Способ комплексного воздействия для ингибирования образования солеотложений на скважинном оборудовании и установка для его осуществления Российский патент 2019 года по МПК E21B37/00 

Настоящее изобретение относится к нефтегазодобывающей области, в частности, к способу и устройству ингибирования образования солеотложений на скважинном оборудовании при добыче углеводородного сырья посредством электропогружных насосов (ЭПН) в условиях высокопроизводительных скважин.

Процесс добычи углеводородного сырья характеризуются наличием в составе скважинного флюида (пластовой жидкости) сложной смеси углеводородов, пластовой воды, газа и твердых включений, физико-химический состав которых зависит от месторождения, технологии добычи и времени. Зачастую в составе флюида присутствуют достаточное количество ингредиентов, обуславливающих солевые, гидратные и гидрато-углеводородные отложения.

Характерный ионный состав водной фазы продукции скважин нефтяных месторождений включает следующие основные ионы: Сl^–, НСО^3–, SO^4–, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺. Одновременное присутствие в водной фазе продукции скважин перечисленных анионов и катионов обусловливает возможность образования следующих труднорастворимых соединений (осадков солей, солеотложений): CaCO₃, FeCO₃, CaSO₄, BaSO₄, SrSO₄, которые, наряду с FeS, являются типичными составляющими минеральных отложений большинства нефтепромысловых систем. Образование минеральных отложений может происходить в любом месте нефтепромысловых систем, где в результате изменения парциального давления Р_СО2, химического состава воды или температуры, нарушается химическое равновесие. Осаждение солей вызывает серьезные осложнения при добыче нефти: уменьшение внутреннего диаметра насосно-компрессорных труб (НКТ) в результате отложения солей и, как следствие, снижение количества углеводородного сырья, добываемого скважинами; выход из строя глубинных насосов при механизированном способе добычи; выход из строя измерительного оборудования; снижение эффективности работы сепараторов-подогревателей (heatertreater); интенсивная коррозия внутренней поверхности НКТ, трубопроводов СС Н и систем ППД в местах локального отслаивания отложений и под отложениями.

В последнее время стало актуальным применение новых методов борьбы с нежелательными отложениями на элементах скважинного оборудования и коррозией погружного оборудования, которые заключаются в использовании электромагнитных и акустических полей.

Применение ультразвукового воздействие в скважинном пространстве известно, например [URL: cut – servise.ru], его широко используют при добыче нефти для очистки зоны перфорации, обработки высоковязких нефтей. Общепромышленное применение ультразвукового воздействия для форсирования кристаллообразования в растворах солей также известно, например [Пирогов Г.В. Исследование комбинированных химических и акустических методов ограничения накипеобразования в теплообменном оборудовании ТЭС и котельных: Дис.канд.хим.наук, Москва, 2008. – 111с]. Известно, что процессы кристаллообразования под воздействием ультразвука протекают достаточно быстро и лавинообразно. Дальнейшее термодинамическое состояние среды не детерминировано. Образование кристаллов, их форма и поведение в объеме жидкости является случайным процессом, не ингибируется их осаждение на элементах конструкции.

Известен способ обработки вещества магнитным полем и устройство для его осуществления [пат. РФ 2155081 МПК C02F1/48, опубл.27.08.2000г.]. Способ заключается в воздействии на жидкость переменным магнитным полем посредством излучателя, содержащего установленные в корпусе соосно электромагнитную катушку и постоянные магниты. Электромагнитная катушка расположена между магнитами и подключена к генератору, который генерирует модулированные сигналы с частотой 1-200 кГц и несущей частотой 100-2000 кГц, подвергнутые девиации с частотой 1 Гц. Недостатком способа является то, что обрабатывается ограниченный объем жидкости, находящейся в статическом положении, в специальном резервуаре. К недостаткам устройства следует отнести использование излучателя довольно сложной конструкции при локальном характере его воздействия.

Известно устройство для ингибирования образования отложений на скважинном оборудовании [патент RU 2570870, МПК Е21В37/00, Е21В41/02, опубл.10.12.2015]. Устройство включает электромагнитный излучатель, двухканальный генератор, электронный блок управления, имеющий выход, подключенный к входу генератора, блок сопряжения с погружным электродвигателем, датчики параметров скважинной среды, подключенные к блоку управления. Излучатель содержит сердечник из магнитомягкого высокочастотного материала на скважинном оборудовании с пазами, в которых размещены витки аксиальной обмотки, ортогональную обмотку, витки которой расположены перпендикулярно оси скважинного оборудования. Генератор подключен одним управляющим выходом к аксиальной обмотке, вторым управляющим выходом к ортогональной обмотке. Достоинством настоящего изобретения является то, что излучатель представляет единый конструктив с двумя обмотками, что позволяет упростить конструкцию, т.к. защита излучателя от воздействия внешней среды является сложной задачей. Недостатком – наличие двух обмоток на одном сердечнике, даже при ортогональности магнитных потоков внутри сердечника, приводит к взаимному влиянию этих потоков (магнитомодуляционный эффект) и, соответственно, к взаимному влиянию параметров излучения что усложняет и затрудняет стабилизацию и регулировку этих параметров.

Известен способ ингибирования отложений на скважинном оборудовании [патент RU 2570870, МПК Е21В37/00, Е21В41/02, опубл.10.12.2015], заключающийся в том, что подают на аксиальную и ортогональную обмотки переменные электрические сигналы с соответствующих двух управляющих выходов двухканального генератора, и формируют электромагнитное поле в непосредственной близости от системы электропогружного насоса, причем посредством аксиальной обмотки формируют электродвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования, а посредством ортогональной обмотки формируют магнитодвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинного оборудования, осуществляют первоначальное формирование закона изменения выходных сигналов двухканального генератора на основе априорных данных или стохастических зависимостей, варьируют пространственную ориентацию формируемого электромагнитного поля с получением многомодового электромагнитного поля, регулируют величину напряженности электромагнитного поля в объеме скважинного пространства в непосредственной близости от системы электропогружного насоса путем изменения величин магнитодвижущих сил излучателя в соответствии с заданным диапазоном значений напряженности электромагнитного поля в зависимости от параметров скважинного флюида, посредством чего ингибируют образование гидратных и гидратно-углеводных отложений на скважинном оборудовании. Достоинством способа является его эффективность и экологичнось. Недостатком – перекрестное влияние на флюид практически в одной и той же зоне скважинного пространства, что может привести к нежелательным эффектам, например, в условиях высокой обводненности флюида, содержащего высокоминерализованную пластовую воду, ортогональная обмотка гальванизирует (существенно повышает электропроводность) прилегающую к излучателю жидкость и тем самым шунтирует аксиальную обмотку (цепь тока замыкается в ограниченной зоне излучателя), и эдс обмотки практически отсутствует вдоль скважинной компоновки, тем самым ограничивая воздействие на флюид.

Наиболее близким к заявляемым техническим решениям является «Установка и способ ингибирования коррозии и образование отложений на скважинном оборудовании» [пат.РФ №2634147 МПК Е21В 37/00, опубл.24.10.2017г.] Это изобретение обеспечивает повышение эффективности защиты элементов скважинного пространства и погружного оборудования непосредственно в зоне этого оборудования от солей, естественных гидратных и гидрато-углеводородных отложений при добыче углеводородного сырья путем генерации электромагнитного поля в разных точках скважинного пространства с регулируемыми параметрами, адаптированными к условиям эксплуатации, формируемого непосредственно в зоне установки в скважине ЭПН без усложнения конструкции колонны насосно-компрессорных труб. Известная установка содержит электромагнитные излучатели, размещенные вдоль продольной оси скважинной компоновки на определенном расстоянии друг от друга, блок сопряжения с погружным электродвигателем, установленный в отдельном корпусе, в котором размещен также электронный блок управления, соединенный с блоком сопряжения входом-выходом, и генераторы возбуждения по количеству электромагнитных излучателей, входы которых соединены с выходами электронного блока управления, а выходы соединены с обмотками возбуждения соответствующих электромагнитных излучателей, датчики параметров, установленные в скважинном пространстве и подключенные к электронному блоку управления. Каждый электромагнитный излучатель содержит цилиндрический сердечник из магнитомягкого материала с аксиальной или ортогональной обмоткой, витки которой расположены соответственно аксиально или перпендикулярно оси скважинной компоновки. Установка содержит блок электропитания, включенный в состав блока сопряжения и связанный с обмоткой погружного электродвигателя установки электропогружного насоса для отбора электроэнергии и питания блоков установки для ингибирования образования отложений. Блок управления установки связан каналом связи с аппаратурой мониторинга и управления, размещенной на земной поверхности. Также установка содержит датчики для измерения параметров среды - давления, температуры, обводненности, расхода, а также параметров работы излучателей. Известный способ ингибирования образования отложений на скважинном оборудовании включает размещение на скважинной компоновке электромагнитных излучателей с образованием зон воздействия посредством аксиальной или ортогональной обмотки возбуждения на сердечнике каждого излучателя. Посредством аксиальной обмотки на сердечнике одного излучателя формируют электродвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинной компоновки, а посредством ортогональной обмотки на сердечнике другого излучателя формируют магнитодвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинной компоновки. Воздействие осуществляют электромагнитными полями, разнесенными на определенное расстояние излучателями со своими обмотками вдоль продольной оси скважинной компоновки. Формирование электромагнитных полей в зонах воздействия осуществляют синхронно, либо асинхронно. Недостатки известного устройства и способа обусловлены тем, что при работе ЭПН в режиме высокой производительности скорость протекания флюида высока и, соответственно, при невысокой скорости объемного гомогенного кристаллообразования в нем эффективность электромагнитного воздействия невелика, т.к. в ЭПН поступает флюид с высоким уровнем насыщения раствора и происходит быстрое гетерогенное осаждение отложений на элементах конструкции ЭПН, что является серьезным недостатком.

Задачей предложенного изобретения является создание комплексного способа воздействия для ингибирования образования солеотложений на скважинном оборудовании и установки его осуществляющего при добыче углеводородного сырья в условиях высокой производительности скважины, непосредственно в зоне установки в скважине ЭПН без существенного усложнения конструкции скважинной компоновки.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности защиты элементов скважинного пространства и погружного оборудования непосредственно в зоне этого оборудования от солей, а также естественных гидратных и гидрато-углеводородных отложений при добыче углеводородного сырья путем ультразвукового воздействия и генерации электромагнитного поля в разных точках скважинного пространства.

Поставленная задача решается способом комплексного воздействия для ингибирования образования солеотложений на скважинном оборудовании, заключающийся в том, что на поток скважинного флюида, движущийся к насосному агрегату, первоначально воздействуют ультразвуковым излучением в диапазоне частот от 15 кГц до 50 кГц, которым форсируют образование зародышей кристаллов и кристаллообразование в объеме флюида. При этом осуществляют дополнительное воздействие на флюид электромагнитными полями для управления кристаллообразованием в качестве, обеспечивающем ингибирование солеотложения на скважинном оборудовании, причем оба воздействия осуществляют синхронно и взаимосвязано, либо независимо и асинхронно. Алгоритм и параметры воздействия оптимизируют на основании априорных исследований.

Согласно изобретению априорные исследования заключаются в моделирование на стендовом оборудовании, в ходе которого на модели или образце флюида и подложке, являющейся аналогом поверхности оборудования, определяют оптимальные параметры воздействий, при которых отложения минимальны.

Согласно изобретению для воздействия на флюид электромагнитными полями размещают на скважинной компоновке электромагнитные излучатели с образованием зон воздействия посредством аксиальной или ортогональной обмотки возбуждения на сердечнике каждого излучателя, причем посредством аксиальной обмотки на сердечнике одного излучателя формируют электродвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинной компоновки, а посредством ортогональной обмотки на сердечнике другого излучателя формируют магнитодвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинной компоновки, причем воздействие осуществляют электромагнитными полями, разнесенными на определенное расстояние излучателями со своими обмотками вдоль продольной оси скважинной компоновки для обеспечения:

- заданных диапазонов излучения от 10 кГц до 1МГц по аксиальному излучателю и от 0 до 1МГц по ортогональному излучателю;

- независимости воздействия на скважинный флюид по каждому излучателю;

- взаимной инвариантности при выборе и регулировании параметров по каждому излучателю;

- расширения области электромагнитного воздействия для интенсификации процессов при значительной протяженности скважинной компоновки;

- стабильности параметров по каждому излучателю;

- максимального согласования выходного импеданса по каждому излучателю со средой излучения для эффективной передачи электромагнитной энергии.

Согласно изобретению формирование электромагнитных полей в зонах воздействия осуществляют синхронно, либо асинхронно.

Согласно изобретению результаты моделирования помещают в базу данных для последующего обобщения и использования.

Поставленная задача решается установкой для ингибирования образования отложений на скважинном оборудовании, входящем в состав скважинной компоновки, содержащая, по крайней мере, два электромагнитных излучателя, размещенные вдоль продольной оси скважинной компоновки на определенном расстоянии друг от друга, блок сопряжения с погружным электродвигателем, с которым он соединен первым входом-выходом, установленный в отдельном корпусе, в котором размещен также электронный блок управления электромагнитным излучением, соединенный первым входом-выходом со вторым входом-выходом блока сопряжения, и генераторы электромагнитных излучателей по количеству электромагнитных излучателей. Входы генераторов электромагнитных излучателей соединены с соответствующими выходами электронного блока управления, а выходы соединены с обмотками возбуждения соответствующих электромагнитных излучателей, измерительные преобразователи, установленные в скважинном пространстве и подключенные к электронному блоку управления электромагнитным излучением, причем каждый электромагнитный излучатель содержит цилиндрический сердечник из магнитомягкого материала с аксиальной или ортогональной обмоткой, витки которой расположены соответственно аксиально или перпендикулярно оси скважинной компоновки. В отличие от прототипа дополнительно в состав скважинной компоновки включены размещенные также в отдельном корпусе излучатель акустический, генератор акустического излучателя и блок управления акустическим излучением. Причем первый вход излучателя акустического соединен с выходом генератора акустического излучателя, вход которого подключен к первому выходу блока управления акустическим излучением, второй вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом блока сопряжения, а третий выход которого соединен со вторым входом излучателя акустического, выход которого соединен с третьим входом блока управления акустическим излучением, четвертый вход-выход которого подключен ко второму входу-выходу блока управления электромагнитным излучением.

Согласно изобретению установка содержит блок электропитания, включенный в состав блока сопряжения и связанный с обмоткой погружного электродвигателя установки электропогружного насоса для отбора электроэнергии и питания блоков установки для ингибирования образования отложений.

Согласно изобретению блоки управления электромагнитным и акустическим излучением установки связаны каналом связи с аппаратурой мониторинга и управления, размещенной на земной поверхности.

Согласно изобретению акустический излучатель установки реализуется на магнитострикционных или пьезокерамических преобразователях.

Согласно изобретению установка содержит измерительные преобразователи для измерения параметров среды - давления, температуры, обводненности, расхода, а также параметров работы излучателей.

Технический результат изобретения достигается благодаря следующему. На поток скважинного флюида, движущийся с достаточно высокой скоростью к насосному агрегату, первоначально воздействует ультразвуковой излучатель, который форсирует образование зародышей кристаллов и кристаллообразование в объеме флюида (как было отмечено ранее). Составной частью процесса является осуществление воздействия на флюид электромагнитным полем, причем оба воздействия (последовательно по потоку) осуществляют синхронно и взаимозависимо, либо независимо и асинхронно (в зависимости от получаемого результата). Алгоритм и параметры воздействия оптимизируют на основании априорных исследований. В результате этого понижается концентрация растворенных в водных растворах солей и улучшается структура кристаллов их твердой фазы, содержащихся в объеме флюида. Кроме того, электромагнитное поле, формируемое аксиальным излучателем, ингибирует образование отложения кристаллов солей на элементах конструкции, расположенных далее по потоку флюида.

Данное обстоятельство обусловлено следующим. Известно [URL: ceberieninka.ru], что ультразвук в зависимости от режима ультразвуковой обработки, степени перенасыщения раствора, температурного фактора и т.д. может значительно ускорить процесс кристаллизации неорганических соединений. Процесс зарождения кристаллизационных центров становится лавинообразным. Ускорение процесса происходит не в отдельных точках, а по всему объему. Однако форсирование процесса кристаллобразования может иметь негативные последствия, т.к., как правило, скорость процесса кристаллообразования в объеме жидкости (гомогенный процесс) ниже гетерогенного процесса на поверхностях оборудования на несколько порядков. При этом процесс кристаллообразования соответствует принципу структурно-геометрического подобия, согласно которому гетерогенная (инородная) поверхность (подложка) служит матрицей при совпадении сингоний (конфигурации элементарной ячейки) веществ и отличии параметров их кристаллических решёток не более, чем на 20% [В.А. Присяжнюк, Физико-химические основы предотвращения кристаллизации солей на теплообменных поверхностяx С.О.К. №10/2003г.]. Соответственно процесс кристаллообразования должен быть управляем для увеличения доли кристаллов, имеющих соответствующий вид сингоний. Другим механизмом, ингибирующим образование солеотложений, является формирование высокочастотного электромагнитного поля вдоль скважинной компоновки посредством аксиального электромагнитного излучателя [пат.РФ №2634147 МПК Е21В 37/00, опубл.24.10.2017г.]. Аксиальный излучатель генерирует электромагнитное поле с результирующей электродвижущей силой, направленной вдоль оси скважинной компоновки, соответственно, результирующий вектор магнитодвижущей силы магнитного поля направлен поперечно, и возникающая вторичная электродвижущая сила смещает электроны в металле трубы к ее поверхности (скин-эффект), сообщая слабый положительный заряд внутренней поверхности. Как уже упоминалось, ионы солей (Са, Мg и другие) имеют тоже положительный заряд и, соответственно, перемещаются (отталкиваются) от этой поверхности, препятствуя гетерогенному кристаллобразованию.

Практическому применению предлагаемого способа предшествует априорное моделирование на стендовом оборудовании, в ходе которого на модели или образце флюида и подложке, являющейся аналогом поверхности оборудования, определяют оптимальные параметры воздействия, при которых отложения минимальны. Результаты моделирования помещают в базу данных для последующего обобщения и использования.

Вариант структуры установки, осуществляющей предлагаемый способ, представлен на фиг.1. Компоновочная схема оборудования показана на фиг.2. На фиг.1 и фиг.2 обозначено: 1 и 2 - излучатели электромагнитные, 3 – излучатель акустический, 4 и 5 – генераторы электромагнитных излучателей, 6 – генератор акустического излучателя, 7 и 8 – измерительные преобразователи, 9 – блок управления электромагнитным излучением, 10 – блок управления акустическим излучением, 11 – блок сопряжения, 12 – погружной электродвигатель (ПЭД) системы с электропогружным насосом (привод насосного агрегата), 13 – канал связи, наземная система мониторинга, 14 – наземная система мониторинга, 15 – скважинная компоновка, 16 – обсадная труба.

Конструктивно блоки скважинной компоновки 15 размещены в отдельном баростойком корпусе, который механически соединен с основанием ПЭД. Излучатели 1, 2, 3 могут быть пристыкованы к корпусу 15.

Измерительные преобразователи 7,8 установлены в скважинном пространстве и подключены к блоку управления электромагнитным излучением 9.

Компоновка оборудования 15 (фиг.2) содержит блок электропитания, включенный в состав блока сопряжения 11 и связанный с обмоткой ПЭД 12 электропогружного насоса для осуществления отбора электроэнергии от его обмотки или получения электроэнергии от наземной аппаратуры через эту обмотку для питания блоков компоновки 15.

Акустический излучатель 3 устанавливается первым по потоку (фиг.2) и возбуждается генератором акустических излучателей 6, которым управляет блок 10, который может также осуществлять необходимые регулировки излучателя 3 и контролировать его работу.

Блоки управления 9 и 10 связаны через блок сопряжения 11, ПЭД 12 каналом связи 13 с аппаратурой 14 мониторинга и управления, размещенной на земной поверхности.

Реализация излучателя 3 может быть различной, предпочтительным является использование магнитострикторов и пьезокерамики. Диапазон частот излучателя (10 … 50) кГц.

В качестве измерительных преобразователей 7, 8 используют датчики, измеряющие температуру, обводненность, расход, а также параметров работы излучателей.

Канал 13 связи обеспечивает двухстороннюю связь между скважинной частью и наземной аппаратурой. Он может быть беспроводным или проводным. В качестве проводного канала целесообразно использовать силовые цепи питания ПЭД 12.

Блоки управления 9 и 10 обеспечивает двухстороннюю связь с наземной аппаратурой 14 мониторинга, передавая измерительную и контрольную информацию и принимая внешние команды и уставки.

Организация электромагнитного излучения в скважинном пространстве достаточно подробно изложена в описании прототипа [пат.РФ №2634147 МПК Е21В 37/00, опубл.24.10.2017г.]. Эта часть оборудования формирует электромагнитные поля в зонах воздействия (синхронно, либо асинхронно), обеспечивая:

▶ широкий диапазон излучения - от 10 кГц до 1МГц по аксиальному излучателю и от 0 до 1Мгц по ортогональному излучателю;

▶ независимость воздействия на скважинный флюид по каждому излучателю;

▶ взаимную инвариантности при выборе и регулировании параметров по каждому излучателю;

▶ расширение области электромагнитного воздействия для интенсификации процессов при значительной протяженности скважинной компоновки;

▶ стабильность параметров по каждому излучателю;

▶ максимальное согласования выходного импеданса по каждому излучателю со средой излучения для эффективной передачи электромагнитной энергии.

Рассмотрим конкретный пример по ингибированию отложения карбонатов. Как показывает опыт, доминирующим отложением является солеотложение карбоната кальция. Известны три основных формы кристаллов карбоната кальция: кальцит - относится к тригональной сингонии, тригонально-скаленоэдрический вид симметрии, арагонит - ромбическая сингония - призматические, столбчатые, таблитчатые, игольчатые и копьевидные кристаллы, ватерит - гексагональная сингония - призматические, столбчатые одиночные кристаллы [Трушина Д.Б., Сульянов С.Н., Букреева Т.В., Ковальчук М.В.//Кристаллография. 2015. Т. 60. №4]. Как известно [В.А. Присяжнюк, Физико-химические основы предотвращения кристаллизации солей на теплообменных поверхностяx С.О.К. №10/2003г.], наибольшие проблемы возникают при отложении на поверхностях оборудования кальцитов, которые образуют твердый, трудно разрушаемый механически, осадок. В то же время арагониты и ватериты представляют собой естественные, нестабильные полиморфные формы карбоната кальция, которые обладают низкой адгезией, что позволяет существенно снизить скорость солеобразования на погружном оборудовании.

Авторами был проведен эксперимент с использованием опытного образца предлагаемой установки. В качестве модельной жидкости использовалась модель пластовой воды, характерной для Вынгапурского месторождения в Западной Сибири. Раствор готовился из растворов [CaCl₂, MgCl₂ · 6H₂O] и [NaHCO₃, NaCl] и смешивался непосредственно в зоне расположения образца установки, где имитировался перепад температуры и изменение скорости потока (изменение термодинамического состояния жидкостной среды, приводящее к изменению уровня насыщения раствора). Формула взаимодействия:

Ca²⁺ + 2HCO₃^- → CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

Эксперименты проводились на стендовом оборудовании, имитирующем скважинную среду. Объем модельной жидкости 60 л. в каждом опыте, средняя скорость потока жидкости порядка 10 л/мин соответствовал высокопроизводительным скважинам (порядка 200 м³/сут), температура раствора +75°С. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1 и 2.

В табл.1 представлены средние удельные количественные соотношения результатов экспериментов при различных воздействиях. Здесь показан сравнительный уровень минерализации растворов после различных воздействий. Как видно из таблицы 1, уровень минерализации только при воздействии электромагнитным полем максимален, т.к. скорость кристаллообразования наименьшая, соответственно, количество ионов кальция уменьшается незначительно. В то же время при совместном воздействии электромагнитным и акустическим полями наблюдается минимальный уровень указанных ионов, что свидетельствует о максимальном кристаллообразовании карбоната кальция с последующим осаждением осадка.

Таблица 1.

Наименование Ca²⁺, мг/л Mg²⁺, мг/л Ba²⁺, мг/л K⁺+Na⁺, мг/л Cl^-, мг/л HCO^3-, мг/л Относительная
минерализация раствора карбонатом кальция, % Без полей 1206 242 6 5320 10529 497 100 Электромагнитное поле (ЭМП) 1087 161 3 4334 8591 437 90,1 Акустика 862 158 6 4300 8464 262 71 Акустика + ЭМП 782 112 4 4214 8016 329 64,8

В табл.2 показаны изменения структуры осадка солей при различных воздействиях (во всех случаях раствор подвергался воздействию магнитного поля Земли). Как видно из представленной таблицы, только воздействие акустическим полем незначительно изменяет структуру осадка, но существенно перестраивает размеры кристаллов в сторону уменьшения размеров и увеличения их количества, в то же время электромагнитное воздействие изменяет структуру осадка, но незначительно влияет на размеры кристаллов.

Таблица 2

Химическое соединение/
геометрия частиц Структура осадка солей без физ.полей, ср.знач.,% Структура осадка солей, при эл.магн. воздейств.,ср.знач.,% Структура осадка солей, при акуст.воздейств., ср.знач.,% Структура осадка солей, при эл.магн.и акустич. воздейств., ср.знач.,% Кальцит 75,9 51,9 68,6 40,5 Арагонит 3,4 26,1 13,1 32,3 Ватерит 20,7 22 18,3 27,2 Диапазон размеров частиц/доминирующий размер, мкм 20…100
60 20…90
54 20…70
35 20…65
30

При совместном воздействии наблюдается положительная интерференция этих воздействий, при этом, помимо эффекта ингибирования образования кальцитов, наблюдается положительная тенденция уменьшения размеров кристаллов и увеличения их количества, что эквивалентно увеличению количества центров гомогенного кристаллообразования (внутри самого флюида) как альтернативы гетерогенному (на поверхностях конструкций) кристаллообразованию.

Проведенные исследования подтвердили, что при обработке жидкости последовательно, в одном цикле, акустическим и электромагнитным полями, запускается ускоренное кристаллообразование в объеме жидкости, причем увеличивается доля кристаллов, принимающих форму ватерита и арагонита, а также создаются условия для ингибирования солеотложений на элементах скважинной компоновки (погружном насосе, внутренней поверхности насосно-компрессорных труб).

Авторы полагают, что предложенные способ и установка применимы также для ингибирования естественных гидратных и гидрато-углеводородных отложений при соответствующем выборе параметров воздействия.

В известных авторам источниках патентной и научно-технической информации не описано подобных комплексных способов ингибирования образования солеотложений на скважинном оборудовании, позволяющих с минимальными временными и энергетическими затратами, не нанося вреда окружающей среде (за счет отказа от применения химических реагентов) осуществить повышение эффективности защиты элементов скважинного пространства и погружного оборудования непосредственно в зоне этого оборудования от солей непосредственно в процессе добычи углеводородного сырья.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эффективность защиты элементов скважинного пространства и погружного оборудования непосредственно в зоне этого оборудования от солей, а также естественных гидратных и гидрато-углеводородных отложений при добыче углеводородного сырья за счет комплексного воздействия ультразвуковым и электромагнитным излучением.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к ингибированию нежелательных отложений на скважинном оборудовании. Способ заключается в первоначальном воздействии на поток скважинного флюида, движущийся к насосному агрегату, ультразвуковым излучением в диапазоне частот от 15 кГц до 50 кГц, которым форсируют образование зародышей кристаллов и кристаллообразование в объеме флюида. Осуществляют дополнительное воздействие на флюид электромагнитными полями для управления кристаллообразованием в качестве, обеспечивающем ингибирование солеотложения на скважинном оборудовании. Оба воздействия осуществляют синхронно и взаимосвязанно либо независимо и асинхронно. Алгоритм и параметры воздействия оптимизируют на основании априорных исследований. Установка содержит по крайней мере два электромагнитных излучателя, размещенные вдоль продольной оси скважинной компоновки на определенном расстоянии друг от друга, блок сопряжения с погружным электродвигателем, с которым он соединен первым входом-выходом, установленный в отдельном корпусе, в котором размещен также электронный блок управления электромагнитным излучением, соединенный первым входом-выходом со вторым входом-выходом блока сопряжения, и генераторы электромагнитных излучателей по количеству электромагнитных излучателей. Входы генераторов электромагнитных излучателей соединены с соответствующими выходами электронного блока управления, а выходы соединены с обмотками возбуждения соответствующих электромагнитных излучателей, измерительные преобразователи, установленные в скважинном пространстве и подключенные к электронному блоку управления электромагнитным излучением. Каждый излучатель содержит цилиндрический сердечник из магнитомягкого материала с аксиальной или ортогональной обмоткой. В состав скважинной компоновки включены размещенные в отдельном корпусе излучатель акустический, генератор акустического излучателя и блок управления. Повышается эффективность защиты скважинного оборудования от нежелательных солеотложений. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ комплексного воздействия для ингибирования образования солеотложений на скважинном оборудовании, заключающийся в том, что на поток скважинного флюида, движущийся к насосному агрегату, первоначально воздействуют ультразвуковым излучением в диапазоне частот от 15 кГц до 50 кГц, которым форсируют образование зародышей кристаллов и кристаллообразование в объеме флюида, при этом осуществляют дополнительное воздействие на флюид электромагнитными полями для управления кристаллообразованием в качестве, обеспечивающем ингибирование солеотложения на скважинном оборудовании, причем оба воздействия осуществляют синхронно и взаимосвязанно либо независимо и асинхронно, а алгоритм и параметры воздействия оптимизируют на основании априорных исследований.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что априорные исследования заключаются в моделировании на стендовом оборудовании, в ходе которого на модели или образце флюида и подложке, являющейся аналогом поверхности оборудования, определяют оптимальные параметры воздействий, при которых отложения минимальны.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для воздействия на флюид электромагнитными полями размещают на скважинной компоновке электромагнитные излучатели с образованием зон воздействия посредством аксиальной или ортогональной обмотки возбуждения на сердечнике каждого излучателя, причем посредством аксиальной обмотки на сердечнике одного излучателя формируют электродвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинной компоновки, а посредством ортогональной обмотки на сердечнике другого излучателя формируют магнитодвижущую силу, результирующий вектор которой направлен вдоль оси скважинной компоновки, причем воздействие осуществляют электромагнитными полями, разнесенными на определенное расстояние излучателями со своими обмотками вдоль продольной оси скважинной компоновки для обеспечения:

- заданных диапазонов излучения от 10 кГц до 1 МГц по аксиальному излучателю и от 0 до 1 Мгц по ортогональному излучателю;

- независимости воздействия на скважинный флюид по каждому излучателю;

- взаимной инвариантности при выборе и регулировании параметров по каждому излучателю;

- расширения области электромагнитного воздействия для интенсификации процессов при значительной протяженности скважинной компоновки;

- стабильности параметров по каждому излучателю;

- максимального согласования выходного импеданса по каждому излучателю со средой излучения для эффективной передачи электромагнитной энергии.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, формирование электромагнитных полей в зонах воздействия осуществляют синхронно либо асинхронно.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что результаты моделирования помещают в базу данных для последующего обобщения и использования.

6. Установка для ингибирования образования отложений на скважинном оборудовании, входящем в состав скважинной компоновки, содержащая, по крайней мере, два электромагнитных излучателя, размещенные вдоль продольной оси скважинной компоновки на определенном расстоянии друг от друга, блок сопряжения с погружным электродвигателем, с которым он соединен первым входом-выходом, установленный в отдельном корпусе, в котором размещен также электронный блок управления электромагнитным излучением, соединенный первым входом-выходом со вторым входом-выходом блока сопряжения, и генераторы электромагнитных излучателей по количеству электромагнитных излучателей, входы которых соединены с соответствующими выходами электронного блока управления, а выходы соединены с обмотками возбуждения соответствующих электромагнитных излучателей, измерительные преобразователи, установленные в скважинном пространстве и подключенные к электронному блоку управления электромагнитным излучением, причем каждый электромагнитный излучатель содержит цилиндрический сердечник из магнитомягкого материала с аксиальной или ортогональной обмоткой, витки которой расположены соответственно аксиально или перпендикулярно оси скважинной компоновки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит в составе скважинной компоновки размещенные в отдельном корпусе излучатель акустический, генератор акустического излучателя и блок управления акустическим излучением, причем первый вход излучателя акустического соединен с выходом генератора акустического излучателя, вход которого подключен к первому выходу блока управления акустическим излучением, второй вход-выход которого соединен с третьим входом-выходом блока сопряжения, а третий выход которого соединен со вторым входом излучателя акустического, выход которого соединен с третьим входом блока управления акустическим излучением, четвертый вход-выход которого подключен ко второму входу-выходу блока управления электромагнитным излучением.

7. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что содержит блок электропитания, включенный в состав блока сопряжения и связанный с обмоткой погружного электродвигателя установки электропогружного насоса для отбора электроэнергии и питания блоков установки для ингибирования образования отложений.

8. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что блоки управления электромагнитным и акустическим излучением связаны каналом связи с аппаратурой мониторинга и управления, размещенной на земной поверхности.

9. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что акустический излучатель реализуется на магнитострикционных или пьезокерамических преобразователях.

10. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что содержит измерительные преобразователи для измерения параметров среды - давления, температуры, обводненности, расхода, а также параметров работы излучателей.