способ подачи твердого реагента в скважину и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подачи твердого реагента в скважину, включающий размещение устройства с твердым реагентом в стволе скважины и растворение твердого реагента потоком пластовой жидкости, поступающей из пласта и проходящей через устройство в виде связанной с лифтовыми трубами секции, содержащей полый цилиндрический корпус с радиальными каналами, гидравлически связанными со скважиной, отличающийся тем, что перед размещением устройства с твердым реагентом в стволе скважины определяют дебит скважины и обводненность пластовой жидкости, в качестве указанного устройства используют модуль из последовательно соединенных по торцам секций с размещенным в каждой секции твердым реагентом одного вида или твердыми реагентами разных видов, при этом указанные секции связаны гидравлически друг с другом через отверстия в перфорированном основании, причем в зависимости от вида твердого реагента, размещаемого в секции и ранее определенных дебита скважины и обводненности пластовой жидкости соотношение суммы площадей поперечного сечения этих радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции выполняют равным 0,2-3,0, при этом указанное устройство размещают в стволе скважины в интервале перфорации в подвешенном состоянии или с опорой на забой.

2. Устройство для подачи твердого реагента в скважину, выполненное в виде секции для размещения в ней твердого реагента, содержащей полый цилиндрический корпус с радиальными каналами, гидравлически связанными со скважиной, отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, еще одной аналогичной секцией с перфорированным основанием с образованием модуля и размещением в них твердого реагента одного вида или разных видов, при этом секции соединены между собой последовательно по торцам посредством соединительного узла и сообщены друг с другом через отверстия в перфорированном основании, при этом радиальные каналы в корпусе каждой секции выполнены равномерно и в зависимости от вида твердого реагента, размещаемого в секции, дебита скважины и обводненности пластовой жидкости, соотношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции выполнено равным 0,2-3,0, а свободный торец устройства перекрыт перфорированной заглушкой.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что поперечное сечение радиальных каналов имеет форму круга или овала.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что радиальные каналы выполнены цилиндрическими, либо в виде усеченного конуса, обращенного вершиной внутрь секции.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ось радиального канала расположена под углом 45-90 к продольной оси секции.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что при размещении в секции в качестве твердого реагента состава для предотвращения асфальтеносмолопарафиновых отложений или состава для предотвращения солеотложений, соотношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции выполнено равным 0,5-2,5.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что при размещении в секции в качестве твердого реагента - ингибитора коррозии, соотношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции составляет 0,2-3,0.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что соединительный узел выполнен в виде соединительной муфты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к способам подачи в скважину твердого реагента как одного вида, так и твердых реагентов разных видов, а также относится к подземному оборудованию скважины, предназначенному для доставки твердого реагента в скважину и для подачи его в поток пластовой жидкости.

Изобретение может быть использовано в процессе разработки и эксплуатации нефтяных месторождений, где требуется растворить твердый реагент в пластовой жидкости с заданной интенсивностью, обеспечивая при этом предотвращение отложений солей и парафина в насосно-компрессорных трубах (НКТ) и в призабойной зоне пласта, а также обеспечивая предотвращение коррозии нефтепромыслового оборудования.

Известен способ подачи гранулированного ингибитора в скважину, включающий размещение контейнера тарельчатого типа с гранулированным ингибитором на забое скважины ниже интервала перфорации, и растворение ингибитора в потоке пластовой жидкости, поступающей из продуктивного пласта и проходящей через контейнер, причем указанное растворение производят путем принудительной циркуляции через контейнер части пластовой жидкости, которую затем смешивают с остальной ее частью (см. а.с. СССР №1167307, кл. Е 21 В 43/00, 1983 г.).

Однако указанный известный способ не позволяет применять одновременно твердые реагенты разного вида, а позволяет использовать только твердый реагент одного вида, что снижает эффективность защитного действия этого известного способа. Это объясняется тем, что используемый в известном способе контейнер тарельчатого типа предусматривает в процессе работы неконтролируемое смешивание твердого реагента с различных “тарелок”, а значит, в случае использования твердых реагентов разного вида в этой ситуации возможно образование смеси твердых реагентов с непредсказуемыми свойствами.

Кроме того, даже при использовании в известном способе твердого реагента одного вида равномерность его выноса в скважину будет достигнута только в условиях пластовой жидкости малой вязкости, при наличии же в скважине пластовой жидкости высокой вязкости, равномерный омыв всего объема твердого реагента не будет достигнут из-за трудности при прохождении такой жидкости перфорированных отверстий “тарелки”, а значит не будет обеспечен равномерный вынос его в ствол скважины, что снижает эффективность действия твердого реагента.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является способ подачи твердого реагента в скважину, включающий размещение устройства с твердым реагентом в стволе скважины и растворение твердого реагента потоком пластовой жидкости, поступающей из пласта и проходящей через устройство в виде связанной с лифтовыми трубами секции, содержащей полый цилиндрический корпус с радиальными каналами, гидравлически связанными со скважиной (см. патент РФ №2165009, кл. Е 21 В 37/06, 1999 г.).

Известный способ позволяет повысить надежность дозирования реагента в поток пластовой жидкости, и одновременно обеспечивает возможность использования устройства как в газлифтных, так и в скважинах, оборудованных глубинными насосами.

Недостатком указанного известного способа является также, как и в указанном выше аналоге, отсутствие возможности применять одновременно несколько твердых реагентов разного вида, т.к. используемое в указанном известном способе устройство приведет в процессе осуществления способа к образованию смеси твердого реагента с непредсказуемыми свойствами, что приведет к снижению эффективности защитного действия.

Вместе с этим, указанный известный способ также обеспечивает низкую эффективность в условиях скважин с высоковязкой пластовой жидкостью, т.к. в этом случае не будет обеспечен равномерный омыв всей массы твердого реагента.

Также из этого же источника информации известно устройство для подачи твердого реагента в скважину в виде соединенной с башмаком лифтовых труб секции для размещения в ней твердого реагента, содержащей полый цилиндрический корпус, в верхней части которого выполнены радиальные каналы, гидравлически связанными со скважиной и площадь сечения которых не менее площади сечения лифтовых труб, с перфорированным основанием, при этом твердый реагент размещен ниже радиальных каналов и выполнен с открытой пористостью для прохода через него и верхний конец корпуса в лифтовые трубы восходящего потока скважинной жидкости (см. патент РФ №2165009, кл. Е 21 В 37/06, 1999 г.). Указанное известное устройство может быть использовано как в газлифтных скважинах, так и в скважинах, оборудованных глубинными насосами.

Однако указанное известное устройство не обеспечивает стабильного равномерного выноса твердого реагента, особенно в условиях низкодебитных скважин. Это происходит из-за того, что основное поступление пластовой жидкости в известное устройство происходит только через радиальные каналы, расположенные над твердым реагентом, и поэтому периодическая неравномерная откачка небольших объемов пластовой жидкости не позволит равномерно омывать весь объем твердого реагента в устройстве. Этот недостаток еще более усугубляется при высокой вязкости пластовой жидкости.

Учитывая, что твердый реагент в известном устройстве размещен с открытой пористостью как в верхней части, так и в нижней, велика вероятность засорения его, т.к. пластовая жидкость содержит большое количество природных мехпримесей: песок, глина, куски породы, и как следствие, - резкое снижение концентрации выносимого твердого реагента, что отрицательно скажется на эффективности обработки. Причем такой негативный процесс может происходить в скважинах с различным дебитом и при различных режимах эксплуатации.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении возможности стабильного равномерного и экономичного выноса твердого реагента разного вида как в высоко-, так и в низкодебитных скважинах при разных режимах эксплуатации и при любой вязкости пластовой жидкости, а также при добыче нефти из коллекторов с разной степенью проницаемости и любым пластовым давлением.

Указанный технический результат достигается предлагаемым способом подачи твердого реагента в скважину, включающем размещение устройства с твердым реагентом в стволе скважины и растворение твердого реагента потоком пластовой жидкости, поступающей из пласта и проходящей через устройство в виде связанной с лифтовыми трубами секции, содержащей полый цилиндрический корпус с радиальными каналами, гидравлически связанными со скважиной, при этом перед размещением устройства с твердым реагентом в стволе скважины определяют дебит скважины и обводненность пластовой жидкости, в качестве указанного устройства используют модуль из последовательно соединенных по торцам секций с размещенным в каждой секции твердым реагентом одного вида или твердыми реагентами разных видов, при этом указанные секции связаны гидравлически друг с другом через отверстия в перфорированном основании, причем в зависимости от вида твердого реагента, размещаемого в секции, и ранее определенных дебита скважины и обводненности пластовой жидкости соотношение суммы площадей поперечного сечения этих радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции выполняют равным 0,2-3,0, при этом указанное устройство размещают в стволе скважины в интервале перфорации в подвешенном состоянии или с опорой на забой.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.

Благодаря тому, что в предлагаемом способе перед размещением устройства с твердым реагентом в стволе скважины определяют дебит скважины и обводненность пластовой жидкости, обеспечивается комплексный подход к прогнозированию степени выноса как твердого реагента одного вида, так и твердых реагентов разного вида в зависимости от условий каждой конкретной скважины, что обеспечит равномерное и экономичное его растворение.

А благодаря тому, что в заявляемом способе в качестве устройства с твердым реагентом используется модуль из нескольких секций, обеспечивается возможность одновременного применения нескольких твердых реагентов разного вида (например, ингибитор коррозии, составы для предотвращения соле- или парафиноотложения и др.), каждый из которых помещается в свою секцию, и производится их растворение автономно друг от друга. В результате обеспечивается комплексная обработка всего скважинного оборудования или трубопроводов с целью предотвращения отрицательных явлений, таких как коррозия, отложение солей и парафина.

А равномерный и экономичный вынос указанных твердых реагентов обеспечивается за счет того, что в корпусе каждой секции устройства, используемого в предлагаемом способе, выполнены особым образом радиальные каналы, количество которых и диаметр зависят от вида твердого реагента, дебита скважины и обводненности пластовой жидкости. Причем в этом случае должно быть учтено в каждой секции соотношение суммы площадей поперечного сечения этих радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции, составляющее согласно изобретению 0,2-3,0. Например, применяют твердый реагент - состав для предотвращения асфальтеносмолопарафиновых отложений (АСПО), который хорошо растворяется в углеводородной фазе, скважина при этом является высокодебитной, а пластовая жидкость характеризуется низкой обводненностью, то указанное выше соотношение должно быть порядка 0,5-1,0 на один метр длины корпуса секции. Если же скважина является низкодебитной, а пластовая жидкость высокообводненной, то это соотношение должно быть увеличено до 1,5-2,5. Аналогичная закономерность применима и для твердых реагентов другого вида.

Благодаря такому многоаспектному подходу к учету многих факторов при выполнении радиальных отверстий, а также благодаря тому, что они расположены равномерно по всей высоте корпуса секций устройства, применяемого при осуществлении предлагаемого способа, обеспечивается стабильный, равномерный и экономичный вынос твердого реагента в ствол скважины независимо от дебита, обводненности продукции и от режима эксплуатации.

А благодаря тому, что указанное устройство, используемое при осуществлении предлагаемого способа, размещают в стволе скважины в подвешенном состоянии или с опорой на забой, обеспечивается возможность осуществления заявляемого способа в скважинах любой глубины.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство для подачи твердого реагента в скважину, выполненное в виде секции для размещения в ней твердого реагента, содержащей полый цилиндрический корпус с радиальными каналами, гидравлически связанными со скважиной, при этом новым является то, что оно снабжено, по меньшей мере, еще одной аналогичной секцией с перфорированным основанием с образованием модуля и размещением в них твердого реагента одного вида или разных видов, при этом секции соединены между собой последовательно по торцам посредством соединительного узла и сообщены друг с другом через отверстия в перфорированном основании, при этом радиальные каналы в корпусе каждой секции выполнены равномерно и в зависимости от вида твердого реагента, размещаемого в секции, дебита скважины и обводненности пластовой жидкости, соотношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции выполнено равным 0,2-3,0, а свободный торец устройства перекрыт перфорированной заглушкой.

В предлагаемом устройстве поперечное сечение радиальных каналов может иметь форму круга или овала, а сами радиальные каналы могут быть выполнены цилиндрическими либо в виде усеченного конуса, обращенного вершиной внутрь секции.

С целью снижения гидравлических сопротивлений при смывании твердого реагента пластовой жидкостью, в частности, высоковязкой, ось радиального канала преимущественно должна быть расположена под углом 45-90 к продольной оси секции.

При размещении в секции предлагаемого устройства в качестве твердого реагента - состава для предотвращения асфальтеносмолопарафиновых отложений или состава для предотвращения солеотложения, соотношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции преимущественно должно быть выполнено равным 0,5-2,5.

При размещении в секции в качестве твердого реагента - ингибитора коррозии, соотношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции преимущественно должно быть выполнено равным 0,2-3,0.

В предлагаемом устройстве преимущественно соединительный узел выполнен в виде соединительной муфты.

Благодаря использованию в предлагаемом устройстве модуля из нескольких аналогичных секций, с размещенным в каждой из них твердого реагента только одного вида, появляется возможность одновременного применения нескольких твердых реагентов разного вида в одном устройстве, что позволяет проводить одновременно комплексную обработку скважины путем подачи твердого реагента в пластовую жидкость.

Благодаря тому, что секции в предлагаемом устройстве сообщены друг с другом через отверстия в основании, а свободный торец устройства перекрыт перфорированной заглушкой, обеспечивается наряду с надежной защитой твердого реагента от засорения, также свободный проход пластовой жидкости через все секции.

Выполнение радиальных каналов в корпусе секции с учетом растворимости твердого реагента, дебита скважины и обводненности пластовой жидкости позволяет установить достаточно точную величину соотношения суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции в заявленных пределах 0,2-3,0 путем регулировки количества радиальных каналов и их диаметра, благодаря чему при эксплуатации предложенного устройства будет обеспечен равномерный и экономичный вынос твердого реагента в ствол скважины, что увеличит время его действия и повысит защитный эффект на длительное время.

Также этот эффект усиливается и тем, что радиальные каналы выполнены в корпусе равномерно по всей высоте, что позволит равномерно омывать твердый реагент пластовой жидкостью любой вязкости.

Выполнение радиальных каналов в заявляемом устройстве с различной формой поперечного сечения, а также цилиндрическими или в виде усеченного конуса, обеспечивают оптимальные условия омыва твердого реагента при различных гидродинамических условиях.

Выполнение оси радиального канала под углом, близким к 45°, является особенно преимущественным при использовании предлагаемого устройства в низкодебитных скважинах с высоковязкой пластовой жидкостью, т.к. в этом случае улучшаются гидродинамические условия растворения реагента.

Секции в заявляемом устройстве могут быть соединены соединительным узлом, например, выполненным в виде соединительной муфты, что обеспечивает жесткость и прочность конструкции.

Предлагаемые способ и устройство иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - продольное сечение, разрез А-А; на фиг.3-6 - форма выполнения радиальных каналов в предлагаемом устройстве.

Устройство содержит ряд секций 1, в которых размещен твердый реагент 2, 3 и 4. Каждая секция 1 состоит из корпуса 5 с радиальными каналами 6 и перфорированным основанием 7. Число секций 1 может меняться от двух и более в зависимости от видов твердых реагентов, которые необходимы для подачи их в пластовую жидкость. Секции 1 соединены между собой последовательно по торцам 8 посредством соединительного узла 9, например, соединительной муфты, и сообщены друг с другом гидравлически через отверстия 10 в перфорированном основании 7. Свободный торец 11 устройства перекрыт перфорированной заглушкой 12.

Устройство по торцу 11 связано с лифтовыми трубами НКТ 13. При этом устройство размещено в стволе скважины или в подвешенном состоянии, или с опорой 14 на забой скважины. При этом радиальные каналы 6 в корпусе 5 выполнены равномерно по всей высоте и в зависимости от вида твердого реагента, размещаемого в секции 1, дебита скважины и обводненности пластовой жидкости, их количество выполнено таким образом, чтобы соотношение суммы площадей поперечного сечения радиальных каналов, размещенных на 1 м длины корпуса секции, к площади поперечного сечения секции было равно 0,2-3,0.

Предлагаемое устройство применяется для реализации заявляемого способа и работает следующим образом.

Для изготовления одной секции 1 берут отрезки труб диаметром 60-73 мм и длиной 2,5-10 м. Далее в выбранной для обработки скважине определяют дебит и обводненность пластовой жидкости. Исходя из свойств и вида твердого реагента, размещаемого в секции 1, в корпусе 5 секции 1 выполняют по всей высоте равномерно радиальные каналы 6, например, цилиндрические, диаметр поперечного сечения которых может быть равным 8-16 мм. Количество радиальных каналов 6 выбирают таким образом, чтобы выполнялось указанное выше соотношение. Например, для твердого реагента - состава для предотвращения АСПО, содержащего в мас.%: порошкообразные синтетические или технические моющие средства - 4-65 и стекло натриевое жидкое каустическое - остальное, при дебите скважины 8,1 т/сут и обводненности пластовой жидкости 92%, это соотношение должно быть равно ориентировочно 1,5, т.е. в секции 1 длиной 5 м и диаметром 73 мм должно быть выполнено 30 радиальных каналов 6 диаметром 14 мм.

Далее изготовленную секцию 1 закрывают перфорированным основанием 7, помещают в нее твердый реагент и соединяют с другой секцией по торцам 8, где выполнена наружная резьба, посредством соединительной муфты 9 в единый модуль. Предлагаемое устройство, собранное из необходимого количества секций 1, заполненных твердым реагентом одного вида, или твердыми реагентами разного вида, крепится к лифтовым трубам, например, через хвостовик, посредством муфты и вместе с ним опускают в скважину в интервал перфорации, оставляя в подвешенном состоянии. В случае, если глубина скважины составляет более 1500 м, то предложенное устройство устанавливают с опорой на забой. Пластовая жидкость, поступающая из пласта из интервала перфорации, встречая на своем пути предлагаемое устройство, проникает через радиальные каналы и через нижнее перфорированное основание 7 внутрь секции 1. Здесь поток, соприкасаясь с твердым реагентом, растворяет определенную его часть, затем этот поток направляется через другое перфорированное основание 7 в другую, выше расположенную секцию 1. Подобное частичное растворение происходит во всех секциях 1, что обеспечивает поступление во внешний поток твердых реагентов различного действия. Далее этот поток, проходя через перфорированную заглушку 12, поступает через хвостовик в лифтовые трубы.

Постоянный характер растворения твердых реагентов во всех секциях в заявляемом устройстве, свободный доступ пластовой жидкости любой вязкости к секциям и внутрь их, обеспечивает не только равномерный вынос твердых реагентов разного вида, но и экономичный вынос, так как при изготовлении секций предложенного устройства учтен комплекс скважинных условий, оказывающих влияние на степень подачи в пластовую жидкость твердого реагента.

Пример осуществления предлагаемого способа в промысловых условиях. В процессе эксплуатации скважины № 196 Гожанского месторождения было установлено, что для этой скважины характерен процесс выпадения АСПО в лифтовой колонне, а также процесс солеобразования. Кроме того, вследствие повышенного содержания сероводорода в пластовой жидкости, скважинное оборудование было подвержено сильной коррозии. Для исключения таких нежелательных явлений и был применен на этой скважине предлагаемый способ и устройство.

Вначале было определено, что дебит указанной скважины составляет 8,1 т/сутки, обводненность пластовой жидкости - 92%, вязкость - 148,33 сСт, глубина скважины 1410 м. Для комплексной защиты скважинного оборудования требовалась подача трех твердых реагентов разного вида: для предотвращения АСПО, солеотложения и ингибитор коррозии. В качестве указанных твердых ингибиторов были использованы следующие вещества:

- состав для предотвращения АСПО, мас.%: порошкообразные синтетические (ТУ 2381-007-04643756-940) или технические (ТУ 2499-019-04643756-96) моющие средства 4 - 65 и стекло натриевое жидкое каустическое (ТУ 6-18-68-75) - остальное;

- состав для предотвращения солеотложения, мас.%: технические амины (ТУ 6-02-750-87) 30-70 и нитрилотриметилфосфоновая кислота (ТУ 6-09-20-235-93) - остальное;

- ингибитор коррозии, мас%: технические амины 40-70; “Нефтехим 1” (ТУ 2415-001-00151816-94) - остальное.

Указанные твердые реагенты были изготовлены в форме цилиндров (“колбасок”), и при этом было выдержано соотношение их поперечного сечения к поперечному сечению секции как 0,50,95 в зависимости от вида твердого реагента и скважинных условий (дебита и обводненности).

С учетом растворяющей способности твердых реагентов, а также дебита скважины и обводненности пластовой жидкости, для каждого вида твердого реагента была изготовлена секция из отрезка трубы длиной 5 м и диаметром 73 мм. В корпусе секции равномерно по всей высоте были выполнены радиальные цилиндрические каналы, поперечное сечение которых имело форму круга. При этом в корпусе секции для размещения состава для предотвращения АСПО было выполнено 30 шт. радиальных каналов, для состава по предотвращению солеотложения - 25 шт., и для ингибитора коррозии - 20 шт. при этом соотношение суммы площадей поперечных сечений радиальных каналов (S_p.к), размещенных на 1 м длины секции, к площади поперечного сечения секции (S_c) было следующим для секций с разными твердыми реагентами:

(для состава по предотвращению АСПО) S_p.к:S_c=1,5;

(для состава по предотвращению солеотложения) S_p.к: S_c=l,28;

(для ингибитора коррозии) S_p.к:S_c=1,02.

Далее подготовленные секции снабдили перфорированными основаниями и заполнили соответствующим реагентом. Затем секции собирали в модуль, соединяя их последовательно по торцам посредством соединительных муфт. При этом порядок соединения секций был следующий: нижняя секция для ингибитора коррозии, средняя секция - для состава по предотвращению солеотложения и верхняя секция - для состава по предотвращению АСПО. Свободный торец верхней секции перекрыли перфорированной заглушкой. Затем верхнюю секцию присоединили к хвостовику лифтовой колонны также посредством соединительной муфты и собранное устройство опустили в скважину, установив его в интервал перфорации на глубине 1270 м. Учитывая, что скважина № 196 является неглубокой (глубина менее 1500 м), то предлагаемое устройство оставили в подвешенном состоянии. Затем скважину пустили в эксплуатацию.

На поверхности традиционными лабораторными методами проводили контроль за выносом твердых реагентов путем определения информационных ионов в пластовой жидкости.

Результаты показали, что благодаря использованию на указанной скважине предлагаемого изобретения произошло увеличение межочистного периода работы скважины до 180 суток (ранее межочистной период работы скважины составлял всего 30 суток).

Таким образом, предлагаемый способ подачи твердого реагента в скважину и устройство для его осуществления позволяют обеспечить постоянную обработку пластовой жидкости как одним видом твердого реагента, так и твердыми реагентами разного вида на протяжении всего цикла нефтедобычи. При этом обеспечивается равномерный и экономичный вынос твердого реагента при различном дебите и режимах эксплуатации скважины, что позволяет, наряду с увеличением межочистного периода работы скважины, еще и увеличить межремонтный период работы таких скважин не менее, чем в 2-3 раза.