Способ и система для борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями в нефтегазовых скважинах Российский патент 2021 года по МПК E21B37/00 

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована при добыче нефти или газа для терморегулирования добываемого флюида с целью борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями в скважинах.

По патенту RU 2574743  известна система для поставки тепловой энергии в горизонтальный ствол скважины, расположенный в подземном пласте, через соединенный с ним вертикальный канал, содержащая
нагреватель, расположенный на поверхности и предназначенный для нагрева теплопередающей среды до температуры в интервале от температуры, которая превышает 700°F (370°C), и до температуры, равной 1150°F (620°C),
паровую камеру, отделенную пакерами, расположенную в положении внутри горизонтального ствола скважины и содержащую теплообменник,
систему с контуром теплопередающей среды, содержащую концентрические колонны для потока нагретой теплопередающей среды, охлажденной теплопередающей среды и питательной воды, причем внутренняя первая колонна и вторая колонна концентрических колонн соединяют нагреватель с теплообменником для подвода нагретой теплопередающей среды по стволам скважины к теплообменнику и возвращения охлажденной теплопередающей среды из теплообменника в нагреватель, и систему подачи питательной воды, соединенную с третьей колонной концентрических колонн для подачи питательной воды с поверхности в вертикальный канал и к паровой камере, при этом теплообменник имеет трубу для передачи тепла от нагретой теплопередающей среды к питательной воде для выработки пара в паровой камере, и чтобы вызвать нагрев подземной области с помощью тепловой энергии, добавленной паром из паровой камеры.

Недостатками известной системы являются: идет нагрев пласта для повышения нефтеотдачи пласта, при этом проблемы остывания флюида при подъёме в добывающей скважине остаются нерешёнными, сложность конструкции и сложность эксплуатации, высокая температура для борьбы с АСПО: температура выпадения АСПО в стволе скважины не более 20-40°С в зависимости от давления и состава добываемого флюида.

Наиболее конструктивно близким к заявленному техническому решению является известное по патенту RU 24853 устройство для нагрева труб и арматуры на устье скважины, содержащее электрический нагреватель, размещенный в жидкости, залитой в закрытую емкость с вмонтированными сверху и снизу штуцерами, и средства подключения нагревателя к электрической сети, где на штуцеры надет обоими концами гибкий шланг. При этом шланг выполнен с металлическими вставками с возможностью навиваться на трубы или арматуру.

Известное устройство и представленный в описании к нему способ использования предназначены для разогрева труб и арматуры на поверхности скважины.

Недостатком известного устройства и способа его применения является неэффективность при использовании для борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями во внутритрубном пространстве нефтегазовых скважин, включая глубокие, вследствие нескольких факторов: невозможность применения устройства во внутрискважинном пространстве из-за отсутствия систем аварийного сброса контура в скважине; отсутствие системы герметизации контура и скважинной арматуры; низкая эффективность теплопередачи: в устройстве теплопередача от теплоносителя идет через сложную группу термических сопротивлений как самого устройства, так и обогреваемой арматуры и трубопроводов, низкая эффективность за счет только одного метода нагрева теплоносителя в баке имеет высокие энергозатраты на нагрев теплоносителя непосредственно в емкости, в частности при большом объеме данной емкости.

Задачей заявленной группы изобретений является создание способа, приспособленного для борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями в глубоких нефтегазовых скважинах, с использованием замкнутого цикла циркуляции теплоносителя, где теплопередача между энергоносителем и подогреваемым объектом происходит через минимальное количество термических сопротивлений, и создание системы, приспособленной для прокачки больших объемов теплоносителя под давлением при низком уровне энергозатрат на его нагрев.

Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа борьбы с  асфальтосмолопарафиновыми и/или  газогидратными отложениями в нефтегазовых скважинах, включающего использование полого трубчатого контура, замкнутого на источник теплоносителя, согласно изобретению, полый трубчатый контур, замкнутый на источник теплоносителя, спускают непосредственно в скважину на расчетную глубину, преимущественно, ниже начала асфальтосмолопарафиновых и/или газогидратных отложений, теплоноситель из емкости посредством насоса под давлением от 0,1 МПа до 8 МПа подают в теплообменник, обеспечивающий изменение температуры теплоносителя до заданной температуры от минус 60 до +200°С, при этом циркуляцию нагретого теплоносителя поддерживают в трубчатом контуре под давлением при работающей скважине до достижения температуры добываемого флюида по длине скважины, максимально приближенной к изотермическому течению  не ниже температуры плавления асфальтосмолопарафиновых и/или газогидратных отложений.

Поставленная задача решается тем, что в системе для борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными  отложениями в нефтегазовых скважинах, содержащей полый трубчатый контур, замкнутый на источник теплоносителя, согласно изобретению, трубчатый контур на участке выхода теплоносителя из источника теплоносителя содержит  насос с приводом и частотным регулятором, а также теплообменник, обеспечивающий нагрев теплоносителя до заданной температуры, замкнутый трубчатый контур оборудован запорно-клапанными механизмами.

Использование полого трубчатого контура непосредственно в скважине обеспечивает минимизацию количества термических сопротивлений при передаче теплоты от нагретого теплоносителя к объекту нагрева, ограничивая их термическим сопротивлением теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубчатого контура, термическим сопротивлением теплопроводности стенки трубчатого контура и термическим сопротивлением теплоотдачи наружной стенки трубчатого контура.

Использование трубчатого контура с циркулирующим в нем нагретым теплоносителем непосредственно в скважине позволяет эффективно предотвращать и удалять асфальтосмолопарафиновые и/или  газогидратные отложения независимо от дебита скважины, состава флюида, концентрации отложений, при этом способ не зависит от наличия газового фактора и обладает высокой пожаро-взрывобезопасностью. Заявленное техническое решение позволяет повысить эффективность теплоотдачи от нагревателя, поскольку теплоотдача осуществляется при непосредственном контакте трубчатого контура с добываемым флюидом. Использование для нагрева теплоносителя внешнего теплообменника, куда теплоноситель подается под давлением, позволяет создать систему с относительно низким потреблением энергии, поскольку энергия расходуется на обогрев меньшего объема теплоносителя. Заявленная система занимает меньше полезного пространства в скважине, чем, например, греющие кабели. При этом температура теплоносителя минус 60°С является нижней границей диапазона рабочих температур при эксплуатации оборудования в соответствии с ГОСТ 15150-69, а температура теплоносителя более +200°С является избыточной для выполнения поставленной задачи и приводит к более быстрому износу оборудования.

Наличие насоса с приводом и частотным регулятором позволяет создать необходимое давление для прокачки теплоносителя по трубчатому контуру большой длины, опускаемому в скважину на расчетную глубину, преимущественно, ниже начала  асфальтосмолопарафиновых отложений, наличие внешнего теплообменника, через который проходит замкнутый трубчатый контур, позволяет осуществлять нагрев теплоносителя вне источника теплоносителя, что снижает энергозатраты при прокачке больших объемов теплоносителя, наличие запорно-клапанных механизмов позволяет осуществлять регулировку давления и перекрытие потока теплоносителя. Пример распределения температур при осуществлении способа борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями в нефтегазовых скважинах показан на графике (фиг. 2).

Сущность заявленной группы изобретений поясняется схемой:

На фиг. 1 показана схема выполнения системы для борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными  отложениями в нефтегазовых скважинах.

На фиг. 2 показан график, иллюстрирующий пример распределения температур при осуществлении способа борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями в нефтегазовых скважинах.

Система содержит трубчатый контур 1, замкнутый на источник теплоносителя 2, насос с приводом и частотным регулятором 3, теплообменник 4, датчики давления и температуры 5.

Трубчатый контур состоит из гибких труб, или жестких труб, или их комбинации, при этом трубчатый контур может наращиваться путем присоединения дополнительных труб в зависимости от глубины скважины. Пункт нагрева теплоносителя размещается в отдельном компактном модуле и состоит из узлов нагрева воды, насоса, подающего воду в скважину, трубопроводов, запорно-клапанных механизмов и пульта оператора, управляющего работой устройств пункта. На выходе из скважины установлен датчик температуры флюида. Пульт оператора (шкаф управления) позволяет контролировать параметры системы (температуру, давление, расход воды), а также оповещать об аварийных ситуациях. Пульт оператора работает как в ручном, так и в автоматическом режимах, а также блокирует работу системы при аварийных ситуациях. При работе в автоматическом режиме присутствие человека в модуле не требуется. Управление нагревом производится тиристорным регулятором напряжения, управление насосом - приводом с частотным регулированием, позволяющим осуществлять плавный пуск, изменение производительности и аварийную остановку. Источником теплоносителя служит бак или иная емкость. Теплообменник обеспечивает нагрев жидкого теплоносителя до заданной температуры или превращение жидкого теплоносителя в пар. В качестве теплоносителя может использоваться вода, антифриз или иные жидкости. Система применяется следующим образом: замкнутый трубчатый контур спускают в скважину на расчетную глубину, преимущественно, ниже начала асфальтосмолопарафиновых отложений, при этом предварительно нагретый теплоноситель циркулирует в замкнутом трубчатом контуре при работающей скважине до достижения температуры добываемого флюида по длине скважины, максимально приближенной к изотермическому течению не ниже температуры плавления асфальтосмолопарафиновых отложений. Система представляет собой мобильный комплекс и может быть установлена, например, на базе автомобиля повышенной проходимости.

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована при добыче нефти или газа для терморегулирования добываемого флюида с целью борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями в скважинах. При осуществлении способа полый трубчатый контур, замкнутый на источник теплоносителя, спускают непосредственно в скважину на расчетную глубину, преимущественно ниже начала асфальтосмолопарафиновых и/или газогидратных отложений. Теплоноситель из емкости посредством насоса под давлением от 0,1 МПа до 8 МПа подают в теплообменник, обеспечивающий изменение температуры энергоносителя до заданной температуры от -60°С до +200°С. Циркуляцию нагретого теплоносителя поддерживают в трубчатом контуре под давлением при работающей скважине до достижения температуры добываемого флюида по длине скважины, максимально приближенной к изотермическому течению, не ниже температуры плавления асфальтосмолопарафиновых и/или газогидратных отложений. Полый трубчатый контур на участке выхода теплоносителя из источника содержит насос с приводом и частотным регулятором, а также теплообменник, обеспечивающий нагрев теплоносителя до заданной температуры. Повышается эффективность теплопередачи, снижаются энергозатраты. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями в нефтегазовых скважинах, включающий использование полого трубчатого контура, замкнутого на источник теплоносителя, отличающийся тем, что полый трубчатый контур, замкнутый на источник теплоносителя, спускают непосредственно в скважину на расчетную глубину, преимущественно ниже начала асфальтосмолопарафиновых и/или газогидратных отложений, теплоноситель из емкости посредством насоса под давлением от 0,1 МПа до 8 МПа подают в теплообменник, обеспечивающий изменение температуры теплоносителя до заданной температуры от -60°С до +200°С, при этом циркуляцию нагретого теплоносителя поддерживают в трубчатом контуре под давлением при работающей скважине до достижения температуры добываемого флюида по длине скважины, максимально приближенной к изотермическому течению, не ниже температуры плавления асфальтосмолопарафиновых и/или газогидратных отложений.

2. Система для борьбы с асфальтосмолопарафиновыми и/или газогидратными отложениями в нефтегазовых скважинах, содержащая полый трубчатый контур, замкнутый на источник теплоносителя, отличающаяся тем, что полый трубчатый контур на участке выхода теплоносителя из источника теплоносителя содержит насос с приводом и частотным регулятором, а также теплообменник, обеспечивающий нагрев теплоносителя до заданной температуры, замкнутый трубчатый контур оборудован запорно-клапанными механизмами.