Способ эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК E21B37/06 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для предотвращения образования и удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО) в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) скважин, оборудованных установкой электроцентробежного насоса (УЭЦН).

Оптимизация отбора жидкости и, как следствие, снижение забойного давления обострили проблему образования АСПО в колонне НКТ УЭЦН, что приводит к снижению межремонтного периода работы скважины, росту затрат на подземный ремонт. Проведение обратных промывок растворителями или водными растворами ПАВ часто оказывается малоэффективным из-за недостаточной циркуляции через электроцентробежный насос (особенно для малого типоразмера – ЭЦН-80 и менее), частичного поглощения промывочной жидкости пластом.

Известен способ предупреждения отложения асфальто-смолистых и парафиновых компонентов нефти в насосно-компрессорных трубах в скважине и устройство для его осуществления (патент RU № 2661951, опубл. 23.07.2018), заключающийся в перемещении кристаллов парафина, выделившегося из газожидкостной смеси, в центр потока с последующей каогуляцией и омыванием стенки насосно-компрессорной трубы для выноса на поверхность, при этом газожидкостный поток продукции скважины, движущийся в полости насосно-компрессорных труб, начиная с глубины начала кристаллизации парафина до устья скважины, ускоряют до режима квадратичного течения, путем перехода на транспортировку по насосно-компрессорным трубам малого диаметра, формируя в их полости турбулентный режим движения, который за счет завихрения потока непрерывно обновляет пристенную нефтяную пленку, вымывая кристаллы парафина с внутренней поверхности трубы, а в открытый конец насосно-компрессорных труб малого диаметра, через кольцевое пространство дозированно нагнетают удалитель асфальто-смолистых и парафиновых отложений.

Недостатками способа являются:

- формирование застойной зоны в кольцевом пространстве между основной и внутренней колонной труб, в которой происходит образование пробки АСПО, осложняющей процесс циркуляции удалителя АСПО;

- наружная поверхность дополнительной колонны НКТ сама является местом отложения АСПО;

- в случае образования АСПО внутри дополнительной колонны очень высок риск формирования пробки АСПО при закачке удалителя по кольцевому пространству, что приведет к осложнениям при извлечении оборудования в процессе проведения подземного ремонта скважины;

- дополнительная внутренняя труба осложняет процесс сбития сбивного (сливного) клапана, что также повлечет за собой осложнения при подъеме оборудования.

Наиболее близким по технической сущности является способ борьбы с асфальтеносмолопарафиновыми отложениями в нефтепромысловом оборудовании, включающий спуск в скважину на колонне основных насосно-компрессорных труб установки электроцентробежного насоса, содержащей электродвигатель с гидрозащитой, центробежный насос, кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сливной клапаны, размещение внутри основной лифтовой трубы дополнительной лифтовой трубы, подъем продукции по межтрубному пространству между основной и дополнительной колоннами труб, нагнетание удалителя асфальтеносмолопарафиновых отложений по дополнительной колонне труб (патент RU № 2779242, опубл. 05.09.2022). Размещение внутри основной лифтовой трубы дополнительной лифтовой трубы обеспечивает увеличение скорости выноса кристаллов парафина, выделившегося из газожидкостной смеси, за счет формирования в полости лифтовых труб турбулентного режима движения, который за счет завихрения потока непрерывно обновляет пристенную нефтяную пленку, максимально вымывая кристаллы парафина с поверхности труб. В качестве удалителя АСПО используют пар.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для осуществления способа эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, содержащей основную колонну насосно-компрессорных труб, центробежный насос, электродвигатель с гидрозащитой, кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сливной клапаны, и дополнительную колонну насосно-компрессорных труб, размещенную внутри основной колонны насосно-компрессорных труб (патент RU № 2779242, опубл. 05.09.2022).

Недостатком известного способа и устройства является низкая эффективность по следующим причинам:

- формирование дополнительных зон АСПО в застойных зонах за муфтами, внутри и на поверхности дополнительной колонны труб;

- формирование дополнительных застойных зон из-за неравномерного размещения дополнительной трубы малого диаметра внутри основной колонны труб из-за кривизны ствола скважины вплоть до прижатия;

- закачка пара в скважину недостаточно обеспечивает равномерную тепловую обработку на большую глубину, прогреваться будет только верхняя зона скважины;

- пар способствует стеканию расплавленных АСПО по пространству между лифтовыми трубами, провоцируя создание пробок из АСПО, что повлечет за собой осложнения при подъеме оборудования в процессе ремонта скважины;

- дополнительная внутренняя труба осложняет процесс сбития сбивного (сливного) клапана, который обычно располагается над обратным клапаном в компоновках УЭЦН и обеспечивает подъем НКТ без жидкости, что также повлечет за собой осложнения при подъеме оборудования.

Техническим результатом предложения является повышение эффективности эксплуатации скважин, оборудованных УЭЦН в условиях, осложнённых образованием АСПО, за счет снижения образования АСПО и повышения эффективности удаления АСПО как в процессе эксплуатации, так и при проведении промывки удалителем АСПО, расширение технических возможностей, а также расширение арсенала технологических средств эксплуатации скважин.

Технический результат достигается способом эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, включающим спуск в скважину на колонне основных насосно-компрессорных труб установки электроцентробежного насоса, содержащей электродвигатель с гидрозащитой, электроцентробежный насос, кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сбивной клапаны, размещение внутри основной колонны насосно-компрессорных труб дополнительной колонны насосно-компрессорных труб, подъем продукции по межтрубному пространству между основной и дополнительной колоннами труб, нагнетание удалителя асфальтеносмолопарафиновых отложений по дополнительной колонне труб.

Новым является то, что перед спуском дополнительную внутреннюю колонну насосно-компрессорных труб соединяют через полый устьевой шток, имеющий отвод в верхней части, с приводом, обеспечивающим дополнительной колонне возвратно-поступательное движение, а на внутреннюю колонну труб наплавляют полиамидные скребки-центраторы, в нижней части внутренней колонны труб устанавливают промывочный клапан, состоящий из корпуса с боковыми отверстиями перекрытыми гильзой с пружиной внутри, ограниченной сверху шайбой, а снизу - заглушкой, при этом заглушку выполняют в нижней части с муфтой, обеспечивающей соединение со стержнем.

Технический результат достигается устройством для осуществления способа эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, содержащей основную колонну насосно-компрессорных труб, электроцентробежный насос, электродвигатель с гидрозащитой, кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сбивной клапаны, и дополнительную колонну насосно-компрессорных труб, размещенную внутри основной колонны насосно-компрессорных труб.

Новым является то, что дополнительная внутренняя колонна насосно-компрессорных труб соединена через полый устьевой шток, имеющий отвод в верхней части, с приводом, на внутренние трубы наплавлены полиамидные скребки-центраторы, в нижней части внутренней колонны труб установлен промывочный клапан, состоящий из корпуса с боковыми отверстиями, перекрытыми гильзой с пружиной внутри, ограниченной сверху шайбой, а снизу - заглушкой, при этом заглушка выполнена с муфтой в нижней части.

На фиг. 1 изображена схема работы установки.

На фиг. 2 показан промывочный клапан в процессе отбора жидкости.

На фиг. 3 изображена схема проведения промывки.

На фиг. 4 показан промывочный клапан в процессе закачки удалителя отложений.

На фиг. 5 изображен процесс подготовки перед подъемом оборудования.

На фиг. 6 показан промывочный клапан в процессе сброса груза (лома).

На фигурах показаны позиции: 1 - основная колонна НКТ (фиг. 1, 3, 5), 2 - электродвигатель с гидрозащитой (фиг. 1, 3, 5), 3 – ЭЦН (фиг. 1, 3, 5), 4 - кабельная линия (фиг. 1, 3, 5), 5 - обратный клапан (фиг. 1, 3, 5), 6 - сбивной клапан (фиг. 1, 3, 5), 7 - устьевая арматура (фиг. 1, 5), 8 - кабельный ввод (фиг. 1, 5), 9 - дополнительная внутренняя колонна труб (фиг. 1-6), 10 - полый устьевой шток (фиг. 1, 3, 5), 11 - отвод (фиг. 1, 3, 5), 12 - устьевой сальник (фиг. 1, 5), 13 - привод (станок-качалка) (фиг. 1, 3, 5), 14 - полиамидные скребки-центраторы (фиг. 1, 3, 5), 15 - промывочный клапан (фиг. 1-6), 16 - корпус промывочного клапана (фиг. 2, 4, 6), 17 - отверстия (фиг. 2, 4, 6), 18 - гильза (фиг. 2, 4, 6), 19 - пружина (фиг. 2, 4, 6), 20 - шайба (фиг. 2, 4, 6), 21 - заглушка (фиг. 2, 4, 6), 22 - муфта (фиг. 2, 4, 6), 23 - стержень (фиг. 1-6), 24 - насосный агрегат (фиг. 3), 25 - шланг высокого давления (фиг. 3), 26 - груз (лом) (фиг. 6).

Устройство для осуществления способа эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений содержит основную колонну насосно-компрессорных труб 1, электроцентробежный насос 3, электродвигатель с гидрозащитой 2, кабельную линию 4 для подключения к станции управления и трансформатору (на чертеже не показаны), обратный 5 и сбивной 6 клапаны, и дополнительную 9 колонну насосно-компрессорных труб, размещенную внутри основной колонны насосно-компрессорных труб 1.

Дополнительная внутренняя колонна насосно-компрессорных труб 9 верхним концом соединена муфтой с устьевым штоком 10, имеющим отвод 11 в верхней части, подвешиваемый через канатную подвеску к приводу 13, обеспечивающим возвратно-поступательное движение дополнительной колонны труб 9. На наружную поверхность внутренней колонны труб 9 предварительно в условиях сервисного цеха наплавляют полиамидные скребки-центраторы 14. Количество скребков-центраторов 14 на каждой трубе варьируется в пределах 6-8, наплавляются на равном расстоянии меньшем длине хода привода 13 для обеспечения условия очистки внутренней поверхности основной колонны труб 1 по всей длине.

В нижней части внутренней колонны труб через муфтовое соединение установлен промывочный клапан 15, состоящий из цилиндрического корпуса 16 с четырьмя боковыми отверстиями 17, перекрытыми гильзой 18 в форме перевернутого стакана с цилиндрической металлической пружиной 19 внутри, ограниченной сверху шайбой 20, а снизу – заглушкой 21. При увеличении давления внутри дополнительной колонны более 1 МПа пружина в промывочном клапане сжимается, гильза опускается вниз, боковые отверстия клапана открываются. Шайба фиксируется внутри корпуса с помощью сварки. Заглушка 21 имеет внутреннюю резьбу в верхней части для соединения с корпусом 16 клапана, выполнена с муфтой 22 в нижней части, обеспечивающей соединение со стержнем 23. Муфта 22 вместе с заглушкой 21 являются единой деталью, изготавливаются при вытачивании из единой заготовки. Муфта 22 имеет внутреннюю резьбу в нижней части, через которую соединяется со стержнем 23, который имеет соответственно наружную резьбу в верхней части. Длина стержня 23 составляет, например 2 м, диаметр 19 мм.

Способ эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, включает спуск в скважину на колонне основных насосно-компрессорных труб 1 установки электроцентробежного насоса, содержащей электродвигатель с гидрозащитой 2, электроцентробежный насос 3, кабельную линию 4 для подключения к станции управления и трансформатору (на чертеже не показаны), обратный 5 и сбивной 6 клапаны, размещение внутри основной колонны насосно-компрессорных труб 1 дополнительной колонны насосно-компрессорных труб 9, подъем продукции скважины по межтрубному пространству между основной 1 и дополнительной 9 колоннами труб, нагнетание удалителя асфальтеносмолопарафиновых отложений по дополнительной колонне труб 9.

Спускают в скважину на глубину, обеспечивающую максимальный отбор жидкости при достижении проектного значения забойного давления, на колонне основных насосно-компрессорных труб установку электроцентробежного насоса, содержащую электродвигатель с гидрозащитой, центробежный насос и кабельную линию, подключаемую к станции управления и трансформатору (на фигурах не показаны), обратный и сбивной клапаны, дополнительную колонну труб внутри основной колонны НКТ.

Далее спускают дополнительную колонну труб 9. Предварительно в условиях сервисного цеха на наружную поверхность внутренней колонны труб 9 наплавляют полиамидные скребки-центраторы 14. Количество скребков-центраторов 14 на каждой трубе варьируется в пределах 6-8, наплавляются на равном расстоянии меньшем длине хода привода 13 для обеспечения условия очистки внутренней поверхности основной колонны труб 1 по всей длине. В нижней части внутренней колонны труб 9 через муфтовое соединение устанавливают промывочный клапан 15, состоящий из корпуса 16 с боковыми отверстиями 17 перекрытыми гильзой 18 с пружиной 19 внутри, ограниченной сверху шайбой 20, а снизу – заглушкой 21, при этом заглушку выполняют в нижней части с муфтой 22, обеспечивающей соединение со стержнем 23, которым сбивают сбивной клапан при дополнительной переподгонке устьевого штока вниз.

Длина дополнительной колонны труб 9 подбирается таким образом, чтобы при нижнем положении головки балансира расстояние от сбивного клапана 6 до нижней части стержня 23 составляло 1-2 м, что позволяет исключить риск незапланированного сбития сбивного клапана 6.

Устьевой сальник 12 обеспечивает герметизацию устьевой арматуры 7, имеющей кабельный ввод 8 для кабельной линии 4.

После спуска дополнительную внутреннюю колонну насосно-компрессорных труб 9 соединяют через полый устьевой шток 10, имеющий отвод 11 в верхней части, и канатную подвеску с приводом 13, обеспечивающим дополнительной колонне труб возвратно-поступательное движение.

При эксплуатации УЭЦН скребки-центраторы 14 на дополнительной колонне НКТ 9 обеспечивают удаление АСПО с внутренней поверхности основной колонны труб 1. В случае значительного отложения АСПО на внутренней колонне НКТ, фиксируемого снижением замеров добываемой жидкости и ростом нагрузок по динамограмме, производят подключение насосного агрегата 24 через шланг высокого давления 25 к отводу 11 полого устьевого штока 10 и закачивают удалитель (растворитель) АСПО по внутренней колонне труб 9. При увеличении давления внутри дополнительной колонны более 10 атм пружина 19 в промывочном клапане 15 сжимается, гильза 18 опускается вниз, боковые отверстия 17 клапана открываются, растворитель начинает циркулировать по пространству между внутренней 9 и основной 1 колоннами труб, удаляя АСПО. При прекращении промывки и снижении давления внутри дополнительной колонны труб пружина 19 и гильза 18 переходят в исходное положение, отверстия 17 закрываются.

При необходимости проведения подземного ремонта из-за выхода ГНО из строя привод, (станок-качалка) останавливается, производится дополнительная переподгонка устьевого штока вниз до сбития сбивного клапана, что обеспечивает подъем глубинного оборудования без осложнений.

Предлагаемый способ осуществляют следующей последовательностью действий.

1) Спускают в скважину на глубину, обеспечивающую максимальный отбор жидкости при достижении проектного значения забойного давления, на колонне основных насосно-компрессорных труб установку электроцентробежного насоса, содержащую электродвигатель с гидрозащитой, центробежный насос и кабельную линию, подключаемую к станции управления и трансформатору (на фигурах не показаны), обратный и сбивной клапаны, дополнительную колонну труб внутри основной колонны НКТ.

Дополнительная внутренняя колонна труб 9 подвешена через полый устьевой шток 10, имеющий отвод 11 в верхней части, к приводу (станку-качалке) 13, через который дополнительной колонне передается возвратно-поступательное движение. На внутренних трубах наплавлены полиамидные скребки-центраторы, в нижней части внутренней колонны труб установлен промывочный клапан 15, состоящий из корпуса 16 с боковыми отверстиями 17 перекрытыми гильзой 18 с пружиной 19 внутри, ограниченной сверху шайбой 20, снизу – заглушкой 21, при этом заглушка имеет в нижней части муфту 22 для соединения со стержнем (штангой) 23.

2) Производят запуск УЭЦН, выполняют подъем продукции скважины по межтрубному пространству между основной и внутренней колоннами труб. При эксплуатации УЭЦН скребки-центраторы на дополнительной колонне труб обеспечивают удаление АСПО с внутренней поверхности основной колонны труб.

3) При значительном отложении АСПО на внутренней колонне НКТ, фиксируемого снижением замеров добываемой жидкости и ростом нагрузок по динамограмме, производят подключение насосного агрегата 24 через шланг высокого давления 25 к отводу 11 устьевого штока 10 и закачивают удалитель (растворитель) АСПО по внутренней колонне. При увеличении давления внутри дополнительной колонны более 1 МПа пружина в промывочном клапане сжимается, гильза опускается вниз, боковые отверстия клапана открываются, растворитель начинает циркулировать по пространству между внутренней и основной колонной труб, удаляя АСПО. При прекращении промывки и снижения давления внутри дополнительной колонны труб пружина и гильза переходят в исходное положение, отверстия закрываются.

В качестве растворителя может быть использован, реагент, максимально растворяющий все компоненты АСПО, в частности асфальтены и смолы, например, Эфрил-317Д (ТУ 2458-317-74033742-2008).

4) При необходимости проведения подземного ремонта привод (станок-качалка) останавливают, производят дополнительную переподгонку устьевого штока 10 вниз до сбития сбивного клапана 6, открытия сливного отверстия, что обеспечивает подъем глубинного оборудования без осложнений. Для предотвращения излива жидкости при подъеме из внутренней колонны предварительно производят сбрасывание груза (лома) 26, под весом которого пружина 19 сжимается, гильза 18 опускается вниз и открывает отверстия 17, через которые по мере подъема труб производится слив жидкости, оставшейся после промывки или глушения.

Данный способ предлагается использовать на наиболее сложной категории скважин, оборудованных УЭЦН, на которых применяемые ранее способы борьбы с АСПО оказались недостаточно эффективными, особенно для малого типоразмера – ЭЦН-80 и менее.

Предложение обеспечивает повышение эффективности эксплуатации скважины, оборудованной УЭЦН в условиях, осложнённых образованием АСПО, за счет повышения турбулизации потока жидкости, снижения образования отложений внутри и снаружи дополнительной колонны труб, повышения эффективности удаления АСПО как в процессе эксплуатации, так и при проведении промывки удалителем АСПО, расширения технических возможностей и исключения осложнений при проведении подземного ремонта скважины.

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для предотвращения образования и удаления асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО). Способ включает спуск в скважину на колонне основных насосно-компрессорных труб установки электроцентробежного насоса, содержащей электродвигатель с гидрозащитой, электроцентробежный насос, кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сбивной клапаны, размещение внутри основной колонны насосно-компрессорных труб дополнительной колонны насосно-компрессорных труб, подъем продукции по межтрубному пространству между основной и дополнительной колоннами труб, нагнетание удалителя АСПО по дополнительной колонне труб. Перед спуском дополнительную колонну соединяют через полый устьевой шток с приводом, обеспечивающим ей возвратно-поступательное движение. На внутреннюю колонну труб наплавляют полиамидные скребки-центраторы. В нижней части внутренней колонны труб устанавливают промывочный клапан, состоящий из корпуса с боковыми отверстиями перекрытыми гильзой с пружиной внутри, ограниченной сверху шайбой, а снизу - заглушкой, при этом заглушку выполняют в нижней части с муфтой, обеспечивающей соединение со стержнем. Повышается эффективность эксплуатации скважин, оборудованных электроцентробежным насосом в условиях, осложнённых образованием АСПО, за счет снижения образования АСПО и повышения эффективности удаления АСПО как в процессе эксплуатации, так и при проведении промывки удалителем АСПО, расширяются технические возможности и арсенал технологических средств эксплуатации скважин. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, включающий спуск в скважину на колонне основных насосно-компрессорных труб установки электроцентробежного насоса, содержащей электродвигатель с гидрозащитой, электроцентробежный насос, кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сбивной клапаны, размещение внутри основной колонны насосно-компрессорных труб дополнительной колонны насосно-компрессорных труб, подъем продукции по межтрубному пространству между основной и дополнительной колоннами труб, нагнетание удалителя асфальтеносмолопарафиновых отложений по дополнительной колонне труб, отличающийся тем, что перед спуском дополнительную внутреннюю колонну насосно-компрессорных труб соединяют через полый устьевой шток, имеющий отвод в верхней части, с приводом, обеспечивающим дополнительной колонне возвратно-поступательное движение, а на внутреннюю колонну труб наплавляют полиамидные скребки-центраторы, в нижней части внутренней колонны труб устанавливают промывочный клапан, состоящий из корпуса с боковыми отверстиями перекрытыми гильзой с пружиной внутри, ограниченной сверху шайбой, а снизу - заглушкой, при этом заглушку выполняют в нижней части с муфтой, обеспечивающей соединение со стержнем.

2. Устройство для осуществления способа эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, содержащее основную колонну насосно-компрессорных труб, электроцентробежный насос, электродвигатель с гидрозащитой, кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сбивной клапаны, и дополнительную колонну насосно-компрессорных труб, размещенную внутри основной колонны насосно-компрессорных труб, отличающееся тем, что дополнительная внутренняя колонна насосно-компрессорных труб соединена через полый устьевой шток, имеющий отвод в верхней части, с приводом, на внутренние трубы наплавлены полиамидные скребки-центраторы, в нижней части внутренней колонны труб установлен промывочный клапан, состоящий из корпуса с боковыми отверстиями, перекрытыми гильзой с пружиной внутри, ограниченной сверху шайбой, а снизу - заглушкой, при этом заглушка выполнена с муфтой в нижней части.