и заполняют электронепроводящей жидкостью, маслом или смолой.

18. Способ по п.1, по которому в блоке управления используют генератор импульсов, конденсаторный блок и зарядное устройство конденсаторного блока.

19. Способ по п.18, по которому в генераторе импульсов блока управления используют конденсаторную батарею емкостью от 0,1 нФ до 1000 мФ, зарядное устройство конденсаторной батареи и разрядное устройство батареи на разрядники.

20. Способ по п.19, по которому из разрядника, центратора, конденсаторной батареи, зарядного устройства конденсаторный батареи и разрядного устройства формируют единый целостный модуль, помещают его в отдельный герметический контейнер, осуществляют питание и управление модулем БР или БУ по кабелю питания/управления с числом проводников от 1 до 10, а формируемый модулем таким образом разрядный импульс передают от модуля на разрядник по кабелю с числом проводников от 1 до 10.

21. Способ по п.1, по которому для транспортировки кабеля с разрядниками и БР, каждый разрядник с центраторами и БР помещают в механически жесткие контейнеры, который снимают при погружении кабеля с разрядниками и БР в скважину.

22. Способ по п.1, по которому подачу импульсов на разрядники, подачу напряжения на разрядники, снятие данных с датчиков установленных в НКТ и межтрубном пространстве осуществляют раздельными кабелями, при этом эти кабели и КП опускают в НКТ и межтрубное пространство через сальники.

23. Способ по п.1, по которому данные датчиков в режиме он-лайн передают на внешний от БУ процессор и формируют термограмму, в том числе в графическом виде, и эффективный диаметр на всем протяжении (глубине) НКТ или нефтепровода.

24. Способ по п.1, по которому используют коаксиальные кабели.

25. Способ по п.1, по которому всю его совокупность операций используют на любом участке НКТ, в том числе для нагревания нефтяной жидкости в нефтепроводе, предотвращают выпадения в нем АСПО и ликвидируют выпавшие АСПО и в комплексе воздействий предотвращают забивание нефтепровода.

26. Способ по п.1, по которому всю его совокупность операций используют на любом участке НКТ, в том числе для ликвидации и предотвращения выпадения различных осадков, включая механические примеси на стенки труб в любых трубопроводах и в комплексе воздействий предотвращают забивание трубопровода.

27. Установка для осуществления способа ликвидации и предотвращения образования АСПО, содержащая конструктивно и электрически взаимосвязанные между собой кабель питания (КП), введенный через сальник в насосно-компрессорную трубу (НКТ), расположенный от устья до призабойной зоны, и кабель питания (КП), введенный через сальник в межтрубное пространство и расположенный от устья скважины до призабойной зоны, на кабелях установлены блоки разрядные (БР_n) на расстоянии (L_n(n-1)) от 1 м до 5000 м, которые составлены из электрически взаимосвязанных между собой блока приема-передачи данных на поверхностный блок управления (БУ), блока питания, контроллера, блока эхо локации, блока приема и обработки данных датчиков, блока управления параметрами импульсов генератора импульсов, зарядного устройства конденсаторной батареи, блока распределения импульсов на разрядники, генератора импульсов, и конденсаторной батареи, и каждый (БР_n) кабелями электрически и механически соединен с группой разрядников с центраторами (Р_m) количеством от от 1 до 100 разрядников в группе, которые расположены на расстоянии (Δs_m(m-1)) от 1 м до 1000 м и установлены на КП, при этом каждый БР_n со своей группой разрядников обрабатывает свой участок (ΔL_n) HKT длиной от 1 м до 1000 м и на БР_n поступают сигналы по кабелям от датчиков температуры датчиками температуры числом от 1 до 100 и акустических датчиков числом от 1 до 100 в соответствии с которыми контроллер БР_n выдает импульс разряда на разрядник Р_m при этом разрядные блоки БР_n по КП соединены с блоком управления (БУ) на поверхности, который состоит из электрически взаимосвязанных между собой конденсаторной батареи, зарядного устройства конденсаторной батареи, блока управления параметрами импульсов генератора импульсов, контроллера, блок приема-передачи данных на внешний процессор, генератора импульсов, блока питания, блока идентификации БР и приема-передачи данных на БР, блока приема и обработки данных от датчиков, при этом каждому разрядному блоку (БР_n) присвоен свой индивидуальный код (логин), позволяющий идентифицировать БР_n, осуществлять внешний контроль и управление процессами в скважине, а также программировать и перепрограммировать разрядные блоки, получать физико-химические параметры внутри скважины в режиме он-лайн во всех точках, а также непосредственно осуществлять разряд на разрядниках встроенным в БУ генератором, дополнительные акустические датчики числом от 1 до 100, температуры числом от 1 до 100 и давления числом от 1 до 100, установлены внутри HKT и межтрубном пространстве и позволяют параллельно с разрядными блоками контролировать процесс, при этом от 1 до 100 акустических датчиков установлены на HKT и от 1 до 100 датчиков установлены на обсадной трубе.