способ разрушения твердого теплоизоляционного материала в закрытом пространстве

Формула изобретения

1. Способ разрушения твердого изоляционного материала, полученного способом золь-гель и образованного органогелем, размещенного в закрытом пространстве, отличающийся тем, что осуществляют через указанный материал перколяцию снизу вверх воды, а затем основной растворяющей жидкости, выбранной из группы, состоящей из гидроокиси натрия NaOH, калия КОН, аммония NH₄ОH, раствора или суспензии щелочноземельной гидроокиси кальция Са(ОН)₂ или магния Мg(ОН)₂ по отдельности или в смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную основную растворяющую жидкость предварительно нагревают посредством циркуляции через теплообменник.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную основную растворяющую жидкость рециркулируют через теплообменник.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду предварительно нагревают путем прохода через теплообменник.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что до введения указанной основной растворяющей жидкости осуществляют стадию сушки органогеля в ксерогеле.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанную основную растворяющую жидкость вводят в закрытое пространство под давлением.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что осуществляют дополнительную стадию прополаскивания закрытого пространства.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу разрушения твердого теплоизоляционного материала, и в частности, такого, как твердый теплоизоляционный материал, помещаемый вокруг трубопровода в закрытом пространстве, например, в нефтяной скважине.

В процессе ввода в эксплуатацию нефтяного месторождения углеводороды наполняют трубопровод, называемый эксплуатационной колонной, со дна скважины до поверхности. В глубине скважины давление и температура относительно высокие, например, 100С и 300 бар. В процессе подъема углеводородов к поверхности эти температура и давление уменьшаются вместе с этим подъемом, и, как результат, температура на выходе из скважины составляет, например, порядка 30С.

Это понижение температуры углеводородов в эксплуатационной колонне ведет к увеличению вязкости и веса этих углеводородов, что может повлечь за собой замедление их вытекания. Более того, понижение температуры может иногда вызывать осаждение на стенку колонны гидратов предельных углеводородов или жидких пузырей, например, из воды. Если это осаждение будет накапливаться в трубопроводе, то оно может повлечь за собой серьезные эксплуатационные проблемы, такие как ослабление углеводородов и даже полная закупорка трубопровода. Обычно, если хотят избежать этих опасностей, предприниматель обязан принимать меры по отношению к этому явлению осаждения, либо предотвращая его появление путем нагнетания ингибирующего химического продукта, либо избавляясь путем соскабливания или чистки трубопровода специальными приспособлениями, либо разогревая его возможным средством, имеющимся в распоряжении. Во всех этих случаях такие операции предполагают значительный расход денежных средств. Такой же вид проблем возникает в трубопроводах, которые связывают верхнюю часть скважины с удаленным центром переработки.

Помещение теплоизоляционного материала вокруг трубопровода или эксплуатационной колонны, в случае необходимости, в совокупности с системой электронагрева или другой системой позволяет удерживать в повышенном значении температуру эфлюентов в ходе их следования, уменьшая таким образом осаждения на стенке колонны и другие проблемы, связанные с температурой.

Во французской заявке на патент №9801009 описан способ приготовления нагнетаемой и гелеобразуемой смеси in situ (no месту) в закрытом пространстве, например, в кольцевом пространстве нефтяной скважины, начиная с предшественника, подвергаемого загустеванию, содержащего или нет твердые частицы, разжиженного растворителя и катализатора гелеобразования. Этот способ включает первый этап, в процессе которого разжиженный растворитель и катализатор гелеобразования смешиваются вместе; и второй этап, в процессе которого полученный раствор смешивается с предшественником, подвергаемым загустеванию; смесь, полученная таким образом, нагнетается в закрытое пространство. По изобретению каждый из первого и второго этапов осуществляется в статическом смесителе. Этот способ позволяет, например, поместить изолирующую муфту, образованную органогелем in situ в кольцевом пространстве нефтяной скважины.

Закрытое пространство может также содержать теплоизоляционный материал, образованный порошком из аэрогелей или из ксерогелей, синтезируемым ex situ (не по месту) и введенным в закрытое пространство, например, посредством шнекового питателя порошкообразными веществами. Оно может также содержать аэрогели, синтезируемые in situ, как описано в документе ФР 9513601.

Когда твердая изолирующая муфта размещается в кольцеобразном пространстве скважины, может случиться, что возникнет необходимость либо изменить изолирующие характеристики муфты в зависимости от развития условий в скважине, либо приступить к операции по техническому содержанию на скважине, либо еще извлечь из скважины эксплуатационную колонну. Наличие твердой изолирующей муфты в кольцевом пространстве скважины делает трудным и даже невозможным этот вид вмешательств.

Чтобы иметь возможность приступить к таким вмешательствам на скважине, необходимо предварительно извлечь твердую изолирующую муфту.

В соответствии с изложенным технической задачей настоящего изобретения является создание способа разрушения твердого изоляционного материала, размещенного в закрытом пространстве, который прост и эффективен и который обеспечивает то, что изоляционный материал может быть полностью извлечен из пространства, которое он заполнял.

Данная техническая задача решается за счет создания способа разрушения твердого изоляционного материала, полученного способом золь-гель и образованного органогелем, размещенного в закрытом пространстве, при котором согласно изобретению осуществляют через указанный материал перколяцию снизу вверх воды, а затем основной растворяющей жидкости, выбранной из группы, состоящей из гидроокиси натрия NaOH, калия КОН, аммония NH₄ОH, раствора или суспензии щелочноземельной гидроокиси кальция Са(ОН)₂ или магния Мg(ОН)₂ по отдельности или в смеси.

Предпочтительно основную растворяющую жидкость предварительно нагревают посредством циркуляции через теплообменник.

Предпочтительно основную растворяющую жидкость рециркулируют через теплообменник.

Предпочтительно воду предварительно нагревают путем прохода через теплообменник.

Предпочтительно до введения указанной основной растворяющей жидкости осуществляют стадию сушки органогеля в ксерогеле.

Предпочтительно основную растворяющую жидкость вводят в закрытое пространство под давлением.

Предпочтительно осуществляют дополнительную стадию прополаскивания закрытого пространства.

Далее настоящее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором представлен схематичный вид установки, позволяющей осуществить способ разрушения твердого теплоизоляционного материала согласно изобретению.

Как показано на чертеже, нефтяная скважина 10 включает эксплуатационную колонну 12, проходящую между верхней частью скважины 14, расположенной на поверхности почвы 16 или в известных случаях на платформе в море, и пластом нефтеносной породы 18.

К своему нижнему краю, в точке немного выше уплотнения 20, расположенного в скважине 10, эксплуатационная колонна включает устройство 22, обеспечивающее циркуляцию жидкостей. Кольцевое пространство 24, установленное между крепью 26, которая формирует стенку скважины и эксплуатационную колонну 12, ограничено верхней частью скважины 14 и уплотнением 20. Это кольцевое пространство заполнено твердым изоляционным материалом, полученным, например, способом типа золь-гель.

Твердый изоляционный материал, расположенный в кольцевом пространстве 24, может быть образован органогелем, аэрогелем или ксерогелем. Здесь следует напомнить, что под аэрогелем понимается микропористое твердое тело, изготовление порошка или монолитов из которого включает обычно этап суперкритической сушки, а под органогелем понимается, например, совокупность материалов, полученных в результате синтеза типа золь-гель, начиная с органометаллических предшественников, но не подвергающихся сушке. Термин ксерогель обозначает пористые твердые тела, полученные способом золь-гель, но просушенные, не прибегая к суперкритическому процессу.

Твердый изоляционный материал, расположенный в кольцевом пространстве 24, служит для того, чтобы избежать понижения температуры, которое происходит, когда эфлюенты поднимаются от пласта нефтеносной породы 18 к поверхности. Обычно без изоляционного материала эфлюенты проходят от температуры в 150С на глубине 3000 м до температуры приблизительно 30С на выходе 28. Это понижение температуры вызывает осаждение предельных углеводородов и других соединений на стенку эксплуатационной колонны 12.

Во время эксплуатационной фазы скважины может быть необходимо изменить характеристики изоляционного материала с тем, чтобы учитывать развитие термических условий в скважине. Может быть также необходимо приступить к операции по техническому содержанию скважины или в случае износа или механической неисправности - к извлечению эксплуатационной колонны для ее замены. Прежде чем получить возможность приступить к таким операциям на скважине, необходимо извлечь твердый изоляционный материал, размещенный в кольцевом пространстве.

Чтобы иметь возможность извлечь твердый изоляционный материал из кольцевого пространства, надо сначала его разрушить, превращая его в немного вязкую жидкую фазу или в суспензию незначительной вязкости. Чтобы это осуществить, на поверхности почвы 16 рядом с верхней частью скважины 14 располагают установку, включающую резервуар 28, предназначенный для содержания основной растворяющей жидкости. Под основной растворяющей жидкостью понимаются обычно растворы NaOH, но могут быть применены растворы КОН, гидрата окиси аммония (NH₄ОН) и, в меньшей мере, растворы или суспензии щелочноземельных гидроокисей Са(ОН)₂ или Мg(ОН)₂. Трубопровод 30, в котором монтируется насос 32, ведет от резервуара 28 к теплообменнику, изображенному обычно в 34, предназначенному для разогрева растворяющей жидкости. От теплообменника 34 трубопровод 36, снабженный клапаном управления 38, открывается через верхнюю часть скважины 14 в эксплуатационную колонну 12. Растворяющая жидкость заполняет внутреннюю часть эксплуатационной колонны, затем проходит через устройство 22 к кольцевому пространству 24. Жидкая смесь, выходя из кольцевого пространства, проходит через трубопровод 40, снабженный клапаном 42, к сборному резервуару 44. Чтобы иметь возможность свести к минимуму потери эфлюента, трубопровод 46 обеспечивает рециркуляцию жидкости в месте выше насоса 32.

Согласно способу по изобретению эта установка позволяет вводить в кольцевое пространство жидкость, поступающую из резервуара 28, и рекуперировать жидкую смесь, получающуюся в результате разрушения твердого изоляционного материала, содержащегося в кольцевом пространстве.

Изобретение иллюстрируется нижеследующими неограничивающими примерами.

Пример 1

В этом примере объем, заполненный термоизоляционным материалом, предназначенным для разрушения, создается кольцевым пространством, составленным внешней цилиндрической трубой с внутренним диаметром 150 мм в вертикальном положении, которая сама содержит концентрично трубу с внешним диаметром 70 мм, всё - имеющее 1,2 м высоты. Кольцевое пространство, разграниченное этими двумя трубами, было заполнено смесью, подвергшейся загустеванию in situ. Это заполнение было осуществлено следующим образом: в первом чане производилась первая смесь, создаваемая 7,2 кг этанола, к которому при помешивании добавляли 100 г водного раствора фтористоводородной кислоты при 48% массы. Этот гомогенный раствор перемещался во второй перемешивающий чан, содержащий предварительно 8,3 кг полиэтоксизилана HYDROSIL (ASTE)® фирмы PCAS. Новая смесь, полученная таким образом, вводится затем посредством насоса внутрь указанного кольцевого пространства. Полное желатинирование достигается по прошествии 48 часов.

Операция по разрушению теплоизоляционного материала, содержащегося в кольцевом пространстве, осуществленная через 2 месяца после его изготовления, заключается:

- во-первых, в необходимости перколировать снизу вверх в кольцевом пространстве воду по 200 л/час, чтобы максимально экстрагировать спиртовую фазу в течение 15 минут;

- во-вторых, нагнетают с помощью насоса раствор едкого натра 4 моля на литр, начиная с резервуара, содержащего 18 литров содового раствора. Этот раствор проходит через теплообменник при 40С прежде, чем проникнет в кольцевое пространство снизу вверх по 210 л/час. Жидкость, вытекающая в начале кольцевого пространства, вновь направляется в содовый резервуар, устанавливая, таким образом, вращение по кругу. По прошествии 2 часов непрерывной перколяции с рециркуляцией твердый изоляционный материал, содержащийся в кольцевом пространстве, полностью удален и не содержит больше ничего, кроме основного рассола. Этот последний затем заменяется сырой водой. В конце операции начальный твердый изоляционный материал был подменен технической водой.

Пример 2

В этом примере кольцевое пространство, описанное в примере 1, было заполнено аэрогельным порошком двуокиси кремния на высоту 0,7 метра. Этот порошок был подготовлен через способ золь-гель и суперкритическую сушку посредством CO₂. Разрушение этого твердого изоляционного материала было осуществлено следующим образом: посредством насоса нагнетается 9 литров раствора едкого натра 4 моль/л сквозь теплообменник при 45С в верхней части кольцевого пространства. Как только сода оказывается на месте, надо подождать 18 часов. По прошествии этого промежутка времени было установлено отсутствие твердого образования в кольцевом пространстве, твердое образование было полностью растворено, уступая место основному рассолу. Как и в примере 1, основной рассол был заменен технической водой. В конце операции начальный твердый изоляционный материал был подменен технической водой.

Пример 3

В этом примере объем, заполненный теплоизоляционным материалом, предназначенным для разрушения, создан кольцевым пространством, расположенным между внешней вертикальной трубой с внутренним диаметром 6"5/8 (168 мм) и внутренней концентрической трубой с внешним диаметром 3" ¹/₂ (88,9 мм), всё - имеющее длину 10 м. В этом кольцевом пространстве был синтезирован предварительно in situ монолит аэрогеля двуокиси кремния с ацетиленовой сажей (“carbon black”). Операция разрушения теплоизоляционного материала была осуществлена способом, описанным ниже. В резервуаре 28 на 500 л, содержащем 300 л содового раствора (NaOH 4 моль/литр), посредством насоса 32 изымается 1 м³/час раствора едкого натра, который пропускается сквозь теплообменник при 60С, затем пропускается сверху вниз трубы 12 и вновь поднимается в кольцевое пространство 24 после прохода через клапан 22 с тем, чтобы снова выйти вверх кольцевого пространства и возвратиться, наконец, в резервуар 28. Таким образом была установлена циркуляция в закрытом кольце в течение 4 часов содового раствора. По прошествии этого промежутка времени больше не остается в кольцевом пространстве твердого образования, которое необходимо растворить. Прополаскивание/мойка этого пространства осуществляется, производя циркуляцию 5 м³ невозвратной технической воды. В конце операции начальный твердый изоляционный материал был разрушен и подменен технической водой, удаляя таким образом последние следы газовой сажи.

До нагнетания в скважину растворяющей жидкости можно на дополнительной стадии предварительной промывки нагнетать предварительно воду. Можно также в трубопроводе 40 расположить фильтр выше сборного резервуара 44 или, в случае необходимости, дробилку, предназначенную для разрушения кусков аэрогеля значительных размеров, выходящих из скважины.

В случае со скважиной, не оснащенной циркуляционным клапаном на глубине, можно поместить в кольцевом пространстве теплоизоляционный материал на основе органогеля двуокиси кремния без всякой сушки посредством СО₂. Чтобы иметь возможность разрушить этот изоляционный материал без циркуляции едкого натра, решение вопроса состоит в том, чтобы выпарить весь или часть пропитывающего растворителя органогеля, что получается в результате изготовления in situ ксерогеля, высвобождая таким образом пустое пространство по всей длине обсадной трубы (кольцевой размер) простым явлением уменьшения в объеме, связанного с сушкой растворителя в некритических условиях. Затем через верх кольцевого пространства вводится основной раствор, например соды, с тем, чтобы растворить двуокись кремния in situ, при этом нет необходимости проведения циркуляции основного раствора. После этих стадий кольцевое пространство будет содержать тогда рассол силиката натрия или калия, в зависимости от используемого основания.

Можно рассмотреть вопрос по преобразованию изоляционного материала в суспензию незначительной вязкости, извлекаемую из закрытого пространства посредством циркуляции соответствующей жидкости, например, воды.

Чтобы разрушить изоляционный материал, образованный из органогеля, можно рассмотреть вопрос об осуществлении перколяции через изоляционный материал основного раствора, способ, включающий предварительную дополнительную стадию перколяции воды, извлекая таким образом часть органической фазы изоляционного материала.

Чтобы разрушить изоляционный материал, образованный из органогеля, можно также рассмотреть вопрос об осуществлении перколяции через изоляционный материал основного раствора, способ, включающий предварительную дополнительную стадию перколяции предварительно нагретой воды путем прохождения сквозь теплообменник, извлекая таким образом часть органической фазы изоляционного материала.

Чтобы разрушить изоляционный материал, образованный из органогеля, можно, наконец, предусмотреть стадию сушки органогеля в ксерогеле и до введения основного раствора, растворяющего изоляционный материал.