Способ разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе Российский патент 2024 года по МПК F17D1/05 

Изобретение относится к транспорту газовых и нефтегазоконденсатных потоков, в частности к области капитального и текущего ремонта вертикальных трубопроводов и может быть использовано для разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок.

Существует проблема выпадения отложений гидратов, парафинов и льда на стенках скважинных и подводных трубопроводов преимущественно ближе к устью, где давление и температура минимальны и близки к значениям максимальной конденсации. Как правило работа скважины в гидратном режиме происходит в следствии выполнения технологических операций, связанных с ее освоением, исследованием, пуском, а также отработкой на факел. В сложных случаях, при полном перекрытии поперечного сечения трубопровода отложениями в виде глухой пробки, идет накопление избыточного давления, что накладывает ограничения по безопасности производства ремонтных работ. При этом, возможность доставки на объект ремонта сложной высокопроизводительной техники не всегда осуществима. Проведение ремонта зачастую сопряжено с длительными простоями скважины, большими затратами, снижением показателей среднесуточного дебита и рентабельности.

Известен способ разрушения парафиновых, гидратных, гидратопарафиновых и ледяных отложений в эксплуатационных скважинах для поддержания их рабочего режима [Патент РФ № 2655265 С1, Способ разрушения парафиновых, гидратных, гидратопарафиновых и ледяных отложений в эксплуатационных скважинах для поддержания их рабочего режима, 2017 г.], который включает в себя спуск в скважину до верхней границы пробки локального электронагревателя на каротажном многожильном кабеле, металлическая оболочка которого соединена с корпусом электронагревателя. При этом одну из жил кабеля соединяют с фазой трехфазного источника тока, а бронирующую металлическую оболочку соединяют с его нулевым контактом. Далее электронагреватель опускают до момента, пока он не достигнет пробки, затем его включают и выполняют плавление материала пробки, при этом нижняя часть его электрода контактирует со скважинной электропроводящей жидкостью. После плавления пробки каротажный многожильный кабель фиксируют, подключают каждую его жилу к соответствующей фазе трехфазного источника тока. Включают его, переводя кабель по всей его длине в режим нагревательного устройства, и выполняют полный прогрев затрубного и трубного пространства скважины.

Недостатки способа обусловлены сложностью применяемого оборудования, низкой энергоэффективностью и тепловой мощностью, а также большими массогабаритными показателями нагревательного устройства и возможностью разгерметизации устья в местах ввода кабеля. Требуется много времени на выполнение спускоподъемных операций из-за необходимости подъема устройства после освобождения ствола скважины от гидрата. Кроме того, при прорыве газа после удаления пробки возможен подброс кабеля с его разрушением и порчей устьевого оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ расплавления и очистки от асфальтосмолопарафиновых отложений внутри насосно-компрессорных труб нефтяных и газовых скважин, описанный в полезной модели [Полезная модель РФ № 198341 U1, Устройство для термохимической обработки скважин, 2020 г.], согласно которому стравливают остаточное давление, откручивают резьбовую крышку, закрывающую вход в лубрикатор, внутрь которого затем помещают твердое химически активное вещество в виде цилиндров соединенных между собой резьбовым соединением, покрытых полимерным покрытием, длина и количество которых зависят от высоты лубрикатора, после этого резьбовую крышку закрывают, открывают центральную задвижку фонтанной арматуры и цилиндры попадают в вертикальный трубопровод, погружаясь в скважинной жидкости под собственным весом до сужения живого сечения меньше диаметра цилиндров в интервале залегания отложений или гидратопарафиновой пробки, далее через лубрикатор подают ингибированную соляную кислоту с помощью кислотовоза или вручную, при этом, за счет более высокой плотности кислота замещает более легкую скважинную жидкость и опускается в вертикальный трубопровод до интервала нахождения устройств, где после растворения полимерной оболочки покрытия кислота реагирует с химически активным веществом, выделяя при этом большое количество тепла и газа, при этом парафин, находящийся в виде отложений, под действием высокой температуры реакции расплавляется и вместе с водорастворимыми продуктами реакции выталкивается с помощью электрического центробежного насоса или пластового давления на устье, где собирается в приемную емкость для дальнейшей утилизации.

Основной недостаток прототипа связан с тем, что в ходе термохимической реакции выделяемое тепло поднимается вверх и сильно рассеивается на нагрев расположенного выше объема скважинной жидкости, в том числе из-за всплытия твердого химически активного вещества в результате потери собственного объема вследствие его постепенного растворения и действия выталкивающей силы выделяющегося газа. Причина рассеивания выделяемого тепла связана также с тем, что время растворения полимерной оболочки одинаково для всех цилиндров из химически активного вещества, спущенных одновременно. Это приводит к тому, что тепло, выделяемое расположенными выше цилиндрами, уходит вверх минуя рабочую область. Таким образом выделяющееся тепло расходуется нерационально и может быть недостаточным для растворения гидратопарафиновых и ледяных пробок. Кроме того, описываемое в прототипе решение имеет ограниченное применение, преимущественно на месторождениях с карбонатным типом коллекторов, так как применение соляной кислоты на некоторых месторождениях с коллектором терригенного типа запрещено из-за угрозы его разрушения. Применение соляной кислоты высокой концентрации может также приводить к коррозии подземного оборудования.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе.

Задача решается тем, что в способе разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе, согласно которому стравливают остаточное давление, помещают в открытый конец трубопровода твердое химически активное вещество в полимерной оболочке, которое под собственным весом погружается во внутритрубной жидкости в трубопровод до интервала залегания пробки, далее в трубопровод подают агент-активатор, большей плотности чем внутритрубная жидкость, который опускается в трубопровод до интервала нахождения твердого химически активного вещества, где растворяет его полимерную оболочку и вступает с ним в химическую реакцию, при этом выделяется большое количество газа и тепла, расплавляющего пробку, выталкиваемую вверх по трубопроводу давлением пласта-коллектора вместе с продуктами реакции, где все собирается в приемную емкость для дальнейшей утилизации, согласно изобретению, вначале известными методами определяют необходимую область нагрева, соответствующую верхней области пробки, далее, в зависимости от исходных требований к компонентам химической реакции и свойств внутритрубной жидкости подбирают вид, форму и размеры твердого химически активного вещества, рассчитывают время его погружения под собственным весом в трубопроводе до установленной области нагрева, вводят его внутрь герметичной оболочки из водорастворимой полимерной пленки с известным временем растворения, толщину которой подбирают из расчета, чтобы время ее растворения обеспечивало необходимую отсрочку начала химической реакции до достижения области нагрева, затем внутритрубную жидкость замещают другой более инертной и менее плотной жидкостью по отношению к твердому химически активному веществу, которое далее опускают в трубопровод и затем подают безопасный для пласта-коллектора агент-активатор, плотность которого больше плотности инертной жидкости, и меньше плотности твердого химически активного вещества, что способствует оседанию агента-активатора до области нагрева в виде отдельного слоя, после этого соблюдают необходимое время выдержки до завершения активной фазы химической реакции, происходящей в пределах слоя агента-активатора, затем цикл работ, включающий опускание в трубопровод твердого химически активного вещества, подачу, по мере необходимости, порции агента-активатора и последующую выдержку, повторяют до тех пор, пока не произойдет резкое повышение внутритрубного давления, вызванного прорывом пробки.

В способе разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе, согласно изобретению, перед выдержкой до завершения активной фазы химической реакции, один за другим подаются разные твердые химически активные вещества, которые отличаются между собой по плотности и химическим свойствам, и являются катализаторами одно для другого, причем вначале подается вещество меньшей плотности, затем большей плотности.

В способе разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе, согласно изобретению, в качестве полимерной оболочки используют водорастворимую пленку на основе многоатомного спирта, а для замещения внутритрубной жидкости используют бензин или керосин.

В способе разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе, согласно изобретению, в качестве агента-активатора используют растворы на водной основе, либо 4% соляную, либо 0,5% серную, либо 0,5% фтористоводородную кислоту.

В способе разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе, согласно изобретению, после прорыва пробки в трубопровод закачивают ингибитор гидратообразования.

Технический результат разработанного решения связан с расширением технологических возможностей способа разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе путем обеспечения большей локализации выделяемого тепла в области пробки, а также путем расширения ассортимента применяемых компонентов химической реакции с учетом условий объекта производства работ.

Способ реализуют следующим образом.

Для разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе вначале известными методами определяют необходимую область нагрева, соответствующую верхней области пробки. Далее, в зависимости от исходных требований к компонентам химической реакции и свойств внутритрубной жидкости подбирают вид, форму и размеры твердого химически активного вещества. Рассчитывают время его погружения под собственным весом в трубопроводе до установленной области нагрева. Далее это вещество вводят внутрь герметичной оболочки из водорастворимой полимерной пленки с известным временем растворения. Толщину полимерной оболочки подбирают из расчета, чтобы время ее растворения обеспечивало необходимую отсрочку начала химической реакции до достижения области нагрева. Затем стравливают остаточное давление и замещают внутритрубную жидкость другой более инертной и менее плотной жидкостью по отношению к твердому химически активному веществу. Далее это вещество в полимерной оболочке опускают в открытый конец трубопровода, которое под собственным весом падает до уровня пробки. После этого готовят к подаче в трубопровод агент-активатор. Контролируют, чтобы плотность агента-активатора была больше плотности инертной жидкости, и меньше плотности твердого химически активного вещества. Кроме того, обеспечивают чтобы агент-активатор не приводил к ухудшению свойств пласта-коллектора. Определяют количество агента-активатора опытным путем или известными расчетными методами. Количество подаваемого агента-активатора, с одной стороны, для обеспечения эффективной теплоотдачи химической реакции преимущественно в зоне пробки, должно быть достаточном для полного или частичного погружения твердого химически активного вещества, опускаемого в трубопровод за одну операцию. С другой стороны, количество агента-активатора должно обеспечивать максимально быстрый нагрев собственного объема, длительное сохранение максимальной температуры и химических свойств с учетом минимального числа циклов замены при доливании. После определения количества агента-активатора его подают в трубопровод, ожидают пока он не осядет до уровня пробки в виде отдельного слоя и соблюдают необходимое время выдержки до завершения активной фазы химической реакции, происходящей в пределах слоя агента-активатора. Затем цикл работ, включающий опускание в трубопровод твердого химически активного вещества в полимерной оболочке, подачу, по мере необходимости, порции агента-активатора и последующую выдержку, повторяют до тех пор, пока не произойдет резкое повышение внутритрубного давления, вызванного прорывом пробки. Расплавленные остатки пробки выталкиваются вверх по трубопроводу давлением пласта-коллектора вместе с продуктами реакции, где все собирается в приемную емкость для дальнейшей утилизации.

В качестве полезной модификации способа предлагается вариант, согласно которому, перед выдержкой до завершения активной фазы химической реакции, один за другим подаются разные твердые химически активные вещества. Эти вещества отличаются между собой по плотности и химическим свойствам, и являются катализаторами одно для другого. Причем вначале подается вещество меньшей плотности, затем большей плотности.

Другой полезной модификацией способа является вариант, когда в качестве полимерной оболочки используют водорастворимую пленку на основе многоатомного спирта, а для замещения внутритрубной жидкости используют бензин или керосин.

Другой полезной модификацией способа является вариант, когда в качестве агента-активатора используют растворы на водной основе, либо 4% соляную, либо 0,5% серную, либо 0,5% фтористоводородную кислоту.

Другой полезной модификацией способа является вариант, когда после прорыва пробки в трубопровод закачивают ингибитор гидратообразования.

Конкретный пример реализации способа.

После регистрации резкого снижения дебита и буферного давления, а также повышения затрубного давления вертикальный газовый трубопровод с внутренним диаметром 76 мм остановлен на капитальный ремонт и заполнен 30% раствором хлористого кальция. Эмпирическим путем, с учетом производственного опыта, либо способом волнометрирования, либо путем зондирования трубопровода сверхвысокочастотным импульсом определяют верхнюю область гидратопарафиновой и ледяной пробки, соответствующую началу области нагрева по предлагаемой технологии. Расчетным методом с использованием математической модели стационарного неизотермического течения реального газа устанавливают положение и размер гидратной пробки. Уточняют и проверяют вероятную область гидратообразования и степень однородности гидратной пробки с учетом данных термометрических и наблюдательных скважин, обработанных в специализированном программном обеспечении. Например, эта область соответствует глубине 600 м с температурой внутритрубной жидкости около +5 градусов Цельсия. После этого стравливают остаточное давление и с помощью наземных насосов откачивают из трубопровода внутритрубную жидкость, при этом оставляют около 18 литров хлористого кальция или столб жидкости высотой 4 м. При невозможности ведения откачки опускают в скважину 100 кг диоксида углерода. Затем в трубопровод закачивают 720 л бензина. Выбирают в качестве твердого химически активного вещества образцы металлического натрия, металлического кальция и ледяной уксусной кислоты, выполненные в виде изделий призматической формы одинаковой длины, равной 1 м и диаметром, равным 50 мм. Причем количество ледяной уксусной кислоты берется в количестве в 6 раз больше количества кальция и натрия. Размеры изделий выбираются с учетом проходных размеров лубрикатора фонтанной арматуры. Определяют время погружения до области нагрева, которое для кальция составляет 47 с, а для натрия и ледяной уксусной кислоты около 60 с. Затем образец кальция опускают внутрь четырехслойной оболочки из водорастворимой полимерной пленки на основе поливинилового спирта с толщиной каждого слоя 20 мкм. Время растворения всей оболочки составляет около 2 минут. Образец натрия и ледяной уксусной кислоты оставляют без полимерной оболочки. Затем полимерную оболочку герметично склеивают с помощью небольшого количества воды. После этого в трубопровод поочередно опускают вначале образец ледяной уксусной кислоты и натрия, а затем образец кальция. Образец натрия начнет активно взаимодействовать с ледяной уксусной кислотой и хлористым кальцием выделением 12370 кДж теплоты и 0,97 куб. м. водорода. При этом около 1,56 л воды из раствора хлористого кальция перейдет в другие химические соединения. Образец натрия в результате потери собственного объема вследствие постепенного растворения и действия выталкивающей силы выделяющегося газа будет стремиться подняться вверх, за пределы слоя хлористого кальция, туда, где находится слой бензина. Однако масса образца кальция и инертные свойства бензина станут препятствовать этому, погружая натрий обратно. Постепенно, ориентировочно после завершения активной фазы химической реакции натрия с хлористым кальцием, полимерная оболочка кальция растворится. При этом металлический кальций начнет взаимодействовать с уксусной кислотой и хлористым кальцием с выделением 31128 кДж теплоты, 1,68 куб. м. водорода. При этом около 2,7 л воды из раствора хлористого кальция и уксусная кислота перейдут в другие химические соединения, не представляющие угрозы для пласта-коллектора.

По ходу выполнения работ ведут постоянные наблюдения для регистрации резкого скачка давления внутри трубопровода, означающего момент прорыва гидратной пробки. Контролируют, чтобы открытый конец вертикального трубопровода был заглушен демпфирующей заглушкой. Если прорыв пробки не зафиксирован, то примерно через 25 минут, до завершения активной фазы химической реакции, при которой температура слоя хлористого кальция в области контакта с химически активным веществом достигнет более 90 °С, выполняют повторное опускание образцов металлического натрия, ледяной уксусной кислоты и кальция с соблюдением указанной выше процедуры. Указанный цикл работ продолжается до момента прорыва пробки. После прорыва пробки ее расплавленные остатки выталкиваются вверх по трубопроводу давлением пласта-коллектора вместе с продуктами реакции, где все собирают в приемную емкость для дальнейшей утилизации. Затем, для полного растворения и вымывания отложений на внутренней поверхности трубопровода закачивают 30% раствор хлористого кальция.

Примерами других способов реализации изобретения, может быть, например, комбинация основных операций из указанного выше примера. При этом, в качестве компонентов химически активного вещества могут быть использованы также следующие соединения: карбид кальция; силицид натрия; нитрат аммония и сера; нитрат аммония и нитрит натрия; нитрит натрия и хлорид аммония; нитрит натрия в комплексе с мочевиной и сульфаминовой кислотой; сульфат натрия и хлорид аммония.

Соотношения основных компонентов экзотермической реакции с агентом-активатором приведены в таблице.

Наименование компонентов химически-активного вещества (в скобках) и агента-активатора Соотношение (Ca : CH₃COOH):CaCl₂ 1:10:10 (Са) : HCL 1:10 (NH₄NO₃ : NaNO₂) : HCL 1:1:10 (NH₄NO₃ : NaNO₂) : CH3COOH 1:1:10 (NaNO₂ : NH₄CL) : H₂O 1:1:10 (NaNO₂ : CO(NH₂)₂ : H₂N-SO₂ОН) : H₂O 4:1:2:10 (Na₂SO₄ : NH₄CL) : H₂O 2:1:10 (CaC₂) : HCL 1:10 (CaC₂) : CH₃COOH 1:10 (Na₄Si₄) : H₂O 1:10 (NH₄NO₃ : S) : H₂O 2:1:10

В результате внедрения разработанного решения ожидается: сокращение финансовых затрат, повышение производительности ремонтных работ, а также повышение среднесуточного дебита транспортируемого газового или нефтегазоконденсатного потока.

Изобретение относится к защите трубопроводов от замерзания и гидратообразования, в частности к способу разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе. Стравливают остаточное давление, помещают в открытый конец трубопровода твердое химически активное вещество в полимерной оболочке, погружаемое во внутритрубной жидкости в трубопровод до интервала залегания пробки. Далее в трубопровод подают агент-активатор большей плотности, чем внутритрубная жидкость, который опускается в трубопровод до интервала нахождения твердого химически активного вещества, где растворяет его полимерную оболочку и вступает с ним в химическую реакцию с выделением газа и тепла, расплавляющего пробку, выталкиваемую вверх по трубопроводу давлением пласта-коллектора вместе с продуктами реакции, где все собирается в приемную емкость для дальнейшей утилизации. Определяют необходимую область нагрева, соответствующую верхней области пробки. В зависимости от исходных требований к компонентам химической реакции и свойств внутритрубной жидкости подбирают вид, форму и размеры твердого химически активного вещества, рассчитывают время его погружения под собственным весом в трубопроводе до установленной области нагрева. Вводят его внутрь герметичной оболочки из водорастворимой полимерной пленки с известным временем растворения, толщину которой подбирают из расчета, чтобы время ее растворения обеспечивало необходимую отсрочку начала химической реакции до достижения области нагрева. Затем внутритрубную жидкость замещают другой более инертной и менее плотной жидкостью по отношению к твердому химически активному веществу, которое далее опускают в трубопровод и затем подают безопасный для пласта-коллектора агент-активатор, плотность которого больше плотности инертной жидкости, и меньше плотности твердого химически активного вещества, что способствует оседанию агента-активатора до области нагрева в виде отдельного слоя. Соблюдают необходимое время выдержки до завершения активной фазы химической реакции, происходящей в пределах слоя агента-активатора. Цикл работ повторяют до тех пор, пока не произойдет резкое повышение внутритрубного давления, вызванного прорывом пробки. Техническим результатом является обеспечение большей локализации выделяемого тепла в области пробки и учета условий объекта. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ разложения гидратопарафиновых и ледяных пробок в вертикальном трубопроводе, по которому стравливают остаточное давление, помещают в открытый конец трубопровода твердое химически активное вещество в полимерной оболочке, которое под собственным весом погружается во внутритрубной жидкости в трубопровод до интервала залегания пробки, далее в трубопровод подают агент-активатор большей плотности, чем внутритрубная жидкость, который опускается в трубопровод до интервала нахождения твердого химически активного вещества, где растворяет его полимерную оболочку и вступает с ним в химическую реакцию, при этом выделяется большое количество газа и тепла, расплавляющего пробку, выталкиваемую вверх по трубопроводу давлением пласта-коллектора вместе с продуктами реакции, где все собирается в приемную емкость для дальнейшей утилизации, отличающийся тем, что вначале известными методами определяют необходимую область нагрева, соответствующую верхней области пробки, далее в зависимости от исходных требований к компонентам химической реакции и свойств внутритрубной жидкости подбирают вид, форму и размеры твердого химически активного вещества, рассчитывают время его погружения под собственным весом в трубопроводе до установленной области нагрева, вводят его внутрь герметичной оболочки из водорастворимой полимерной пленки с известным временем растворения, толщину которой подбирают из расчета, чтобы время ее растворения обеспечивало необходимую отсрочку начала химической реакции до достижения области нагрева, затем внутритрубную жидкость замещают другой более инертной и менее плотной жидкостью по отношению к твердому химически активному веществу, которое далее опускают в трубопровод и затем подают безопасный для пласта-коллектора агент-активатор, плотность которого больше плотности инертной жидкости, и меньше плотности твердого химически активного вещества, что способствует оседанию агента-активатора до области нагрева в виде отдельного слоя, после этого соблюдают необходимое время выдержки до завершения активной фазы химической реакции, происходящей в пределах слоя агента-активатора, затем цикл работ, включающий опускание в трубопровод твердого химически активного вещества, подачу, по мере необходимости, порции агента-активатора и последующую выдержку, повторяют до тех пор, пока не произойдет резкое повышение внутритрубного давления, вызванного прорывом пробки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед выдержкой до завершения активной фазы химической реакции один за другим подаются разные твердые химически активные вещества, которые отличаются между собой по плотности и химическим свойствам и являются катализаторами одно для другого, причем вначале подается вещество меньшей плотности, затем большей плотности.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимерной оболочки используют водорастворимую пленку на основе многоатомного спирта, а для замещения внутритрубной жидкости используют бензин или керосин.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве агента-активатора используют растворы на водной основе, либо 4% соляную, либо 0,5% серную, либо 0,5% фтористоводородную кислоту.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после прорыва пробки в трубопровод закачивают ингибитор гидратообразования.