способ очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых образований и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых образований путем нагрева трубопровода по всей его длине или в зоне возможного парафинообразования, при котором нагрев осуществляют нагревательным кабелем, вводимым в трубопровод, причем перед вводом кабеля в процессе проведения подготовительной операции определяют длину зоны возможного парафинообразования, длину нагревательного кабеля и его мощность в зависимости от давления в трубопроводе, температуры плавления изоляционного материала нагревательного кабеля и процентного содержания парафина в нефти, а расход энергии, затрачиваемой на нагрев, регулируют временем работы нагревательного кабеля и его температурой, которую поддерживают по всей длине рабочей части нагревательного кабеля не менее чем на 5^oC выше температуры плавления парафина в зависимости от изменения температуры окружающей среды.

2. Устройство для очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых образований, включающее устанавливаемое в трубопроводе средство для очистки, выполненное в виде нагревательного кабеля, подключенного к источнику питания, при этом нагревательный кабель содержит по меньшей мере два нагревательных элемента, изолированных друг от друга, расположенных в изоляционной оболочке и подключенных одними своими концами к источнику питания, другие концы нагревательных элементов соединены между собой и изолированы, а отношение электрических сопротивлений нагревательных элементов выбрано в пределах 1 - 10.

3. Устройство по п. 2, в котором, по меньшей мере один нагревательный элемент выполнен многожильным.

4. Устройство по п.2 или 3 в котором нагревательные элементы выполнены из одного и того же материала.

5. Устройство по любому из пп.2 - 4, в котором нагревательные элементы выполнены из разных материалов, имеющих близкие по значению коэффициенты теплового расширения.

6. Устройство по любому из пп.2 - 5, в котором нагревательный кабель дополнительно содержит изолированный и электрически нейтральный трос из стальных жил, при этом нагревательные элементы выполнены из медных и/или стальных жил.

7. Устройство по любому из пп.2 - 6, в котором нагревательные элементы расположены относительно друг друга симметрично или коаксиально.

8. Устройство по любому из пп.2 - 7, в котором общее электрическое сопротивление нагревательных элементов выбрано в пределах 3 - 45 Ом.

9. Устройство по любому из пп.2 - 8 содержит сальниковое уплотнение, которое размещено на входе трубопровода и через которое пропущен нагревательный кабель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для очистки оборудования нефтегазовых трубопроводов и поддержания в них теплового режима в целях предотвращения образования и ликвидации парафиновых пробок.

Известен способ очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых образований путем нагрева трубопровода по всей его длине или в зоне возможного парафинообразования, в котором нагрев осуществляют нагревательным кабелем, вводимым в трубопровод, при этом перед вводом кабеля в трубопровод определяют концентрацию парафиновых фракций, мощность кабеля, в зависимости от предельной температуры его эксплуатации, температуры плавления, парафина и температуры окружающей среды (см. Нефтяное хозяйство, N 6, 1990, с. 58-60).

Недостатками известного способа являются неэффективность очистки и определенно повышенный расход энергии в связи с тем, что отсутствует регулирование времени работы кабеля и его температуры, которую поддерживают по всей длине кабеля в определенных параметрах.

Техническим результатом изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.

Этот технический результат достигается тем, что в способе очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых образований путем нагрева трубопровода по всей его длине или в зоне возможного парафинообразования, нагрев осуществляют нагревательным кабелем, который вводят в трубопровод, причем перед вводом кабеля в процессе проведения подготовительной операции определяют длину зоны возможного парафинообразования, длину нагревательного кабеля и его мощность в зависимости от давления в трубопроводе, температуры плавления изоляционного материала нагревательного кабеля и процентного содержания парафина в нефти, а расход энергии, затрачиваемой на нагрев, регулируют временем работы нагревательного кабеля и его температурой, которую поддерживают по всей длине рабочей части нагревательного кабеля не менее чем на 5^oC выше температуры плавления парафина в зависимости от изменения температуры окружающей среды.

Использование для очистки трубопровода нагревательного кабеля, который вводят в трубопровод, обеспечивает постоянный прогрев трубопровода. Определение в процессе подготовительной операции длины зоны возможного парафинообразования дает возможность заранее задать длину нагревательного кабеля. Температуру нагрева кабеля также задают в процессе подготовительной операции в зависимости от скорости движения жидкости по трубопроводу постоянного диаметра, определяемой дебитом скважины, температуры плавления изоляционного материала нагревательного кабеля и процентного содержания парафина в нефти. Регулируя расход энергии временем и температурой нагрева, обеспечивают рациональный режим нагрева кабеля не менее чем на 5^oC выше температуры плавления парафина. Таким образом, при реализации предлагаемого способа практически полностью обеспечивается 100%-ная очистка трубопровода от парафина.

Известно также устройство для очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых образований, включающее устанавливаемое в трубопроводе средство для очистки, выполненное в виде нагревательного кабеля, подключенного к источнику питания (см. вышеуказанный источник информации).

К недостаткам известного устройства следует отнести, как и в способе, неэффективность очистки при одновременном повышенном расходе энергии.

Техническим результатом, достигаемым устройством, согласно изобретению является устранение вышеуказанных недостатков.

Этот результат достигается тем, что в устройстве для очистки нефтегазовых трубопроводов и от парафиновых отложений и пробковых образований, содержащем устанавливаемое в трубопроводе средство для очистки, выполненное в виде нагревательного кабеля, подключенного к источнику питания, содержит по меньшей мере два нагревательных элемента, изолированных друг от друга, расположенных в изоляционной оболочке и подключенных одними своими концами к источнику питания, при этом другие концы нагревательных элементов соединены между собой и изолированы, а отношение электрических сопротивлений нагревательных элементов выбрано в пределах 1-10.

Использование в нагревательном кабеле различного количества нагревательных элементов и выбор соотношений их электрических сопротивлений позволяет регламентировать мощность кабеля, а следовательно, и количество тепла, передаваемое нагревательным кабелем.

По меньшей мере один нагревательный элемент может быть выполнен многожильным, при этом кабель становится более гибким, эластичным и позволяет варьировать мощностью и температурой.

Нагревательные элементы могут быть выполнены из одного и того же материала или из разных материалов, имеющих близкие по значению коэффициенты теплового расширения, что обеспечивает надежность соединения их нижних концов.

Для обеспечения повышения разрывного усилия с целью исключения обрыва кабеля под собственным весом нагревательный кабель дополнительно содержит изолированный и электрически нейтральный трос из стальных жил, при этом нагревательные элементы выполнены из медных и/или стальных жил.

Для простоты изготовления нагревательного кабеля нагревательные элементы могут быть расположены друг относительно друга симметрично или коаксиально.

Общее электрическое сопротивление нагревательных кабелей выбирают в пределах 3 - 45 Ом, благодаря чему обеспечивается безопасность работы.

Для герметизации ввода кабеля в трубопровод устройство содержит сальниковое уплотнение, которое размещено на входе трубопровода и через которое пропущен нагревательный кабель.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг. 1 - изображает общий вид устройства для очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых образований;

фиг. 2 - сечения нагревательного кабеля;

фиг. 3 - схематично соединение нефтегазового трубопровода со скважиной.

Предлагаемый способ очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых образований осуществляют следующим образом.

Способ предусматривает проведение подготовительной операции, в которую входит изучение конструкции трубопровода, в котором предполагается применение электрокабельного метода очистки, и его технологический режим работы, сезонные температуры внутри трубопровода и на его поверхности, давление, минимальную и максимальную скорости потока жидкости в трубопроводе, температуру плавления парафина, его процентное содержание в нефти, диаметр трубопровода и зоны возможного парафинообразования. Эти параметры позволяют определить длину вводимого в трубопровод для его очистки нагревательного кабеля и выбрать его мощность, которая должна быть достаточной для нагрева кабеля до температуры, превышающей температуру плавления парафина не менее чем на 5^oC. При этом кабель должен быть нагрет до такой степени, чтобы не допустить расплавления изоляционного материала кабеля. Так, например, температура плавления парафина близка к 40^oC, температура плавления материала изоляционной оболочки нагревательного кабеля, например из фторопласта, составляет приблизительно 110^oC. Поступающий из скважины нефтяной продукт имеет значительный разброс температур как на разных скважинах, так и в течение года - от 5 до 60^oC. В зимнее время температура выходящей из скважины жидкости, как правило, составляет 5-15^oC и, следовательно, ее необходимо поднимать с помощью введенного нагревательного кабеля до 70-80^oC, учитывая при этом активный съем тепла с поверхности кабеля. При нижних температурах пород, окружающих трубопровод, температуру в трубопроводе необходимо повышать на 60-70^oC, при этом кабель должен работать 24 ч с интервалами между включениями и отключениями питания на 10-30 мин для поддержания необходимой температуры, близкой к 80-90^oC на поверхности кабеля.

В летнее время, когда выходящая из скважины нефть имеет температуру 40-45^oC, температуру ее потока в трубопроводе необходимо повышать на 30-35^oC, при этом нагрев кабеля осуществляют 1-2 раза в сутки по несколько часов. В некоторых трубопроводах может быть вполне достаточно один раз в сутки расплавлять полностью весь накопившийся парафин.

Температура нагрева нефти в трубопроводе зависит также и от дебита скважины, чем больше дебит, тем выше скорость движения потока жидкости по трубопроводу постоянного диаметра и наоборот, и, следовательно, для прогрева одного и того же объема жидкости до одинаковой температуры либо затрачивают разное время, либо используют источники разной мощности, так, 1 м³ нефти по трубопроводу диаметром 102 мм проходит 222 м/ч, а 1,8 м³ нефти по трубопроводу того же диаметра пройдет со скоростью 400 м/ч, т.е. в 1,8 раза быстрее, следовательно, затраты мощности на нагрев должны быть больше или температура нагрева должна быть выше, или больше время нагрева при одной и той же температуре.

Расход энергии, затрачиваемой на нагрев кабеля, регулируют временем нагрева кабеля и его температурой, которую поддерживают по всей длине рабочей части нагревательного кабеля по меньшей мере на 5^oС выше температуры плавления парафина.

Таким образом, предлагаемый способ практически полностью обеспечивает 100%-ную очистку трубопровода от парафина.

Для реализации заявляемого способа очистки нефтегазовых трубопроводов от парафиновых отложений и пробковых отложений предлагается устройство.

На бетонной площадке располагают оборудование для пропускания нагревательного кабеля 1 (фиг. 1) через трубопровод 2, который необходимо очистить от парафиновых отложений и пробковых образований. Кабель 1 жестко закреплен в крепежном приспособлении 3, при этом один его конец крепится в соединительной электрической коробке 4 взрывобезопасного исполнения. С другой стороны к соединительной электрической коробке 4 подведен и закреплен силовой кабель 5, причем его второй конец подключен к источнику 6 питания, выполненного в виде автоматизированного регулятора, установленного и закрепленного на опоре 7, к которой подведена силовая линия напряжением 380 В от подстанции (на фиг. не показаны). Вся система при этом заземлена.

Предварительно кабель 1 проходит через опорно-крепежный ролик 8, натяжной ролик 9 и сальниковое уплотнение 10, установленное на наклонном участке 11 трубопровода 2, размещаемом над землей. Для предотвращения выброса кабеля 1 используют хомуты 12, а для облегчения прохождения кабеля 1 - роликовые толкатели 13. Конец кабеля 1 с помощью крюка 14 подсоединен к поршню 15.

Нагревательный кабель 1 (фиг. 2а) содержит по меньшей мере два нагревательных элемента 16, которые заключены в изоляционную оболочку 17 и изолированы друг от друга. Количество нагревательных элементов 16 может быть различным и зависит от мощности нагревательного кабеля 1, при этом нагревательные элементы 16 могут быть расположены друг относительно друга произвольным образом, как показано, например, на фиг. 2б, или симметрично (фиг. 2в), или коаксиально (фиг. 2г). Нижние концы нагревательных элементов 16 соединены между собой и изолированы, а отношение электрических сопротивлений нагревательных элементов 16 выбрано в пределах 1-10, причем их общее электрическое выбрано в пределах 3-45 Ом. Нагревательные элементы 16 могут быть выполнены из одного и того же материала, например только из меди или стали, или из разных материалов, но с близкими по значению коэффициентами теплового расширения, например из меди и алюминия.

По меньшей мере один из нагревательных элементов 16 может быть выполнен многожильным, как показано на фиг. 2д. Кроме того, нагревательный кабель 1 может содержать изолированный и электрически нейтральный трос 18 из стальных жил с изоляцией.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Останавливают скважину, подающую добытый продукт в трубопровод 2 (фиг. 3). Промывают трубопровод 2 по меньшей мере один раз горячей водой температурой до 90^oC. Со стороны скважины, в метрах 10-50 от нее, вскрывают трубопровод 2 в точке А, перерезают его поперек и удаленный от скважины конец трубопровода 2 отводят в сторону или поднимают над уровнем площадки на высоту 0,2-0,5 м. При этом в точке Б на конец трубопровода 2 устанавливают фланец 19 для последующего подсоединения лубрикатора, пропускают через него нагревательный кабель 1 и закрепляют на конце трубопровода 2 направляющий ролик 9. После этого в точке В соединяют трубой 20 струну 21, идущую от скважины, с наклонным участком 22 трубопровода 2 на расстоянии 0,3-1,0 м от фланца 19.

Для контроля за температурой жидкости внутри трубопровода 2, которая должна быть не ниже 35^oC, в трубопроводе 2 устанавливают температурные карманы 23, представляющие собой пустотелые цилиндры, заглушенные с одной стороны и имеющие снаружи в верхней части резьбу под гайку в корпусе трубопровода 2. Карманы 23 служат для установки датчиков 24 температуры. При введении в трубопровод 2 кабеля 1 карманы 23 выворачиваются и в отверстия устанавливаются заглушки. Один из датчиков 24 устанавливают на выступающем над поверхностью земли конце трубопровода 2 около фланца 19, два других - соответственно на расстояниях l-2L и L-l, где L - длина трубопровода, l - расстояние от конца трубопровода. В точке А соединения трубопровода 2 со скважиной врезают наклонный участок трубы 25 для пропуска поршня 15 в трубопровод 2 Нагревательный кабель 1 пропускают в трубопроводе 2 от устьевого сальникового уплотнения 10 до точки Г на расстоянии l от конца трубопровода 2, т.е. длина нагревательного кабеля 1 = L-l. Участок 1 прогревается за счет тепла, выделяемого нагретой кабелем 1 нефти.

Введение кабеля 1 в трубопровод 2 может быть осуществлено двумя способами.

Замкнутый и изолированный конец кабеля 1 вводят в трубопровод 2 после того, как в него введут поршень 15 с крюком 14, за который крепится конец кабеля 1, пропущенный через сальниковое уплотнение 10. При этом поршень 15 с закрепленным кабелем 1 опускают в трубопровод 2 ниже точки Б таким образом, чтобы он оказался дальше по трубопроводу 2 от точки В - места соединения трубой 20 струны 21, отводящей нефть от скважины, с наклонным участком 22 трубопровода 2. После этого затягивают сальниковое уплотнение 10 и кабель 1 подают в трубопровод 2 с помощью цементировочного агрегата, подсоединив его рукавом с патрубком 26 на струне 21 и перекрыв задвижки 27 и 28. Под действием воды (давление до 100 атм) поршень 15 перемещается до конца трубопровода 2. На другом конце кабеля 1 закреплен трос, с помощью которого кабель 1 после отсоединения поршня 15 около групповой установки 29 пропускают через сальниковое уплотнение 10 в обратную сторону и пропускают через направляющий и крепежный ролики 8 и 9. После этого концы кабеля 1 соединяют с силовым кабелем 5, подсоединенным к источнику 6 питания.

С помощью поршня 15 через трубопровод 2 может быть протянута проволока, к которой затем подсоединяют нагревательный кабель 1, и с ее помощью протаскивают кабель 1 по трубопроводу 2. После этого лубрикатор заменяют на сальниковое уплотнение, к концу проволоки или троса крепят замкнутый конец кабеля 1 и с помощью лебедки (на фиг. не показана) кабель 1 протягивают по трубопроводу 2. Остальные операции осуществляют так же, как и в первом случае.

Все открытые участки трубопровода 2 должны быть утеплены.

Пропустив конец кабеля 1 через сальниковое уплотнение 10, его крепят на фланце 19 трубопровода 2. Проверяют работоспособность нагревательного кабеля 1. Заполняют трубопровод 2 вводимой из скважины жидкостью. Для этого на патрубок 26 устанавливают вентиль, который перекрывают, открывают задвижку 27 и жидкость по трубе 20 поступает в трубопровод 2. После этого на кабель 1 от источника 6 подают напряжение для пробного нагрева трубопровода 2 до 70-80^oC.