СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИЖНЕГО ОБРЫВА/ОТВОРОТА ШТАНГ НА СКВАЖИНАХ, ОБОРУДОВАННЫХ УШГН Российский патент 2021 года по МПК E21B47/09 

Предложенная группа изобретений относится к области передачи забойной информации из скважины на поверхность по электромагнитному каналу связи и может быть использована для мониторинга процесса эксплуатации скважины, а именно: для контроля нарушений целостности колонны штанг в процессе эксплуатации. Техническим результатом является повышение надежности определения обрыва или отворота штанг по электромагнитному каналу.

Обрыв-отворот штанг (ООШ) на сегодняшний день является одной из основных проблем эксплуатации штанговых насосов. Известен способ обнаружения нижнего ООШ по динамометрированию [1], но сделать это во многих случаях проблематично, так как качественные и количественные характеристики динамограммы практически не отличаются от динамограммы при неработающих клапанных узлах ШГН. В связи с этим возникают лишние затраты, связанные с «реанимацией» скважинного оборудования (промывки водой, горячей нефтью, растворителем), предпринимаемой для восстановления работоспособности клапанных узлов из-за ошибочного определения неисправности клапанов.

Известен способ передачи забойной информации возбуждением электрического тока в металлической колонне в скважине при помощи наземного генератора, подключенного одним контактом к наземной части металлической колонны, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности скважины. При этом осуществляют коммутацию диэлектрической вставки, разделяющей металлическую колонну в скважине на верхнюю и нижнюю части. Причем в качестве приемного электрода используют другую колонну металлических труб, спущенных в эту скважину. Таким образом, образуют электрическую цепь из металлической колонны в скважине и приемного электрода, по которой передают стабилизированный по величине постоянный ток от наземного генератора. При этом получение информации с забоя скважины осуществляют в зависимости от модуляции величины напряжения, вызванного коммутацией диэлектрической вставки. В качестве наземного генератора используют источник стабилизированного постоянного тока, а в качестве приемного электрода может быть использована металлическая колонна насосно-компрессорных труб (Патент РФ №2494250, Бюл. 27, 27.09.2013 г.)

Для обнаружения нижнего ООШ предлагается следующее: для диагностирования нижнего ООШ на поверхности с помощью источника стабилизированного тока, подключенного одним контактом (зажимом) к наземной части металлической колонны штанг, а другим контактом (зажимом) - к приемному электроду на устье, в качестве которого используется колонна насосно-компрессорных труб (НКТ), в скважину подают постоянный стабилизированный по величине ток Iстаб., который создает разность потенциалов Uразд. на концах омического сопротивления, разделяющий металлическую электрическую цепь и имеющий конечное известное сопротивление Rразд.:

Uразд.= Rразд. *Iразд.

При этом напряжение на устье Uустье (на источнике стабилизированного тока) равно

где Rкол. - сопротивление колонны штанг, насоса и НКТ,

R_{пласт.жидк.} - сопротивление столба пластовой жидкости в кольцевом пространстве между колонной НКТ и колонной штанг:

где ρ_{пласт.жидк.} - удельное сопротивление добываемого флюида (нефть+вода),

D_внутр. и d_внешн. - соответственно, диаметры внутренний НКТ и наружный колонны штанг.

Н - длина колонны штанг от устья до погружного насоса.

Причем, при отсутствии нижнего ООШ сопротивление всей цепи, равно:

так как Rкол. мало: Rкол.<<Rразд., так как колонны НКТ и штанг - металлические и имеют большие сечении (больше 150 мм кв.),

а R_{пласт.жидк.} велико: R_{пласт.жидк.}>> Rразд., так как удельное сопротивление водо-нефтяных смесей близко к проводимости нефти и составляет величину, большую 10 в степени-10 Ом*м.

То есть при возникновении нижнего ООШ электрическое сопротивление цепи «НКТ-насос-разделитель-колонна штанг» будет резко возрастать, так как при этом:

Rкол.→ ∞,

что вызовет синхронное возрастание Uустье для поддержания Iстаб., а значит:

Последнее послужит критерием обнаружения нижнего ООШ.

Случайные замыкания колонны штанг при изгибах (в частности, при ходе вниз), и соответственно, падение сопротивления практически до нуля,

Rкол. → 0,

не влияют на надежность определения нижнего ООШ при данном способе, т.к. блок синхронизации, входящий в устьевой блок, настроен на регистрацию возрастания сопротивления цепи много больше Rразд.

Таким образом, наблюдение за величиной напряжения Uустье (то есть измерение эффективного значения сопротивления цепи) позволяет достоверно определять отсутствие (ф. (3)) или наличие (4) нижнего ООШ.

Заявляется устройство для реализации способа, содержащее наземный генератор постоянного тока, подключенный одним контактом к наземной части металлической колонны, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности скважины, омическое сопротивление, разделяющее металлическую колонну в скважине на верхнюю и нижнюю части. Верхняя часть металлической колонны и НКТ изолированы друг от друга.

На фигуре 1 представлено устройство для реализации способа.

Суть способа. При эксплуатации скважины внутрь металлической НКТ спускают колонну металлических штанг, на которой устанавливают глубинный насос для откачки флюида. В процессе эксплуатации необходимо получать информацию о техническом состоянии колонны штанг. Для этого на поверхности с помощью источника стабилизированного тока, подключенного одним контактом (зажимом) к наземной части металлической колонны, которой может быть колонна металлических штанг, а другим контактом (зажимом) - к приемному электроду на устье, в качестве которого используется другая металлическая труба, например НКТ, в скважину подают постоянный стабилизированный по величине ток I_стаб., который проходя по металлической колонне (колонне металлических штанг), создает разность потенциалов Uразд. на концах омического сопротивления:

Uразд.= Rразд. *Iразд.

где I_разд. - ток, текущий через диэлектрический разделитель:

где I_стаб. - стабилизированный ток наземного генератора,

Для определения нижнего ООШ по электромагнитному каналу измерительный блок измеряет сопротивление цепи постоянного тока, создаваемого источником стабилизированного тока Iстаб. Целостность колонны штанг определяется по изменению указанного сопротивления в пределах (Ом) 0 (колонна штанг замкнута на НКТ) до величины ≈Rразд. (колонна штанг исправна). При обрыве (отвороте) колонны штанг изменение указанного сопротивления лежит в пределах (Ом) 0 (цепь замкнута на НКТ) до величины Rпласт.жидк.>>Rразд. (колонна штанг в обрыве).

Таким образом, полезным сигналом служит изменение напряжения на зажимах источника тока, который поддерживает постоянный по величине (стабилизированный) ток, величина которого определяется условиями передачи - целостностью электрической цепи, в состав которой входит колонна штанг.

Реализация способа может быть осуществлена представленным устройством.

Устройство (фиг. 1) содержит источник стабилизированного тока 1, подключенный одним контактом 2 к наземной части колонны металлических полых штанг (металлической колонны) 3, а другим контактом - к приемному электроду 4 металлической НКТ 5 (другая металлическая колонна), в которой концентрично установлена колонна металлических штанг 3. Между указанными контактами установлен блок регистрации изменения напряжения 6. Металлическая колонна 3 в скважине разделена разделителем известного электрического сопротивления 7 на верхнюю и нижнюю части. Нижняя часть колонны штанг и колонна НКТ электрически замыкаются металлом глубинного насоса 8 для откачки флюида. На устье скважины металлическая колонна 3 и НКТ 5 разделены сальником 9 из диэлектрического материала. Поз. 10 - скребок-центратор из диэлектрика. Пунктирной линии показана создаваемая электрическая цепь.

Наземный генератор 1 вырабатывает постоянный стабилизированный по величине ток, который, проходя по металлической колонне 3, разделенной диэлектрической вставкой 7, создает разность потенциалов на разделителе.

Измерительный блок отслеживает и определяет величину сопротивления цепи «колонна НКТ-насос-разделитель-колонна штанг».

При нарушении целостности колонны штанг величина указанного сопротивления находится в пределах (Ом) 0…Rразд., при обрыве (отвороте) колонны штанг изменение в пределах (Ом) 0 …Rпласт.жидк.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев В.В., Уразаков К.Р., Далимов В.У. Справочник по добыче нефти / Под ред. К.Р. Уразакова. - М.: Недра-Бизнесцентр, 2000. - 374 с.

2. Патент РФ №2494250, Бюл. 27, 27.09.2013 г.

Изобретение относится к области передачи забойной информации из скважины на поверхность по электромагнитному каналу связи и может быть использовано для мониторинга процесса эксплуатации скважины, а именно: для контроля нарушений целостности колонны штанг в процессе эксплуатации. Техническим результатом является повышение надежности определения обрыва или отворота штанг по электромагнитному каналу связи. В частности, предложен способ определения обрыва/отворота штанг при эксплуатации установок скважинных штанговых насосов по электромагнитному каналу связи, включающий возбуждение электрического стабилизированного тока в металлической колонне штанг при помощи наземного генератора, подключенного одним контактом к наземной части колонны штанг, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности насосно-компрессорных труб, разделитель известного электрического сопротивления, разделяющий металлическую колонну штанг в скважине на верхнюю и нижнюю части. При этом наличие отворота/обрыва штанг фиксируется в зависимости от модуляции величины напряжения, необходимого для стабилизации постоянного тока наземного генератора (источника стабилизированного тока) при изменении эффективного значения сопротивления, вызванного нарушением целостности колонны штанг. Раскрыто также устройство для определения обрыва/отворота штанг при эксплуатации установок скважинных штанговых насосов, содержащее наземный генератор, подключенный одним контактом к наземной части металлической колонны штанг, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности насосно-компрессорных труб. При этом устройство содержит блок регистрации напряжения источника стабилизированного тока, выполненный с возможностью определения эффективного сопротивления цепи. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения обрыва/отворота штанг при эксплуатации установок скважинных штанговых насосов по электромагнитному каналу связи, включающий возбуждение электрического стабилизированного тока в металлической колонне штанг при помощи наземного генератора, подключенного одним контактом к наземной части колонны штанг, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности насосно-компрессорных труб, разделитель известного электрического сопротивления, разделяющий металлическую колонну штанг в скважине на верхнюю и нижнюю части, отличающийся тем, что наличие отворота/обрыва штанг фиксируется в зависимости от модуляции величины напряжения, необходимого для стабилизации постоянного тока наземного генератора (источника стабилизированного тока) при изменении эффективного значения сопротивления, вызванного нарушением целостности колонны штанг.

2. Устройство для определения обрыва/отворота штанг при эксплуатации установок скважинных штанговых насосов, содержащее наземный генератор, подключенный одним контактом к наземной части металлической колонны штанг, а другим контактом - к приемному электроду на поверхности насосно-компрессорных труб, отличающееся тем, что содержит блок регистрации напряжения источника стабилизированного тока, выполненный с возможностью определения эффективного сопротивления цепи.