СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ АСФАЛЬТОСМОЛИСТЫХ И ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В СКВАЖИНАХ, ОБОРУДОВАННЫХ ШТАНГОВЫМИ ГЛУБИННЫМИ НАСОСАМИ, И СКВАЖИНА ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2016 года по МПК E21B43/16 E21B37/06 

Изобретение относится к области добычи нефти, а именно к методам повышения эффективности работы добывающих скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами.

Известен способ разрушения асфальтеносмолистых и парафиновых отложений, заключающийся в использовании комплекта оборудования для промывки скважин. Технология работ предусматривает демонтаж устьевого оборудования, спуск через герметизирующее устройство колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) меньшего диаметра, чем НКТ скважины, и промывку горячей жидкостью. После прогрева участка из НКТ скважины извлекают промывочные трубы, отворачивают и извлекают освободившуюся от отложений секцию насосных штанг. Снова спускают в НКТ скважины промывочные трубы и прогревают следующий интервал. Процесс продолжают до полного прохождения интервала отложений (патент РФ №2001247, 1993 г.).

Недостатком данного способа является значительная длительность и трудоемкость работ. При низких дебитах скважин применение этого способа экономически малоэффективно. Другим существенным недостатком данного способа является то, что под отложениями может накапливаться газ в свободном состоянии и при полном растеплении возможен гидродинамический удар, который приводит к возникновению аварийной ситуации (Обзорная информация. Серия Нефтепромысловое дело, М., 1986, А.С. СССР №1707190).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ разрушения отложений в стволе скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами, виброакустическим воздействием с устья (Патенты РФ №2148151, опубл. 27.04.2000), включающий установку ультразвукового излучателя на штанге насоса выше устья скважины с возможностью ввода акустических колебаний в штангу, возбуждение продольных колебаний до отслаивания отложений в трубном пространстве скважины с последующим удалением разрушенных отложений, при котором установку ультразвукового излучателя на штанге насоса выше устья скважины осуществляют с возможностью ввода акустических колебаний в штангу под углом 0-60° к ее оси, разрушение отложений производят как в трубном, так и в затрубном пространствах скважины за счет формирования как продольных, так и поперечных колебаний в колонне штанг, а после отключения источника питания излучателя в затрубное пространство закачивают раствор глушения. Основной недостаток указанных способов состоит в следующем.

Различные способы установки и закрепления вибратора применяются с целью получения возможности согласования выходного механического сопротивления вибратора с комплексным механическим сопротивлением нагрузки. Комплексное механическое сопротивление нагрузки зависит от многих факторов: плотности флюида, наличия и расположения газовых шапок, глубины скважины, диаметра и толщины стенок эксплуатационной колонны, глубины расположения, количества и протяженности интервалов перфорации, глубины расположения насоса, его типоразмера и фильтра, диаметра и толщины стенок НКТ, длины хвостовика, диаметра колонны насосных штанг, глубины залегания, мощности и типа отложений в НКТ и затрубном пространстве. Кроме того, по мере разрыхления отложений в НКТ и затрубном пространстве, а также изменения параметров флюида и коллоидных эмульсий в результате виброакустического воздействия наблюдается временная зависимость комплексного механического сопротивления нагрузки. Поэтому неизменное расположение излучателя и работа его на неизменной частоте не дают возможности проводить согласование его выходного механического сопротивления с комплексным механическим сопротивлением нагрузки, тем более изменяющимся во время воздействия. К тому же отсутствует четкий критерий согласования указанных сопротивлений, что не позволяет оптимальным образом с минимальными потерями трудо- и энергозатрат осуществлять предотвращение образования и разрушение пробок и коллоидных эмульсий в НКТ и затрубном пространстве.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении эффективности работы скважины.

Технический эффект, используемый при решении поставленной задачи, состоящий в согласовании выходного механического сопротивления виброакустического излучателя с комплексным механическим сопротивлением нагрузки путем изменения рабочей частоты виброакустического излучателя, достигается тем, что в известном способе повышения эффективности работы скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами, включающем установку виброакустического излучателя выше устья скважины на полированном устьевом штоке, обеспечивающем ввод виброакустических колебаний в подземное оборудование скважины, согласно изобретению виброакустический излучатель, подключенный к источнику питания, закреплен произвольным образом на полированном штоке и выполнен низкодобротным с широкой резонансной полосой.

Кроме того, для увеличения мощности виброакустических колебаний, передаваемых в подземное оборудование скважины, и уменьшения мощности колебаний, поступающих через канатную подвеску на станок-качалку, устанавливают упругую развязку в виде специально подобранной пружины на траверсу канатной подвески, верхним упором которой служит зажимное устройство, закрепляемое на полированном устьевом штоке.

Кроме того, для увеличения мощности механических колебаний, передаваемых подземным металлическим конструкциям скважины, виброакустический излучатель закрепляют на трубе системы устьевой герметизации скважины, расположенной выше планшайбы устьевого противофонтанного оборудования.

В части устройства технический эффект достигается тем, что в известном устройстве для осуществления способа повышения эффективности работы скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами, содержащем виброакустический излучатель, закрепленный на полированном устьевом штоке, подключенный к источнику питания, согласно изобретению источник питания виброакустического излучателя выполнен с возможностью работы в широком низкочастотном регулируемом диапазоне изменения частоты и амплитуды несущей как в непрерывном, так и в радиоимпульсном режимах и регулирования частоты, амплитуды и формы модулирующего сигнала.

Кроме того, устройство для осуществления способа повышения эффективности работы скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами, снабжено системой контроля амплитуды и скорости возбуждаемых механических колебаний, состоящей из преобразователя сигналов датчиков амплитуды и скорости механических колебаний в цифровой код, соединенного с компьютером.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления способа в случае закрепления излучателя на полированном устьевом штоке, связанном с колонной насосных штанг.

На фиг.2 представлено устройство для осуществления способа в случае размещения акустического излучателя на трубе системы устьевой скважинной герметизации.

На фиг.3 показан фрагмент участка ствола скважины, в котором произошло образование отложений.

Устройство для осуществления предлагаемого способа (фиг.1) содержит излучатель виброакустических колебаний 1, установленный на полированный устьевой шток 2 и подключенный к источнику питания 3, упругую развязку, состоящую из пружины 4, расположенной между двумя упорами 5, один из которых установлен на траверсе 6 канатной подвески 7, а второй упор расположен под зажимом 8, установленным на полированном устьевом штоке 2. Виброакустический излучатель 1 снабжен встроенным датчиком 9 скорости возбуждаемых механических колебаний, к которому подключено устройство преобразования 10 сигналов датчиков в цифровой код. Излучатель 1 акустических колебаний может быть расположен на трубе 11 (фиг.3) системы устьевой скважинной герметизации. Колонна насосных штанг 12 (фиг.3), насосно-компрессорные трубы 13, эксплуатационная колонна 14 представлены в виде фрагментов, между которыми расположены асфальтеносмолистые и парафиновые отложения 15. Цементный камень 16 и порода 17 имеют близкие значения по скорости распространения виброакустических колебаний, и, следовательно, разрушения связей не происходит. Устройство снабжено датчиком амплитуды 18 возбуждаемых механических колебаний, соединенным с устройством преобразования 10 сигналов в цифровой код, к выходу которого подключен компьютер 19, образующих систему контроля амплитуды и скорости возбуждаемых механических колебаний 20.

Предварительно останавливают скважину, устанавливают на полированный устьевой шток 2 зажим 8, освобождают траверсу 6 канатной подвески и тросы 7 от натяжения и устанавливают пружину 4, обеспечивающую вместе с упорами 5, траверсой канатной подвески 6 и зажимом 8 упругую подвеску колонны насосных штанг. Закрепляют виброакустический излучатель 1 на устьевом полированном штоке 2 (фиг.1) или колонне системы устьевой герметизации скважины 11 (фиг.2) так, чтобы обеспечить надежный акустический контакт для ввода колебаний в металл подземной конструкции скважины. Соединяют виброакустический излучатель 1 с источником питания 3.

Устройство работает следующим образом. От излучателя 1 акустические колебания, вводимые в полированный устьевой шток 2 (фиг.1) или в колонну насосно-компрессорных труб через трубу системы устьевой скважинной герметизации 11 (фиг.2) передаются, в конечном счете, на колонну насосных штанг 12, насосно-компрессорных труб 13 и эксплуатационную колонну 14.

Известно, что скорость распространения виброакустических колебаний в металле эксплуатационной колонны 14 (фиг.3) подземного оборудования скважины, цементном камне 16 и горной породе 17 имеет практически близкие значения и, следовательно, разрушения связей между эксплуатационной колонной 14, цементным камнем 16 и окружающей породой 17 не происходит.

Скорость распространения колебаний в металле подземного оборудования скважин значительно выше, чем в кристаллической решетке отложений 15. Поэтому в первую очередь произойдет образование микрозазоров между поверхностью металла подземного оборудования скважины 12, 13, 14 и отложениями 15. Воздействие виброакустических колебаний на отложения 15 приводит к их разрушению по границам кристаллической решетки. Разрушение отложений происходит одновременно по всему их протяжению во всех интервалах их нахождения, а образующиеся микрозазоры вдоль металла и между кристаллами парафина позволяют свободному газу, защемленному в отложениях или скопившемуся под ними, плавно стравливаться, что исключает возможность гидравлического удара.

На Кучуковском нефтяном месторождении НГДУ «Челнынефть», принадлежащем «ТатРИТЭКнефть», на скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами, №№69, 256-р, 708 с интервалами перфорации соответственно 1096-1011 м, 1023-1058 м, 1184-1187,4 м проводилось виброакустическое воздействие на подземное оборудование и призабойную зону продуктивного пласта излучателем, закрепленным на полированном устьевом штоке. Следующие результаты были зафиксированы в первые три месяца. Возрастание суточной добычи нефти и снижение обводненности флюида на скважинах соответственно: №69 на 20% и 9,5%; №256-р на 42,4% и 5%; №708 на 40% и 36,1%.

Группа изобретений относится к области добычи нефти с использованием добывающих скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами. Технический результат - повышение эффективности работы добывающей скважины. По способу на трубе системы устьевой герметизации скважины, расположенной выше планшайбы устьевого противофонтанного оборудования, или на полированном устьевом штоке, связанном с колонной насосных штанг, закрепляют совместно с упругой развязкой виброакустический излучатель. В качестве упругой развязки используют пружину между траверсой канатной подвески и полированным устьевым штоком. С помощью этой развязки уменьшают передачу колебаний на станок-качалку. В качестве виброакустического излучателя используют низкодобротный излучатель с широкой резонансной полосой. Виброакустические колебания передают на колонну насосных штанг, насосно-компрессорные трубы, эксплуатационную колонну и асфальтосмолистые и парафиновые отложения. Выходное механическое сопротивление виброакустического излучателя согласуют с изменчивым во времени комплексным механическим сопротивлением нагрузки. Для этого виброакустический излучатель закрепляют на упомянутых трубе или штоке произвольно, а его рабочие частоту, амплитуду и форму модулирующего сигнала регулируют в широком низкочастотном диапазоне как в непрерывном, так и в радиоимпульсном режимах при контроле амплитуды и скорости возбуждаемых механических колебаний. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ разрушения асфальтосмолистых и парафиновых отложений в скважинах для добычи нефти, оборудованных штанговыми глубинными насосами, характеризующийся тем, что на трубе системы устьевой герметизации скважины, расположенной выше планшайбы устьевого противофонтанного оборудования, или на полированном устьевом штоке, связанном с колонной насосных штанг, совместно с установленной, с целью уменьшения передачи колебаний на станок-качалку, упругой развязкой в виде пружины между траверсой канатной подвески и полированным устьевым штоком закрепляют низкодобротный виброакустический излучатель с широкой резонансной полосой для передачи виброакустических колебаний на колонну насосных штанг, насосно-компрессорные трубы, эксплуатационную колонну и вышеупомянутые отложения, выходное механическое сопротивление виброакустического излучателя согласуют с изменчивым во времени комплексным механическим сопротивлением нагрузки, для чего виброакустический излучатель закрепляют на упомянутых трубе или штоке произвольно, а его рабочие частоту, амплитуду и форму модулирующего сигнала регулируют в широком низкочастотном диапазоне как в непрерывном, так и в радиоимпульсном режимах при контроле амплитуды и скорости возбуждаемых механических колебаний.

2. Скважина для добычи нефти, характеризующаяся тем, что включает эксплуатационную колонну, насосно-компрессорные трубы, штанговый насос, колонну насосных штанг, систему устьевой скважинной герметизации с противофонтанным оборудованием, низкодобротный виброакустический излучатель с широкой резонансной полосой, произвольно закрепленный на трубе системы устьевой герметизации скважины, расположенной выше планшайбы устьевого противофонтанного оборудования, или на полированном устьевом штоке, связанном с колонной насосных штанг, совместно с установленной, с целью уменьшения передачи колебаний на станок-качалку, упругой развязкой в виде пружины между траверсой канатной подвески и полированным устьевым штоком, при этом виброакустический излучатель имеет возможность работы в широком низкочастотном диапазоне как в непрерывном, так и в радиоимпульсном режимах с возможностью регулирования рабочих частоты, амплитуды и формы модулирующего сигнала, имеет систему контроля амплитуды и скорости возбуждаемых механических колебаний.

3. Скважина по п. 2, характеризующаяся тем, что система контроля амплитуды и скорости возбуждаемых механических колебаний состоит из соединенного с компьютером преобразователя в цифровой код сигналов датчиков амплитуды и скорости механических колебаний.