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 

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

В связи с проводимыми мероприятиями по оптимизации отбора жидкости и снижению забойного давления обострилась проблема 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: от ЭЦН-30 до ЭЦН-80), 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;

- 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;

- неравномерное размещение дополнительной трубы малого диаметра внутри основной колонны вплоть до прижатия труб из-за кривизны ствола скважины, который характерен в той или иной степени для большинства скважин, что приводит к формированию дополнительных застойных зон;

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

Наиболее близким к предлагаемому способу 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 к предлагаемому устройству 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:

- дополнительная колонна труб дополнительно является источником формирования зон АСПО (в застойных зонах за муфтами, внутри дополнительной колонны);

- неравномерное размещение дополнительной трубы малого диаметра внутри основной колонны труб из-за кривизны ствола скважины вплоть до прижатия, что приводит к формированию дополнительных застойных зон;

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

- пар будет способствовать 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 скважины, оборудованной УЭЦН в условиях, осложнённых образованием АСПО, за счет повышения турбулизации потока жидкости, исключения образования отложений внутри дополнительной колонны труб, повышения эффективности удаления АСПО и исключения осложнений при проведении подземного ремонта скважины.

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, центробежный насос и кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сливной 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 предварительно на наружную поверхность дополнительной колонны труб наплавляют полиамидные центраторы в форме конусов с вершиной, обращенной вверх, диаметром основания на 2 мм меньше внутреннего диаметра основной колонны насосно-компрессорных труб и с прорезями, выполненными на боковой поверхности конуса, обеспечивающими прохождение жидкости, при этом полиамидные центраторы размещают на расстоянии 2 м друг от друга, а в нижней части дополнительной колонны труб через муфтовое соединение устанавливают промывочный клапан с подпружиненной дисковой заглушкой, внутри корпуса клапана жестко устанавливают ловитель груза, в качестве удалителя используют растворитель асфальтеносмолопарафиновых отложений.

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, 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.

Новым является то, что на наружной поверхности дополнительной колонны труб установлены наплавлением полиамидные центраторы в форме конусов с вершиной, обращенной вверх, диаметром основания на 2 мм меньше внутреннего диаметра основной колонны насосно-компрессорных труб и с прорезями, выполненными на боковой поверхности конуса, обеспечивающими прохождение жидкости, при этом полиамидные центраторы размещены на расстоянии 2 м друг от друга, в нижней части дополнительной колонны труб через муфтовое соединение установлен промывочный клапан с подпружиненной дисковой заглушкой и ловителем груза, жестко установленным внутри корпуса клапана, а в качестве сливного клапана установлен мембранный клапан.

На фиг. 1 изображена схема работы установки.

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

На фиг. 3 изображен процесс 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 фиг. 7 показан центратор, размещенный на дополнительной колонне труб.

На фиг. 8 показан вид А-А центратора.

1 - основная колонна НКТ, 2 - электродвигатель с гидрозащитой, 3 - ЭЦН, 4 - кабельная линия, 5 - обратный клапан, 6 - сливной мембранный клапан, 7 - устьевая арматура, 8 - кабельный ввод, 9 - дополнительная внутренняя колонна труб, 10 - вентиль на внутренней колонне труб, 11 - полиамидные центраторы, 12 - промывочный клапан, 13 - дисковая заглушка, 14 - шарнирное соединение, 15 - пружина, 16 - ловитель, 17 - груз, 18 - выступ на грузе, 19 - насосный агрегат.

Устройство для осуществления способа эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, содержит основную колонну насосно-компрессорных труб 1 (фиг. 1, 3, 5), центробежный насос 3, электродвигатель 2 с гидрозащитой, кабельную линию 4 для подключения к станции управления и трансформатору, обратный 5 и сливной 6 клапаны, и дополнительную колонну насосно-компрессорных труб 9 (фиг. 1, 3, 5, 7), размещенную внутри основной колонны насосно-компрессорных труб 1. Кабельную линию 4 выводят к станции управления и трансформатору через кабельный ввод 8 (фиг. 1, 3, 5), установленный на устьевой арматуре 7.

Дополнительная колонна труб 9 может состоять из отдельных труб (отрезков) НКТ малого диаметра, соединяемых между собой резьбой. На наружной поверхности дополнительной колонны труб 9 устанавливают наплавлением полиамидные центраторы 11 (фиг. 1, 3, 5, 7) в форме конусов с вершиной, обращенной вверх, обеспечивающие соосность размещения дополнительной колонны труб и дополнительную турбулизацию потока продукции скважины. Диаметр основания конуса на 2 мм меньше внутреннего диаметра основной колонны насосно-компрессорных труб 1. На боковой поверхности конуса центратора 11 выполнены вертикальные прорези шириной 5 мм, обеспечивающие прохождение жидкости. Проходные размеры рассчитывают в зависимости от производительности ЭЦН, ширина прорезей 5 мм рекомендуется для установок с типоразмерами до ЭЦН-80. Для установок большей производительности, начиная с ЭЦН-100, для исключения создания избыточного противодавления ширину прорезей рекомендуется увеличить, но не более 10 мм. Полиамидные центраторы 11 размещают на каждой НКТ дополнительной колонны труб 9 в количестве не менее 6 штук на расстоянии 2 м друг от друга.

В нижней части дополнительной колонны труб 9 через муфтовое соединение установлен промывочный клапан 12 (фиг. 1-6) в форме полого цилиндрического патрубка с дисковой заглушкой 13 (фиг. 2, 4, 6), шарнирно 14 соединенной с корпусом промывочного клапана. Дисковая заглушка 13 пружиной 15 жестко соединена с внутренней поверхностью корпуса промывочного клапана 12, исключая попадание добываемой продукции внутрь дополнительной колонны труб 9. Пружина 15 промывочного клапана подобрана таким образом, чтобы дисковая заглушка 13 открывалась при создании избыточного давления внутри дополнительной колонны труб 0,2 МПа, что позволяет произвести промывку растворителем АСПО.

Внутри корпуса клапана 12 выполнен ловитель 16 (фиг. 2, 4, 6) груза 17 (лома) (фиг. 6), представляющий собой металлическое кольцо с внутренними фасками и высотой 5 см, устанавливаемое внутри корпуса клапана с помощью сварки.

В качестве сливного клапана 6 используют мембранный клапан, при создании давления внутри основной колонны труб 1 более 5 МПа происходит разрыв мембраны, что позволяет произвести глушение скважины и подъем основной колонны труб 1 с ЭЦН без жидкости.

Для исключения подъема дополнительной колонны труб 9 с жидкостью при проведении ремонта перед подъемом глубинно-насосного оборудования (ГНО) внутрь дополнительной колонны труб сбрасывают груз 17 в виде лома с четырьмя выступами 18 (фиг. 6), жестко приваренными на боковой поверхности груза, благодаря чему лом залавливается в ловителе 16 и одновременно открывает заглушку 13 промывочного клапана 12, обеспечивая слив жидкости при подъеме дополнительной колонны труб 9.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.

1) Спускают в скважину на глубину, обеспечивающую максимальный отбор продукции 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 сливной клапаны, дополнительную колонну труб внутри основной колонны НКТ.

Дополнительная внутренняя колонна труб подвешена через устьевую арматуру 7 и имеет в верхней части вентиль 10 (фиг. 1, 3, 5) для подключения насосного агрегата 19 (фиг. 3) при проведении промывки растворителем АСПО.

Длину дополнительной колонны труб подбирают таким образом, чтобы промывочный клапан располагался на глубине на 5 метров выше расположения сливного клапана, что обеспечивает исключение застойной зоны и ударных нагрузок на мембрану сливного клапана при промывке растворителем АСПО.

На наружной поверхности дополнительной колонны труб предварительно наплавлены полиамидные центраторы в форме конусов с вершиной, обращенной вверх, диаметром основания на 2 мм меньше внутреннего диаметра основной колонны НКТ и боковыми прорезями для прохождения жидкости. Полиамидные центраторы размещают равноудаленно друг от друга на расстоянии 2 м. Такая форма и размещение позволяют обеспечить максимальную турбулизацию потока жидкости и в то же время исключить осложнения при подъеме дополнительной колонны труб даже при наличии отложений внутри основной колонны труб. В нижней части дополнительной колонны труб через муфтовое соединение устанавливают промывочный клапан с подпружиненной дисковой заглушкой, внутри корпуса клапана жестко устанавливают ловитель груза.

2) Производят запуск УЭЦН. При запуске УЭЦН в работу добываемая жидкость поднимается по пространству между внутренней поверхностью основной колонны труб и наружной поверхностью дополнительной колонной труб, при прохождении через боковые прорези центраторов из-за уменьшения проходного сечения и перепада давления происходит дополнительная турбулизация потока жидкости, что позволяет обеспечить смывание частиц АСПО с внутренней поверхности основной колонны труб и наружной поверхности дополнительной колонной труб, исключение их накопления на поверхности труб.

3) При накоплении отложения АСПО на внутренней поверхности основной колонны труб и наружной поверхности дополнительной колонной труб, косвенно определяемое снижением замеряемого дебита жидкости, производят подключение насосного агрегата к дополнительной колонне труб через вентиль и проведение закачки растворителя АСПО с последующим подъемом по пространству между основной и дополнительной колоннами труб и растворением АСПО. Пружина промывочного клапана подобрана таким образом, чтобы дисковая заглушка открывалась при создании избыточного давления внутри дополнительной колонны труб 0,2 МПа, что позволяет произвести промывку растворителем АСПО.

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 для исключения подъема дополнительной колонны труб с жидкостью при проведении ремонта перед подъемом внутрь дополнительной колонны труб сбрасывают груз в виде лома с четырьмя металлическими выступами, закрепленными на боковой поверхности с помощью сварки, расположенными на расстоянии, например 0,5 метра от нижней части груза, обеспечивающем при залавливании лома одновременное открытие заглушки промывочного клапана для слива жидкости при подъеме дополнительной колонны труб.

В качестве сливного клапана используют мембранный клапан, при создании давления внутри основной колонны труб более 5 МПа происходит разрыв мембраны, что позволяет произвести глушение скважины и подъем основной колонны труб с ЭЦН без жидкости.

Предлагаемый способ и устройство при использовании на наиболее сложной категории скважин, оборудованных УЭЦН, на которых применяемые ранее способы борьбы с АСПО оказались недостаточно эффективными, особенно для малого типоразмера: от ЭЦН-30 до ЭЦН-80, обеспечивает увеличение межремонтного периода работы скважин.

Предложения обеспечивают повышение эффективности эксплуатации скважины, оборудованной УЭЦН в условиях, осложнённых образованием АСПО, за счет повышения турбулизации потока жидкости, исключения образования отложений внутри дополнительной колонны труб, повышения эффективности удаления АСПО и исключения осложнений при проведении подземного ремонта скважины.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - повышение эффективности эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса в условиях, осложнённых образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений АСПО, за счет повышения турбулизации потока жидкости, исключения образования АСПО внутри дополнительной колонны насосно-компрессорных труб НКТ, повышения эффективности удаления АСПО и исключения осложнений при проведении подземного ремонта скважины. Способ эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса 3, в условиях, осложненных образованием АСПО, включает спуск в скважину на колонне основных НКТ 1 установки электроцентробежного насоса 3, содержащей электродвигатель с гидрозащитой 2, электроцентробежный насос 3 и кабельную линию 4 для подключения к станции управления и трансформатору, обратный 5 и сливной мембранный 6 клапаны, размещение внутри основной колонны НКТ 1 дополнительной колонны НКТ 9, подъем продукции по межтрубному пространству между основной 1 и дополнительной 9 колоннами НКТ, нагнетание растворителя АСПО по дополнительной колонне НКТ 9. При этом предварительно на наружную поверхность дополнительной колонны НКТ 9 наплавляют полиамидные центраторы 11 в форме конусов с вершиной, обращенной вверх, диаметром основания на 2 мм меньше внутреннего диаметра основной колонны НКТ 1 и с прорезями, выполненными на боковой поверхности конуса, обеспечивающими прохождение жидкости. Полиамидные центраторы 11 размещают на расстоянии 2 м друг от друга. В нижней части дополнительной колонны НКТ 9 через муфтовое соединение устанавливают промывочный клапан 12 с подпружиненной дисковой заглушкой, внутри корпуса промывочного клапана 12 жестко устанавливают ловитель груза. 2 н.п. ф-лы, 8 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, центробежный насос и кабельную линию для подключения к станции управления и трансформатору, обратный и сливной 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 предварительно на наружную поверхность дополнительной колонны труб наплавляют полиамидные центраторы в форме конусов с вершиной, обращенной вверх, диаметром основания на 2 мм меньше внутреннего диаметра основной колонны насосно-компрессорных труб и с прорезями, выполненными на боковой поверхности конуса, обеспечивающими прохождение жидкости, при этом полиамидные центраторы размещают на расстоянии 2 м друг от друга, а в нижней части дополнительной колонны труб через муфтовое соединение устанавливают промывочный клапан с подпружиненной дисковой заглушкой, внутри корпуса клапана жестко устанавливают ловитель груза, в качестве удалителя используют растворитель асфальтеносмолопарафиновых отложений.

2. Устройство для осуществления способа эксплуатации скважины, оборудованной установкой электроцентробежного насоса, в условиях, осложненных образованием асфальтеносмолопарафиновых отложений, содержащее 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, отличающееся тем, что на наружной поверхности дополнительной колонны труб установлены наплавлением полиамидные центраторы в форме конусов с вершиной, обращенной вверх, диаметром основания на 2 мм меньше внутреннего диаметра основной колонны насосно-компрессорных труб и с прорезями, выполненными на боковой поверхности конуса, обеспечивающими прохождение жидкости, при этом полиамидные центраторы размещены на расстоянии 2 м друг от друга, в нижней части дополнительной колонны труб через муфтовое соединение установлен промывочный клапан с подпружиненной дисковой заглушкой и ловителем груза, жестко установленным внутри корпуса клапана, а в качестве сливного клапана установлен мембранный клапан.