Электродный нагревающийся скребок для скважины Российский патент 2024 года по МПК E21B36/04 E21B37/02 B08B9/43 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к эксплуатации нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано для удаления отложений асфальтосмолопарафиновых (АСПО), гидратов, солей кальция и т.д. с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ), в том числе и стеклопластиковых, без извлечения НКТ из скважин, оборудованных электроцентробежными и другими глубинными насосами без привода с поверхности земли. А также может быть использован для очистки вододобывающих и прочих скважин.

Основной метод, который на сегодняшний день применяют для очистки НКТ без их извлечения из скважины и без остановки добычи нефти - это механический с использованием скребка.

Конструктивно оборудование для очистки НКТ состоит из лебедки с барабаном, подключенной к электродвигателю, троса, закрепленного на барабане и проходящего через систему роликов внутрь НКТ, где к его концу крепится скребок с утяжелителем. Например, скребок лепестковый раздвижной СЛР-73  для очистки колонны НКТ от отложений АСПО в процессе добычи нефти электропогружными насосами и фонтанным способом

(https://geotehnika.livejournal.com/tag/%D1%81%D0%BA%D1%80%D0%B5%D0%B1%D0%BE%D0%BA%20%D0%A1%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%B2%D0%B0). Для очистки внутренней поверхности НКТ от АСПО скребок (системы скребков, фрез) последовательно опускают в НКТ и поднимают.

Известны системы скребков, обеспечивающие уменьшение сопротивления резанию, на снижение усилия резанию, повышение качества очистки, улучшение условий для выноса срезанных отложений, применения специальной автоматики для контроля и управления работы скребков и на снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций.

Недостатками известных скребков являются проведение дополнительных работ по выбраковке НКТ, с целью предотвращения застревания, заклинивания скребков в НКТ, применение дополнительных операций для продвижения скребка, низкое качество очистки труб, длительное время выполнения очистки, а, следовательно, недостаточная эффективность очистки внутренней поверхности труб от АСПО, особенно при больших толщинах и твердости отложений.

Известен скважинный электродный нагреватель, содержащий трубчатый металлический корпус, являющийся электродом, выполненный в виде единой герметичной камеры, частично заполненной электролитом, внутри камеры соосно установлен металлический стержень-электрод, нижний конец стержня размещен в электролите и изолирован насадкой из диэлектрического материала и вставлен в центрирующий паз корпуса (патент RU № 2119577, опубл. 27.09.1998). При этом необходимое рабочее давление в камере определяется расчетным соотношением высоты диэлектрической насадки, объема электролита, максимального объема камеры и прочностных характеристик корпуса. Давление паров и температура стабилизируются на рабочей величине независимо от глубины спуска нагревателя. Нагрев автоматически прекращается при аварийном малом теплоотводе. При подаче напряжения на электроды электролит нагревается и закипает. Температура кипения электролита зависит от давления паров раствора в корпусе нагревателя, а давление повышается за счет герметичности корпуса. С ростом температуры электролит закипает, переходит в парообразное состояние. Уровень электролита понижается, давление в камере корпуса увеличивается, площадь соприкосновения второго электрода с электролитом уменьшается. В момент, когда уровень электролита понижается до уровня верхней кромки насадки, электрическая цепь прерывается, нагрев электролита прекращается, давление пара падает. Пар частично конденсируется, в результате чего уровень электролита повышается и вновь достигает рабочей (проводящей) части электрода. Электрическая цепь замыкается, возобновляется нагрев электролита. Цикл повторяется. Давление паров и температура нагревателя стабилизируются на рабочей величине.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, отсутствие возможности регулировки мощности нагрева нагревателя во всем диапазоне (от 0 до 100% мощности) приводит к постоянной максимальной рабочей температуре скважинного нагревателя, что является нежелательным при использовании нагревателя в стеклопластиковых трубах, в которых необходимо ограничение температуры нагревателя для предотвращения деформации очищаемой трубы;

- во-вторых, низкая эффективность удаления АСПО, гидратов, солей кальция и т.д. с внутренней поверхности НКТ из-за узкой области применения, так как отсутствует устройство очистки.

Наиболее близким по технической сущности является устройство очистки колонны лифтовых труб от асфальтосмолопарафиновых отложений, содержащее мобильный подъемник с гидрофицированной лебедкой, скребок, снабженный в верхней и нижней части скребка электронагревательными элементами, электрический бронированный кабель (патент RU № 2495232, опубл. 10.10.2012). Скребок с электронагревательными элементами на кабеле спускается в колонну лифтовых труб под собственным весом при работающем насосе. Перед началом спуска, как правило, скважина оборудуется лубрикатором с сальниковым устройством. При спуске и подъеме скребок срезает тонкий слой АСПО, который поднимается вверх восходящим потоком скважинной продукции благодаря работе насоса. При остановке скребка во время его спуска необходимо на электронагревательные элементы подать по кабелю электрический ток и привести отложения пробки в текучее или жидкое состояние путем нагрева с тем, чтобы скребок смог продолжить движение вниз. При остановке скребка во время его подъема необходимо: на электронагревательные элементы подать по кабелю электрический ток и привести отложения пробки в текучее или жидкое состояние путем нагрева с тем, чтобы скребок смог продолжить движение вверх; для ускоренного прохода скребком пробки дополнительно к электропрогреву АСПО следует снизить давление над скребком путем разрядки устьевого давления в лифтовых трубах до атмосферного направлением скважинной продукции в открытую емкость - запорный вентиль закрывается, а боковой вентиль открывается. Понизить устьевое давление в лифтовых трубах можно и другим способом: перепускной клапан открывается, продукция колонны НКТ направляется в межтрубное пространство скважины, предварительно разряженное до атмосферного давления через вентиль.

Недостатками устройства являются:

- во-первых, отсутствие возможности регулировки мощности нагрева нагревателя во всем диапазоне (от 0 до 100% мощности) приводит к постоянной максимальной рабочей температуре скважинного нагревателя, что является нежелательным при использовании нагревателя в стеклопластиковых трубах, в которых необходимо ограничение температуры нагревателя для предотвращения деформации очищаемой трубы;

- во-вторых, наличие отдельных нагревателей сверху и снизу скребка усложняет устройство, увеличивает общую длину устройства и при использовании лубрикатора может затруднять проведение работ, так как устройство может не уместиться в лубрикаторе;

- в-третьих, сложность подъёма скребка за счет применения многожильного бронированного кабеля, требующего изменения давление под скребком для обеспечения достаточного усилия для подъёма скребка без снижения давления в колонне лифтовых труб выше пробки;

- в-четвертых, узкая область применения, так как отсутствует возможность смены нагреваемого механического скребка, подбираемого под соответствующий внутренний диаметр очищаемой трубы, а также возможно использование только для металлических НКТ;

- в-пятых, ограничение по передаваемой электрической мощности по трёхжильному бронированному кабелю в сравнении с одножильным бронированным кабелем, при условии их одинакового внешнего диаметра.

Техническим результатом является повышение эффективности очистки труб от АСПО за счет расширения области применения, повышения качества и надежности очистки колонны, упрощения процесса очистки колонны.

Технический результат достигается электродным нагревающимся скребком для скважины, содержащим корпус с электродным электронагревательным элементом и резцы, выполненный с возможностью соединения с электрическим бронированным кабелем и источником питания наземной подъемной каротажной станции.

Новым является то, что в качестве электрического бронированного кабеля используют бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель, в качестве источника электрического питания - источник питания мощностью до 10 000 Вт, обеспечивающий контроль и регулирование нагрева электронагревательного элемента, при этом источник питания последовательно соединен с устройством регулирования выходной электрической мощности, подаваемой через бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель на электронагревательный элемент, верхняя часть корпуса электронагревательного элемента снабжена стыковочным узлом, обеспечивающим соединение с бронированным одножильным грузонесущим геофизическим кабелем мобильного подъемника с лебедкой, а его нижняя часть соединена с резцами разъемным соединением.

На фиг. 1 изображена схема размещения устройства на скважине.

На фиг. 2 изображена скважинная часть электродного нагревающегося скребка для скважины.

На фиг. 3 изображена электрическая схема включения изделия (ЭН- скважинный модуль).

Электродный нагревающийся скребок для скважины содержит резцы 1, электронагревательный элемент 2, бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель 3, источник питания 4, скважину 5, регулируемый автотрансформатор 6, накладной датчик 7, стыковочный узел 8, колонна лифтовых труб – НКТ 9, подъемная каротажная станция 10.

Электродный нагревающийся скребок для скважины 5 (фиг. 1) содержит корпус с электродным электронагревательным элементом 2 (фиг. 2) и резцы 1 (фиг. 1, 2), выполненный с возможностью соединения с электрическим бронированным кабелем 3 (фиг. 1) и источником питания 4 наземной подъемной каротажной станции 10.

В качестве электрического бронированного кабеля используют бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель 3. В качестве источника электрического питания 4 - источник питания мощностью до 10 000 Вт, обеспечивающий контроль и регулирование нагрева электронагревательного элемента 2. В качестве источника питания, например используют регулируемый автотрансформатор 6 (ЛАТР) (фиг. 1, 3) для переменного напряжения с цифровой индикацией выходного напряжения, который позволяет в ручном режиме регулировать величину подводимого напряжения и, соответственно, мощность нагрева. Источник питания 4 последовательно соединен с устройством регулирования выходной электрической мощности 6, подаваемой через бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель 3 на электронагревательный элемент 2. Верхняя часть корпуса электронагревательного элемента 2 снабжена стыковочным узлом 8 (фиг. 2), обеспечивающим соединение с бронированным одножильным грузонесущим геофизическим кабелем 3 мобильного подъемника с лебедкой (на фиг. 1-2 не показан), а его нижняя часть соединена с резцами 1 разъемным соединением. Дополнительно для обеспечения безопасности применяется разделительный трансформатор (НТ) (фиг. 3). Измерение мощности производится с помощью накладного датчика 7 (I и U) (фиг. 1, 3). Установка требуемой мощности и соответственно температуры нагревателя производится регулировкой коэффициента трансформации у ЛАТР, а контроль реально потребляемой мощности осуществляется помощью накладного датчика (I и U). Оптимальный режим рабочей температуры скребка определяют опытным или расчётным способом для конкретных типов очищаемых труб (металлические, стеклопластиковые, полиэтиленовые и др.) и характеристик отложений.

Электронагревательный элемент 2 выполнен в виде электрохимического нагревателя. Верхняя часть корпуса нагревателя снабжена стыковочным узлом 8 (фиг. 2), например, болтовым механическим соединением, обеспечивающим электрическое соединение с бронированным одножильным грузонесущим геофизическим кабелем 3 (фиг. 1), а нижняя часть корпуса нагревателя 2 соединена с резцами 1 разъемным соединением, например, резьбовым соединением, которое обеспечивает теплопередачу от нижней металлической части корпуса нагревателя к резцу. В качестве электрического кабеля используют бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель 3. Бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель превосходит по передаваемой электрической мощности трёхжильный бронированный кабель, при условии их одинакового внешнего диаметра. Увеличение передаваемой электрической мощности одножильного кабеля достигается суммарно большим сечением токопроводящей жилы.

Для очистки колонны лифтовых труб НКТ 9 (фиг. 1) от АСПО в скважину спускают подвешенный электродный нагревающийся скребок внутри колонн лифтовых труб и его принудительно поднимают. Для спуска и подъема электродного нагревающегося скребка используют бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель и мобильный подъемник с лебедкой. Наземная подъемная каротажная станция 10 включает последовательно соединенные источник питания большой мощности 4, устройство регулирования выходной электрической мощности (0-100%) 6, подаваемой через бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель 3 на электродный нагревающийся скребок, устройство измерения и отображения подключенной электрической мощности на нагревающийся скребок 1, бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель 3. Электродный нагреватель 2 конструктивно совмещён в одном корпусе с резцом 1. У нагревателя максимально нагревается только нижняя металлическая часть корпуса нагревателя 2, к этой части прикручен резец с которым обеспечивается теплопередача, благодаря которой нагревающийся резец становится частью нагревательного элемента, выполняющий сразу две функции. Исключается необходимость проведения дополнительных операций по продвижению резца.

Корпус электродного нагревающегося скребка нагревают электронагревательным элементом с тем, чтобы при остановке резца в пробке из АСПО была возможность нагрева отложений в зоне резца до текучего или жидкого состояния и удаление осадков.

Использование бронированного одножильного геофизического кабеля позволяет уменьшить вероятность аварийного обрыва, так как бронированный кабель обладает большей весовой прочностью и увеличить скорость очистки за счёт регулируемого нагрева корпуса скребка. Бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель дешевле, более доступен для покупки, проще подключение нагревателя к наземной части. Дополнительно бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель позволяет передавать в нагреватель большую мощность по сравнению с многожильными проводами, так как обладает большей суммарной площадью сечения проводника при одинаковых внешних диаметрах. Стандартный одножильный бронированный геофизический кабель позволяет передать до 10 000 Вт мощности и выдерживает нагрузку на разрыв не менее 6 000 кг. При этом в отличии от простого прогрева пробки АСПО, данный нагреватель дополняется резцами скребка для среза АСПО. Резцы могут быть различных модификаций (лезвийные, фрезовые, раскрывающиеся и др.). При этом за счёт контроля и регулировки на поверхности подводимой электрической мощности к нагревателю, осуществляется выбор оптимальной температуры нагрева корпуса электродного нагревающегося скребка для ускорения качественного процесса чистки трубы. Постоянный нагрев достигается уменьшением подводимой электрической мощности к нагревателю. В результате температурного баланса электролит не полностью переходит в газообразное состояние и отключения нагревателя не происходит. При этом конструкция нагревателя разработана таким образом, что позволяет применять сменные стандартные резцы других производителей.

Процесс выполнения работ на скважине следующий:

1. Определяют рабочую мощность нагрева электродного нагревающегося скребка в зависимости от характеристики отложений, типа очищаемых колонн труб, температуры в скважине.

2. Соединяют бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель со стандартной кабельной головкой к стыковочному узлу нагревателя с резцом. В роли утяжелителя выступает вес бронированного кабеля.

3. Подключают всё оборудование согласно электрической схеме.

4. Опускают нагреватель в скважину.

5. Устанавливают выбранную мощность нагрева на ЛАТР и контролируют её на индикаторе потребляемой мощности.

6. Проводят спуск и подъём нагревателя с целью очистки внутренней поверхности труб от различных отложений.

Диаметр корпуса нагревателя постоянный (минимальный), а диаметр резцов скребка рассчитан таким образом, чтобы в НКТ между резцами и внутренней стенкой трубы оставался зазор, необходимый для предотвращения заклинивания во время очистки. Скребок имеет несколько видов резцов отличного диаметра, что позволяет лучше очищать АСПО в колонне.

Электродный нагревающийся скребок для скважины позволяет повысить эффективность очистки труб от АСПО за счет возможности регулировки мощности нагрева нагревателя и резца во всем диапазоне (от 0 до 100% мощности) обеспечивается использование нагревателя также в стеклопластиковых трубах без деформации очищаемой трубы, уменьшается время необходимое для проведения очисти внутренней поверхности трубы; повышения качества и надежности очистки колонны при упрощении конструкции устройства.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к эксплуатации нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано для удаления отложений асфальтосмолопарафиновых (АСПО), гидратов, солей кальция и т.д. с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб (НКТ), в том числе и стеклопластиковых. Электродный нагревающийся скребок для скважины содержит корпус с электродным электронагревательным элементом и резцы. Корпус выполнен с возможностью соединения с электрическим бронированным кабелем и источником питания наземной подъемной каротажной станции. Причем в качестве электрического бронированного кабеля используют бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель. В качестве источника электрического питания - источник питания мощностью до 10000 Вт, обеспечивающий контроль и регулирование нагрева электронагревательного элемента. При этом источник питания последовательно соединен с устройством регулирования выходной электрической мощности, подаваемой через бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель на электронагревательный элемент. Верхняя часть корпуса электронагревательного элемента снабжена стыковочным узлом, обеспечивающим соединение с бронированным одножильным грузонесущим геофизическим кабелем мобильного подъемника с лебедкой, а его нижняя часть соединена с резцами разъемным соединением. Техническим результатом является повышение эффективности очистки труб от АСПО. 3 ил.

Электродный нагревающийся скребок для скважины, содержащий корпус с электродным электронагревательным элементом и резцы, выполненный с возможностью соединения с электрическим бронированным кабелем и источником питания наземной подъемной каротажной станции, причем в качестве электрического бронированного кабеля используют бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель, в качестве источника электрического питания - источник питания мощностью до 10000 Вт, обеспечивающий контроль и регулирование нагрева электронагревательного элемента, при этом источник питания последовательно соединен с устройством регулирования выходной электрической мощности, подаваемой через бронированный одножильный грузонесущий геофизический кабель на электронагревательный элемент, верхняя часть корпуса электронагревательного элемента снабжена стыковочным узлом, обеспечивающим соединение с бронированным одножильным грузонесущим геофизическим кабелем мобильного подъемника с лебедкой, а его нижняя часть соединена с резцами разъемным соединением.