СКВАЖИННЫЙ МАГНИТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПЛАСТОВОГО ФЛЮИДА В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ СКВАЖИНЫ Российский патент 2017 года по МПК E21B37/00 E21B43/10 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для магнитной обработки скважинной жидкости, устанавливаемым в зоне призабойной зоны пласта (далее - ПЗП), с целью предотвращения асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО) и неорганических солей на оборудовании добывающих скважин, оборудованных, преимущественно, насосно-компрессорными трубами (НКТ) малого диаметра.

Известна система для магнитной обработки жидкости в скважине, оборудованной штанговым глубинным насосом, на входе которого размещают магнитное устройство, создающее магнитное поле для обработки добываемой жидкости и образованное двухполюсной униполярной магнитной системой с радиальными магнитами и внутренним осевым и внешним осевым магнитопроводами (патент РФ №2091565). Также указанная известная система дополнительно содержит еще одно магнитное устройство, размещенное на колонне штанг выше глубинного насоса.

Недостатком известной системы является сложность конструкции и невозможность использовать в скважинах, оборудованных НКТ малого диаметра.

Также известен ряд устройств для магнитной обработки жидкости проточного типа, установленных внутри НКТ скважины и имеющих в своем составе трубу, по которой протекает поток добываемой жидкости, и охваченный герметично кожухом магнитный блок в виде кольцевых магнитов, установленных на указанной трубе и обеспечивающих омагничивание протекающего внутри трубы потока добываемой жидкости (Патент РФ №39133, Патент РФ №2127708, Патент РФ №2242433). Эти конструктивные признаки составляют основу всех указанных известных магнитных устройств. Их отличие друг от друга заключается в дополнительном введении в конструкцию элементов, например ферромагнитных колец, шунтов, кольцевых магнитов, размещаемых особым образом или на различном расстоянии друг от друга, и прочее.

Недостатком указанных известных решений является то, что они не обеспечивают защиту рабочего канала магнитного устройства от механических примесей, что приводит к их налипанию в зонах максимального воздействия магнитного поля на скважинную жидкость. Особенно это актуально в скважинах с НКТ малого диаметра.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому магнитному комплексу является устройство для магнитной обработки скважинной жидкости (Патент РФ №2276259), включающее магнитный блок, состоящий из ферромагнитного цилиндрического защитного экрана, установленного внутри него ферромагнитного трубного элемента и из размещенных вокруг этого элемента постоянных магнитов кассетного типа, омываемых пластовым флюидом через отверстия в трубном элементе.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность его применения в скважинах, осложненных отложениями асфальтеносмолопарафиновых веществ. Это объясняется тем, что для каждой скважины производят расчет магнитного поля устройства исходя из дебита, обводненности, наличия асфальтосмолистых веществ (АСПВ) в пластовом флюиде, поэтому в некоторых случаях будет необходимо увеличение этого магнитного поля в устройстве. Но, учитывая кассетный характер магнитных элементов в известном устройстве, при увеличении магнитного поля в данной конструкции будет увеличиваться и налипание механических примесей на кассетах, содержащих постоянные магниты, до состояния полной непроходимости. Что делает работу известного устройства в некоторых случаях невозможной. А кроме того, это известное устройство не является универсальным, т.к. в нем отсутствуют конструктивные элементы, позволяющие использовать его как в скважинах с обычными НКТ, так и в скважинах с НКТ малого диаметра.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым устройством, заключается в предотвращении отложений АСПВ и снижении коррозионной активности флюида в любых скважинах, использующихся в нефтедобывающей промышленности, в том числе в боковых стволах и добывающих скважинах, как оборудованных обычными НКТ, так и НКТ малого диаметра, за счет универсальности комплекса, обеспечиваемого эффективным магнитным воздействием на поток жидкости с различными его характеристиками: ламинарность, турбулентность, обусловленными диаметрами НКТ, и одновременно обеспечиваемого наличием заменяемых конструктивных элементов для использования при НКТ разного диаметра.

Указанный технический результат достигается предлагаемым скважинным магнитным комплексом для обработки пластового флюида в призабойной зоне скважины, включающим магнитный блок, состоящий из ферромагнитного цилиндрического защитного экрана, установленного внутри него ферромагнитного трубного элемента и из размещенных вокруг указанного элемента постоянных магнитов, при этом новым является то, что ферромагнитный трубный элемент выполнен удлиненным, выходящим за пределы магнитного блока, при этом комплекс дополнительно содержит скважинный фильтр, жестко соединенный с одним концом указанного удлиненного трубного элемента и установленный на расстоянии 700 мм и более от ближайшего к нему магнита магнитного блока, а также дополнительно содержит патрубок, соединенный с другим концом этого удлиненного трубного элемента, причем диаметр патрубка равен диаметру колонны насосно-компрессорных труб скважины, а магнитный блок в качестве магнитов содержит не менее двух зашунтированных постоянных кольцевых магнитов, установленных на трубном элементе с зазором 150-250 мм и имеющих общую магнитную массу не менее 1200 грамм, выполненных с возможностью создания внутри трубного элемента магнитного поля с напряженностью аксиальной составляющей 15000-30000 кА/м, при этом магнитный блок и патрубок герметично охвачены защитным экраном.

Защитный экран в области его торцов снабжен центрирующими элементами.

Поставленный технический результат обеспечивается за счет следующего.

Известно, что высокая эффективность магнитных устройств с большим объемом обработки жидких систем обеспечивается при выполнении следующих условий, предъявляемых к конфигурации магнитного поля в ферромагнитной трубе магнитного блока:

- высокая напряженность магнитного поля в одной из пучностей.

- наличие градиента между напряженностями различных пучностей.

Было установлено, что выполнение этих условий зависит от взаимного расположения постоянных кольцевых магнитов вдоль ферромагнитной трубы и от эффективности дополнительных элементов (например, шунтирования), обеспечивающих смещение аксиальной составляющей магнитного поля к центру рабочего канала ферромагнитного трубного элемента, увеличение значений напряженности и однородности магнитного поля во всем сечении трубы. Эти свойства скважинного магнитного комплекса для обработки пластового флюида в призабойной зоне скважины, обеспечиваются совокупностью предложенных в заявляемом комплексе конструктивных признаков.

Надо отметить, что чем меньше диаметр эксплуатируемой насосно-компрессорной трубы, тем сильнее влияние турбулентности на поток протекающей жидкости. В трубах, имеющих диаметр менее 62 мм (скважины с НКТ малого диаметра) весь поток жидкости имеет вихревое течение, в то время как в трубах большего диаметра центральная часть потока имеет ламинарное движение. И чем больше диаметр трубы, тем большая часть центрального потока ламинарна. Для эффективной магнитной обработки жидкости необходимо воздействие различными уровнями напряженности магнитного поля на потоки с разными характеристиками течения. Предлагаемый скважинный магнитный комплекс для обработки пластового флюида в призабойной зоне скважины позволяет максимально раздвинуть область омагничивания с постепенным увеличением напряженности магнитного поля с нулевых значений (пространство до магнитов) до 15000 кА/м (у первого кольцевого магнита) и достигать величин более 15000 кА/м до 30000 кА/м (у второго кольцевого магнита), что, как оказалось, позволяет эффективно воздействовать как на ламинарный поток жидкости, так и на турбулентный. Причем это влияние возрастет от того, что будут исключены мехпримеси в пластовой жидкости за счет наличия фильтра, установленного на определенном заявленном расстоянии от ближайшего магнита.

Благодаря тому, что магнитный блок содержит установленные поверх ферромагнитного трубного элемента, внутри которого протекает поток флюида, не менее двух постоянных кольцевых магнита, установленных с заявляемым зазором 150-250 мм друг от друга и выполненных с возможностью создания внутри трубного элемента магнитного поля с аксиальной составляющей напряженности в 15000-30000 кА/м, обеспечивается стабильность эффективного омагничивания скважинного флюида не только с разными характеристиками этого потока, но и с различным содержанием пластовой воды и повышенным содержанием смол и асфальтенов. Кроме того, на эффективность обработки не влияет скорость протекания флюида по ферромагнитному трубному элементу, в том числе и колебания скорости.

Аксиальная составляющая напряженности магнитного поля регулируется за счет изменения массы магнитов и расстояния между ними, а также их шунтирования. Например, для магнитного блока с аксиальной составляющей напряженности в трубном элементе 15000-20000 кА/м (т.е. такая аксиальная составляющая присутствует в промежутке первый кольцевой магнит - второй кольцевой магнит) в качестве второго кольцевого магнита были взяты сдвоенные магнитные элементы, направленные друг к другу сторонами с различными полярностями и соединенные в кольцевой магнит, при этом общая масса указанных кольцевых магнитов равна 1000 г (первый - 400 г; второй - 600 г; расстояние между ними - 150 мм).

А для магнитного блока с аксиальной составляющей 15000-30000 кА/м в качестве кольцевого магнита были взяты сдвоенные магнитные элементы, направленные друг к другу сторонами с различными полярностями и соединенные в кольцевой магнит, при этом общая масса указанных кольцевых магнитов равна 1800 г (первый - 400 г; второй - 600 г; третий - 800 г, расстояние между ними - 150-250 мм).

При этом измерение аксиальной составляющей в магнитном блоке проводили цифровым прибором измерителем магнитной напряженности МФ-207А.

А благодаря тому, что внешние полюса кольцевых магнитов в магнитных модулях зашунтированы, идет усиление максимумов напряженности магнитного поля в сторону ферромагнитного трубного элемента. Кроме того, сохраняется требуемая для эффективной обработки флюида конфигурация магнитного поля в рабочем канале, что позволяет осуществлять высокоэффективную магнитную обработку флюида с различными скоростями течения, в том числе и с изменяющейся скоростью течения жидкости.

Благодаря тому, что магнитный комплекс снабжен скважинным фильтром происходит очистка добываемого флюида от песка и других механических примесей. Во избежание налипания механических примесей в областях пучностей магнитного поля, скважинный фильтр от ближайшего магнита устанавливается на расстоянии 700 мм и более. Расстояние 700 мм является критическим для воздействия постоянного магнитного поля на ферромагнитную трубу корпуса. На расстоянии менее 700 мм от магнитных элементов на поверхности ферромагнитной трубы имеется остаточная напряженность магнитного поля, составляющая 5-10 кА/м. При этом на расстоянии более 700 мм остаточная напряженность магнитного поля близка к нулю, что не позволяет механическим примесям, имеющим в своем химическом составе железо, налипать на сетке скважинного фильтра.

Уравнивание диаметров патрубка и насосно-компрессорной трубы дает возможность использования устройства без дополнительных переходных соединений, как отрезка НКТ, что, во-первых, делает устройство универсальным для скважин с любыми НКТ; а во-вторых, значительно упрощает работу с устройством во время ремонтных работ на скважине.

Защитный экран, герметично охватывающий магнитный блок и патрубок, помимо защитной функции, еще выполняет роль концентратора магнитного потока, существенно усиливая напряженность в пучности магнитного поля за счет сокращения рассеивания его потока.

Установка центраторов с торцов защитного экрана способствует улучшению прохождения устройства вдоль всего ствола скважины от устья до забоя.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема предлагаемого скважинного магнитного комплекса для обработки пластового флюида в призабойной зоне скважины.

Предлагаемый скважинный магнитный комплекс для обработки пластового флюида в призабойной зоне скважины включает магнитный блок 1, состоящий из ферромагнитного цилиндрического защитного экрана 2, установленного внутри него ферромагнитного трубного элемента 3 и из размещенных вокруг него постоянных магнитов 4, при этом ферромагнитный трубный элемент 3 выполнен удлиненным, выходящим за пределы магнитного блока 1, также комплекс дополнительно содержит скважинный фильтр 5, жестко соединенный с одним концом указанного удлиненного трубного элемента 3 и установленный на расстоянии 700 мм и более от ближайшего к нему магнита 4 магнитного блока 1, а также дополнительно содержит патрубок 6, соединенный с другим концом этого удлиненного трубного элемента 3, причем диаметр указанного патрубка 6 в скважинных условиях будет равен диаметру колонны насосно-компрессорных труб скважины, а магнитный блок 1 в качестве магнитов 4 содержит не менее двух зашунтированных (шунты 7) постоянных кольцевых магнита 4, установленных на трубном элементе 3 с зазором и выполненных с возможностью создания внутри трубного элемента 3 магнитного поля напряженностью аксиальной составляющей 15000-30000 кА/м, при этом магнитный блок 1 и патрубок 6 герметично охвачены защитным экраном 2, кроме того, расположение магнитного блока 1 вдоль скважины направляется центраторами 8.

Работает предлагаемый скважинный комплекс следующим образом.

Скважинная жидкость перед поступлением в ферромагнитный трубный элемент 3 очищается от механических примесей (песка и более крупных обломков породы) в скважинном фильтре 5, затем проходит сквозь магнитный блок 1, при этом поток скважинной жидкости обрабатывается магнитным полем напряженностью в пределах 15000-30000 кА/м, в результате чего, по видимому, осуществляется перераспределение потока заряженных частиц внутри флюида, благодаря чему ионы различных компонентов скважинной жидкости становятся одноименно заряженными, что ведет к снижению образования коррозии и налипания асфальтосмолопарафиновых образований на стенках глубинного оборудования скважины и, как следствие, к увеличению срока службы оборудования и увеличению межремонтных и межочистных периодов работы скважины. Для равномерного расположения магнитного блока 1 вдоль скважины используются центраторы 8.

Скважинный магнитный комплекс для обработки пластового флюида в призабойной зоне скважины может быть установлен ниже насоса в скважинах, оборудованных штанговыми насосами, в боковых стволах, а также в скважинах, пробуренных наклонно и горизонтально.

Проведенные лабораторные анализы и промысловые испытания комплекса на месторождениях Пермского края подтвердили увеличение защитного эффекта как по скорости коррозии, так и по скорости снижения отложения АСПВ для пластовых флюидов различной обводненности (до 70%) за счет увеличения времени релаксации («магнитной памяти») нефти конкретной скважины. Так, например, скорость коррозии в скважинах, оборудованных обычными НКТ (диаметр 73 мм) и НКТ малого диаметра (менее 62 мм), снизилась на 30%, а межремонтный период увеличился с 90 суток до 210 суток;

Основными достоинствами заявляемого комплекса являются:

- сокращение отложений АСПО за счет перераспределения межмолекулярных связей;

- возможность использования для обработки скважин даже с низким дебитом (например, 1,5-3,0 т/сут);

- предельная простота конструкции и простота монтажа комплекса в скважинах с НКТ различного диаметра.

Изобретение относится к устройствам для магнитной обработки скважинной жидкости в призабойной зоне пласта. Технический результат заключается в предотвращении асфальтеносмолопарафиновых отложений и снижении коррозионной активности флюида в скважинах. Скважинный магнитный комплекс для обработки пластового флюида в призабойной зоне скважины включает магнитный блок, состоящий из ферромагнитного цилиндрического защитного экрана, установленного внутри него ферромагнитного трубного элемента и из размещенных вокруг указанного элемента постоянных магнитов. Ферромагнитный трубный элемент выполнен удлиненным, выходящим за пределы магнитного блока, при этом комплекс дополнительно содержит скважинный фильтр, жестко соединенный с одним концом указанного удлиненного трубного элемента и установленный на расстоянии 700 мм и более от ближайшего к нему магнита магнитного блока, а также дополнительно содержит патрубок, соединенный с другим концом этого удлиненного трубного элемента. Диаметр патрубка равен диаметру колонны насосно-компрессорных труб скважины. Магнитный блок в качестве магнитов содержит не менее двух зашунтированных постоянных кольцевых магнитов, установленных на трубном элементе с зазором 150-250 мм и имеющих общую магнитную массу не менее 1200 грамм, выполненных с возможностью создания внутри трубного элемента магнитного поля с напряженностью аксиальной составляющей 15000-30000 кА/м. Магнитный блок и патрубок герметично охвачены защитным экраном. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинный магнитный комплекс для обработки пластового флюида в призабойной зоне скважины, включающий магнитный блок, состоящий из ферромагнитного цилиндрического защитного экрана, установленного внутри него ферромагнитного трубного элемента и из размещенных вокруг указанного элемента постоянных магнитов, отличающийся тем, что ферромагнитный трубный элемент выполнен удлиненным, выходящим за пределы магнитного блока, при этом комплекс дополнительно содержит скважинный фильтр, жестко соединенный с одним концом указанного удлиненного трубного элемента и установленный на расстоянии 700 мм и более от ближайшего к нему магнита магнитного блока, а также дополнительно содержит патрубок, соединенный с другим концом этого удлиненного трубного элемента, причем диаметр патрубка равен диаметру колонны насосно-компрессорных труб скважины, а магнитный блок в качестве магнитов содержит не менее двух зашунтированных постоянных кольцевых магнитов, установленных на трубном элементе с зазором 150-250 мм и имеющих общую магнитную массу не менее 1200 грамм, выполненных с возможностью создания внутри трубного элемента магнитного поля с напряженностью аксиальной составляющей 15000-30000 кА/м, при этом магнитный блок и патрубок герметично охвачены защитным экраном.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что защитный экран в области его торцов снабжен центрирующими элементами.