Способ термомеханической очистки внутренней поверхности вертикального трубопровода от отложений парафинов, асфальтенов, смол и гидратов Российский патент 2024 года по МПК E21B37/00 

Изобретение относится к способам механической очистки внутренней поверхности трубопроводов от отложений парафинов, асфальтенов, смол и гидратов устройствами, движущимися вдоль вертикальных труб изнутри, и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.

Для предотвращения образования пробок внутри трубопроводов из-за накопления отложений парафинов, асфальтенов, смол и гидратов проводят периодическую очистку скребками. Существуют проблемы, связанные со стопорением скребка при движении вниз, а также с разрывом скребковой проволоки из-за ее предельного натяжения при движении скребка вверх. Устранение этих проблем связано со значительными затратами сил и средств. Сопротивления движению могу возникнуть в ходе контакта скребка с отложениями при проведении очистки на значительной глубине, а также при попадании скребка в зону пробки или значительных сужений проходного сечения трубопровода. Известны технологии очистки, в которых стопорение скребка и предельное натяжение скребковой проволоки исключают путем прогрева отложений до текучего или жидкого состояния. Однако в этих технологиях имеют место значительные потери затрачиваемой энергии и не обеспечивается достаточный уровень надежности.

Известен способ удаления асфальтосмолопарафиновых отложений с внутренней поверхности насосно-компрессорных труб нефтяных скважин [Качмар Ю.Д. О депарафинизации нефтепромыслового оборудования на промыслах объединения УКРЗАПНЕФТЕГАЗ/ Сб. статей УфНИИ – М.: Недра, 1965. – С.328-333], включающий спуск и подъем скребка с помощью скребковой проволоки и стационарной электроприводной лебедки.

Недостатки известного способа связаны с тем, что при резком увеличении сопротивлений движению скребка может произойти разрыв скребковой проволоки, даже несмотря на наличие датчиков ее натяжения, из-за инерции вращения лебедки.

Известен способ, связанный с применением внутритрубных аппаратов, которые могут быть использованы в том числе для очистки трубопроводов [Патент РФ № 2270955 С2, Способ регулирования движения аппарата для внутритрубного обследования трубопровода и аппарат для его осуществления, 2006 г.], согласно которому, на внутритрубном аппарате установлены автоматически управляемые системы перепускания транспортируемого продукта и связанные с ними тормозные устройства. Эти аппараты содержат датчики скорости, ускорения, электронный блок обработки информации, электромеханический привод и батареи питания.

Аппараты для реализации известного способа сложны и дороги. Кроме того, батареи питания в виду их ограниченной мощности не смогут обеспечить больших и продолжительных во времени затрат энергии, необходимых, например, для интенсивного нагрева отложений до текучего или жидкого состояния, что не гарантирует достижение желаемого результата с достаточной надежностью.

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является способ очистки колонны лифтовых труб от асфальтосмолопарафиновых отложений [Патент РФ № 2495232 С1, Способ очистки колонны лифтовых труб от асфальтосмолопарафиновых отложений, 2013 г.], заключающийся в спуске подвешенного скребка по колонне лифтовых труб и его принудительном подъеме при работающем глубинном насосе. Для спуска и подъема скребка используют многожильный электрический бронированный кабель и мобильный подъемник с гидрофицированной лебедкой. Верхнюю и нижнюю части скребка снабжают электронагревательными элементами с тем, чтобы при остановке скребка в пробке из отложений была возможность их нагрева до текучего или жидкого состояния.

Недостатки прототипа связаны с тем, что использование электрического источника тепла приводит к необходимости применения сложных и дорогих устройств, имеющих недостаточную надежность в экстремальных условиях эксплуатации, характерных для Крайнего Севера. Кроме того, большое количество затрачиваемой энергии теряется в подводящих проводах.

Задача изобретения связана с уменьшением потерь затрачиваемой энергии с учетом обеспечения достаточной интенсивности нагрева и надежности механического скребкования.

Задача решается тем, что в способе термомеханической очистки внутренней поверхности вертикального трубопровода от отложений парафинов, асфальтенов, смол и гидратов, включающем спуск и подъем на гибкой тяге внутри трубопровода подвешенного скребка, снабженного нагревательным элементом для возможности нагрева отложений в зоне скребка до текучего или жидкого состояния, согласно изобретению, в качестве нагревательного элемента используют химически активное вещество, которое помещают в полость скребка, перфорированную преимущественно в передней и хвостовой части, с отсеком для сбора малорастворимых продуктов экзотермической реакции и которое в ходе экзотермической реакции с внутритрубной жидкостью создает высокотемпературное тепловое поле, разогревающее режущие ножи скребка.

В способе термомеханической очистки внутренней поверхности вертикального трубопровода от отложений парафинов, асфальтенов, смол и гидратов, согласно изобретению, в трубопровод дополнительно закачивают жидкость, обеспечивающую повышение интенсивности экзотермической реакции с химически-активным веществом, плотность которой выше плотности внутритрубной жидкости.

В способе термомеханической очистки внутренней поверхности вертикального трубопровода от отложений парафинов, асфальтенов, смол и гидратов, согласно изобретению, химически активное вещество перед вводом в трубопровод покрывают растворимой полимерной пленкой на основе многоатомного спирта.

Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, связан с со снижением потерь затрачиваемой энергии для нагрева отложений с учетом обеспечения достаточной интенсивности нагрева и надежности механического скребкования.

Способ реализуют следующим образом. Верхнюю часть трубопровода оборудуют лубрикатором с обогреваемым сальниковым устройством. Полость скребка, перфорированную преимущественно в передней и хвостовой части, оснащают нагревательным элементом в виде химически активного вещества. Затем скребок спускают на гибкой тяге в трубопровод под собственным весом до уровня образования отложений с применением гидрофицированной лебедки. Перфорация способствует интенсивному взаимодействию химически активного вещества с внутритрубной жидкостью. Кроме того, перфорация также обеспечивает создание реактивной тяги при движении скребка вниз за счет выделения газообразных продуктов в ходе химической реакции, что облегчает его погружение внутрь трубопровода. В результате экзотермической реакции химически активного вещества с внутритрубной жидкостью создается высокотемпературное тепловое поле, которое приводит к изменению агрегатного состояния отложений в зоне режущих ножей скребка до текучего или жидкого состояния. Ведут последовательный спуск и подъем скребка в интервале отложений. После завершения активной фазы экзотермической реакции химически активное вещество, в зависимости от его вида, либо полностью растворяется, либо частично оседает в виде малорастворимого осадка в отсек скребка, предназначенный для сбора малорастворимых продуктов экзотермической реакции. Для продолжения операций по очистке трубопровода ведут извлечение скребка на поверхность для его повторного оснащения необходимым количеством химически активного вещества. При необходимости отсек скребка опорожняют от накопленного малорастворимого осадка. В ходе перемещения скребка срезается тонкий слой отложений с внутренней поверхности трубопровода, который может быть поднят восходящим потоком при работе насоса, а также при извлечении скребка из лубрикатора.

Другой полезной модификацией способа является вариант, когда в трубопровод дополнительно закачивают жидкость, обеспечивающую повышение интенсивности экзотермической реакции с химически-активным веществом, плотность которой выше плотности внутритрубной жидкости. Целесообразность реализации подобной модификации может возникнуть, если скребок уперся в глухую пробку значительной толщины, а внутритрубная жидкость содержит недостаточно жидкой фазы, являющейся активатором химической реакции. При закачке данного активатора он опустится до уровня погружения скребка, где будет создаваться высокотемпературное тепловое поле и химическое воздействие на пробку.

Другой полезной модификацией способа является вариант, когда химически активное вещество перед вводом в трубопровод покрывают растворимой полимерной пленкой на основе многоатомного спирта. Эта модификация будет полезна в случае, когда отложения находятся на достаточной глубине и необходимо начать их нагрев в определенном интервале. При этом внутритрубная жидкость является активатором начала химической реакции. Толщину полимерной пленки выбирают с учетом необходимого запаса времени на ее растворение.

Конкретный пример реализации способа

Трубопроводную арматуру скважинного нефтяного трубопровода с внутренним диаметром 76 мм, заглушенным 30% раствором хлористого кальция, оборудуют лубрикатором с обогреваемым сальниковым устройством. Далее цилиндры из экструдированных между собой образцов металлического кальция и натрия, диаметром 30 мм и длиной 500 мм герметично заворачивают в водорастворимую полимерную пленку на основе многоатомного спирта. Толщина пленки выбирается такой, чтобы было обеспечено необходимое время ее растворения до момента погружения скребка на необходимую глубину. Затем, данные цилиндры размещают внутри полых металлических оболочек диаметром 45 мм, состоящих из сообщающихся между собой через перфорированную перегородку двух отсеков: первого – для заполнения цилиндрами из металлического кальция и натрия, имеющего перфорацию на передней боковой и в хвостовой части, а также второго – для сбора малорастворимых продуктов химической реакции, без перфорации. После этого посредством резьбового соединения данных оболочек между собой набирают необходимую высоту корпуса. Закрепляют на переднем и заднем торцах корпуса очистные ножи с пригрузом так, чтобы окончательная высота скребка была равна высоте лубрикатора. Затем, с помощью гидрофицированной лебедки скребок на гибкой тяге опускают до интервала образования отложений. Перфорация на поверхности скребка обеспечивает создание реактивной тяги при движении скребка вниз за счет выделения газообразных продуктов в ходе химической реакции. Скребок останавливают и выдерживают в течение заданного времени, например в течение 5 минут. За это время происходит полное растворение полимерной пленки и начинается интенсивная экзотермическая реакция с жидкостью глушения, т. е. с раствором 30% хлористого кальция. Затем выполняют медленный подъем скребка до его полного вхождения в лубрикатор. В течение первого подъема экзотермическая реакция нагреет скребок до температуры около 80°С. После чего, если время подъема составляет менее 15 минут, цикл очистки повторяют, в противном случае производят извлечение скребка на поверхность для установки новых цилиндров из кальция и натрия, удаления возможных малорастворимых продуктов реакции и очистки ножей от скопившихся отложений. Последующие спуски разогревают скребок до рабочей температуры, равной 100°С. Аналогичную последовательность операций соблюдают при профилактической очистке скважины, находящейся в эксплуатации.

В результате внедрения разработанного решения ожидается сокращение финансовых затрат для производства ремонтных работ и повышение надежности механического скребкования при очистке скважин.

Изобретение относится к способам очистки внутренней поверхности трубопроводов от отложений парафинов, асфальтенов, смол и гидратов и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности. Способ включает спуск и подъем на гибкой тяге внутри трубопровода подвешенного скребка, снабженного нагревательным элементом для возможности нагрева отложений в зоне скребка до текучего или жидкого состояния. В качестве нагревательного элемента используют химически активное вещество, которое помещают в полость скребка, перфорированную преимущественно в передней и хвостовой части, с отсеком для сбора малорастворимых продуктов экзотермической реакции и которое в ходе экзотермической реакции с внутритрубной жидкостью создает высокотемпературное тепловое поле, разогревающее режущие ножи скребка. Снижаются потери затрачиваемой энергии для нагрева отложений, обеспечивается интенсивность нагрева и надежность. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ термомеханической очистки внутренней поверхности вертикального трубопровода от отложений парафинов, асфальтенов, смол и гидратов, заключающийся в спуске и подъеме на гибкой тяге внутри трубопровода подвешенного скребка, снабженного нагревательным элементом для возможности нагрева отложений в зоне скребка до текучего или жидкого состояния, отличающийся тем, что в качестве нагревательного элемента используют химически активное вещество, которое помещают в полость скребка, перфорированную преимущественно в передней и хвостовой части, с отсеком для сбора малорастворимых продуктов экзотермической реакции и которое в ходе экзотермической реакции с внутритрубной жидкостью создает высокотемпературное тепловое поле, разогревающее режущие ножи скребка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в трубопровод дополнительно закачивают жидкость, обеспечивающую повышение интенсивности экзотермической реакции с химически активным веществом, плотность которой выше плотности внутритрубной жидкости.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что химически активное вещество перед вводом в трубопровод покрывают растворимой полимерной пленкой на основе многоатомного спирта.