способ ликвидации и предотвращения образования асфальтено-смоло-парафиновых отложений и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ ликвидации и предотвращения образования асфальтено-смоло-парафиновых отложений (АСПО), состоящий в том, что в насосно-компрессорной трубе (НКТ) скважины на длину от устья до призабойной зоны или на глубину возможного формирования АСПО опускают кабель с количеством проводников в нем от 1 до 20, на котором крепят электрические с числом электродов от 2 до 10 разрядники количеством от 1 до 1000 штук на расстоянии ( s_(n-1),n) от 0,3 м до 5000 м друг от друга, на каждый из которых по кабелю подают от располагаемого на поверхности блока управления (БУ) импульсы или пакеты импульсов напряжения с амплитудой от 10 В до 50 кВ длительностью от 1 нс до 100 мс, с фронтом от 1 нс до 1 мс, спадом от 1 нс до 1 мс, частотой следования от 0,1 Гц до 1 МГц, скважностью импульсов от 10^-5 до 10⁹, указанные параметры которых формирует БУ, в результате чего производят разряд на любом из разрядников независимо от других разрядников или на любой выбираемой из их общего количества группе разрядников и локальный нагрев в месте разряда, для контроля процессов получают сигналы от акустических датчиков числом от 1 до 100, датчиков температуры числом от 1 до 100 и датчиков давления числом от 1 до 100, которые устанавливают внутри НКТ и межтрубном пространстве, инициируют тем самым электрогидродинамические ударные волны и в комплексе указанных воздействий на все разрядники повышают температуру в НКТ выше температуры плавления АСПО, производят при этом очистку НКТ ударными волнами, разрушают твердые фракции нефтяной жидкости в продукте, снижают вязкость продукта, предотвращают выпадение АСПО и ликвидируют выпавшие АСПО.

2. Способ по п.1, по которому для подачи импульса на любой n-й разрядник БУ формируют импульс из условия U_0,n U_n U_0(n-1), где U_n - амплитуда импульса, который подают на n-й разрядник, U_0,n - напряжение пробоя n-го разрядника, и 1 нс _n-1 [ _n-( s_(n-1),n/с)], где _n - фронт импульса, который подают на n-й разрядник, s_(n-1),n - расстояние между разрядниками, c - скорость электромагнитной волны в кабеле, и тем самым формируют начало возникновения разряда на любом разряднике независимо от других разрядников.

3. Способ по п.1, по которому длительность импульса формируют из условия прекращения разряда на предыдущем по времени разряднике к моменту, когда подают импульс на последующий по времени разрядник.

4. Способ по п.1, по которому длительность импульса от 1 нс до 100 мс и его амплитуду от 0,01 кВ до 50 кВ выбирают для максимального выделения тепловой энергии в объеме разряда.

5. Способ по п.1, по которому от 1 до 100 разрядников располагают в призабойной зоне, опуская их через НКТ и межтрубное пространство, на которые подают импульсы, формируя их с помощью БУ, длительность и напряжение которых выбирают из условия возникновения ударной волны с максимальной мощностью и воздействуют возникающим электрогидродинамическим ударом на перфорацию и призабойный слой, разрушают при этом твердые фракции в нефтяной жидкости, снижают вязкость нефтяной жидкости, очищают перфорации и подводящие каналы нефтегазоносного пласта от механических примесей и АСПО, предотвращают их образование и предотвращают забивание перфорации механическими примесями, в результате увеличивают приток нефтяной жидкости и тем самым увеличивают дебит скважины.

6. Способ по п.1, по которому время начала разряда (n-1)-го разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от n-го разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов снизу вверх по скважине, и время начала разряда n-го разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от (n-1)-го разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов сверху вниз по скважине и суммируют таким образом энергию воздействия электрогидродинамических ударных волн.

7. Способ по п.1, по которому время начала разряда (n-1)-го разрядника синхронизируют со временем поступления нефтяной жидкости на него после разряда n-го разрядника, которое, в свою очередь, определяют как отношения расстояния между n-м и (n-1) разрядниками ( s_(n-1),n) и скоростью течения нефтяной жидкости в НКТ и тем самым суммируют тепловой поток.

8. Способ по п.1, по которому всю его совокупность операций используют на любом участке НКТ, в том числе для нагревания нефтяной жидкости в нефтепроводе, предотвращают выпадения в нем АСПО и ликвидируют выпавшие АСПО.

9. Способ по п.1, по которому на разрядники подают импульсы с частотой заполнения от 10 Гц до 1 ГГц, которую выбирают для максимального прогрева нефтяной жидкости в скважине.

10. Способ по п.1, по которому контроль срабатывания каждого разрядника выполняют при помощи акустических датчиков количеством от 1 до 100, которые устанавливают в нефтяную жидкость внутри НКТ и в межтрубном пространстве, на саму НКТ и обсадную трубу.

11. Способ по п.1, по которому с помощью БУ регулируют подачу импульсов на каждый отдельный разрядник в соответствие с показаниями физических параметров скважины, которые измеряют датчиками температуры количеством от 1 до 100, давления количеством от 1 до 100 и акустическими датчиками количеством от 1 до 100, устанавливаемыми в НКТ, и термограммой скважины.

12. Способ по п.1, по которому разрядники в соответствии с термограммой скважины устанавливают в местах с минимальной температурой нефтяной жидкости в НКТ.

13. Способ по п.1, по которому от 1 до 100 разрядников располагают в межтрубном пространстве ниже динамического уровня до призабойной зоны скважины.

14. Способ по п.1, по которому разряды формируют 3-электродными разрядниками, на два электрода которых подают по отдельному кабелю или другому проводнику основного кабеля постоянное напряжение питания разрядника (НПР) от 1 В до 50 кВ от накопительных конденсаторов БУ общей емкостью от 0,1 нФ до 100 мФ, а на 3-й электрод разрядника подают импульс, который формирует БУ, при этом НПР, емкость конденсаторов, их время заряда и разряда и параметры импульса подбирают отдельно для каждого разрядника в зависимости от его местоположения таким образом, чтобы обеспечить максимальную мощность разряда, и синхронизируют эти параметры блоком синхронизации БУ, которым, в свою очередь, управляют контроллером БУ.

15. Способ по п.1, по которому для транспортировки кабеля с разрядниками каждый разрядник с центраторами помещают в механически жесткий контейнер, который снимают при погружении кабеля с разрядниками в скважину.

16. Способ по п.1, по которому используют коаксиальные кабели.

17. Способ по п.1, по которому подачу импульсов на разрядники, подачу напряжения на разрядники, снятие данных с датчиков, установленных в НКТ и межтрубном пространстве, осуществляют раздельными кабелями, которые через сальники опускают в НКТ и межтрубное пространство.

18. Установка для осуществления способа ликвидации и предотвращения образования АСПО, содержащая конструктивно и электрически взаимосвязанные между собой кабель, введенный через сальник в насосно-компрессорную трубу (НКТ), расположенный от устья до призабойной зоны, и кабель, введенный через сальник в межтрубное пространство и расположенный от устья скважины до призабойной зоны, на кабелях установлены разрядники с центраторами на расстояниях ( s_(n-1),n) от 0,3 м до 5000 м друг от друга, при этом кабели электрически и механически соединены с блоком управления (БУ), который составлен из электрически взаимосвязанных между собой контроллера, блока приема-передачи данных на внешний процессор, генератора импульсов для разрядников в межтрубном пространстве (МП), блока управления параметрами импульсов генератора для разрядников МП, блока синхронизации МП, накопительных конденсаторов МП, блока питания разрядников МП, блока управления параметрами импульсов генератора для разрядников в НКТ, блока синхронизации НКТ, генератора импульсов для разрядников в НКТ, блока питания разрядников НКТ, накопительных конденсаторов НКТ, внешнего процессора, с возможностью осуществления внешнего контроля и управления процессами в скважине и блоке управления, а также программирования и перепрограммирования блоков БУ, блока приема и обработки данных от датчиков (блока датчиков), соединенного с акустическими датчиками числом от 1 до 100, датчиками температуры числом от 1 до 100 и датчиками давления числом от 1 до 100, установленными внутри НКТ и межтрубном пространстве, при этом от 1 до 100 акустических датчиков установлены на НКТ и от 1 до 100 датчиков установлены на обсадной трубе, при этом все блоки БУ соединены с блоком питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для ликвидации и предотвращения образования асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО) в нефтегазодобывающих скважинах. Образование стойких эмульсий в скважинах в совокупности АСПО в пласте приводит к значительному снижению добычи нефти.

Известны различные способы ликвидации и предотвращения образования асфальтено-смоло-парафиновых отложений, установки для их осуществления, а также описания исследований разноплановых вопросов, с ними связанных [1-18]. Например, известный способ нагрева внутрискважинной жидкости нагревательным кабелем (НК) выше температуры плавления АСПО [1-5], применяемый для ликвидации и предотвращения образования АСПО, состоит в том, что осуществляют нагрев продукта в насосно-компрессорной трубе (НКТ) путем пропускания электрического тока по НК через питающую жилу. Регулируют тепловыделение по глубине образований отложений, измеряя электрическую мощность в релейном режиме так, чтобы температура в скважине была на 5-50°C выше температуры плавления АСПО. Одновременно контролируют температуру электроизоляции греющих элементов, ограничивая ее температурой плавления изоляции.

Устройство для реализации этого способа в различных вариантах исполнения содержит один или несколько изолированных нагревательных элементов и токопроводящую жилу, а также замыкатель тока между ними, причем нагревательные элементы и токопроводящая жила объединены общей электроизоляцией в одну конструкцию в виде многожильного кабеля [1-4]. При этом НК, расположенный вне НКТ, потребляет значительно больше энергии по сравнению с таким же кабелем, расположенным внутри НКТ [5].

Не удается сократить энергопотребление путем замены НК на множество нагревательных элементов («М точек») [6]. В этом способе осуществляется контроль и подача энергии в каждую точку, но точки расположены с внешней стороны НКТ, поскольку не удается осуществить контроль и подачу энергии в каждую точку в случае их расположения внутри НКТ. Соответственно, расходуется значительно большее потребление энергии по сравнению с тем, как если бы эти точки располагались внутри НКТ.

Главным недостатком подобных способов и устройств для их реализации, основанных на нагревании, является большое потребление энергии: 40-100 Вт/м [5, 7, 8]. Другим недостатком является низкая температура и, соответственно, низкая удельная теплоотдача нагревательного элемента, связанная с ограничением температуры по электроизоляции, что снижает производительность очистки НКТ.

Принцип действия скважинных ЭГД аппаратов основан па разрушении и удалении солевых или АСПО из призабойной зоны скважины комплексом воздействующих факторов: ударными волнами, пульсирующим парогазовым пузырем и скоростным гидропотоком, образующимися при высоковольтном электрическом разряде в жидкости. ЭГД аппараты для увеличения дебита скважины воздействием на призабойный слой промышленно используются, например, компанией «Waterhunters» [9] и реализуется в различных вариантах исполнения [10, 11]. Отличительной особенностью этих методов является значительная энергия импульса: до 5 кДж выходной мощностью до 500 МВт и использование только в призабойной зоне, что ограничивает сферу применения таких способов очистки скважин.

Известен также способ очистки внутренней поверхности труб, заключающийся в том, что на внутреннюю поверхность трубы воздействуют электрогидравлическим ударом (ЭГДУ) с помощью электрогидравлического излучателя, который перемещают внутри по мере очищения трубы. Рабочее напряжение разрядного импульса ограничивается напряжением, при котором происходит разрушение труб [12]. Подобным способом производится очистка внутренней поверхности труб в промышленности [13].

Известно, что при воздействии ЭГДУ на нефтяную жидкость меняется ее структура, происходит множественное дробление капель жидкости, образование водонефтяной эмульсии, разрушаются тяжелые фракции, снижается вязкость нефти, в целом изменяются ее физико-химические свойства. Одновременно в самой жидкости происходит локальный нагрев и выделение значительной тепловой энергии при высоком кпд [14-16].

Наиболее близкими по технической сущности и сходству с существенными признаками к предлагаемому способу увеличения дебита нефтяной скважины, а также ликвидации и предотвращения АСПО в НКТ являются [1-16], в частности: - очистка трубопроводов электрогидродинамическим ударом (ЭГДУ).

В качестве наиболее близкого аналога, как для способа, так и для устройства по совокупности признаков, целесообразно выбрать устройство, раскрытое в патенте RU 2175898 C1, 2001. Данное устройство также предназначено для ликвидации отложений при очистке скважины и трубного оборудования и содержит следующие, общие с заявленным способом существенные признаки: на глубину возможного формирования отложений опускают кабель с электродами, образующими разрядник, по кабелю подают от располагаемого на поверхности блока управления импульсы напряжения частотой следования от 0,1 Гц, в результате чего производят разряд на разряднике и локальный нагрев в месте разряда, инициируют тем самым электродинамические ударные волны. Признаки, общие с заявленным устройством: кабель, разрядники, блок управления, генератор импульсов для разрядников, конденсаторы.

Достигаемый технический результат заключается в снижении потребляемой мощности и увеличении дебита скважин.

В качестве кратких сведений, раскрывающих сущность изобретения, следует отметить, что указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе ликвидации и предотвращения образования АСПО, состоящем в том, что в НКТ скважины на длину от устья до призабойной зоны или на глубину возможного формирования АСПО опускают кабель с количеством проводников в нем от 1 до 20, на котором крепят электрические с числом электродов от 2 до 10 разрядники, количеством от 1 до 1000 штук, на расстоянии ( s_(n-1),n) от 0,3 м до 5000 м друг от друга. На каждый из разрядников по кабелю подают от располагаемого на поверхности блока управления (БУ) импульсы или пакеты импульсов напряжения, с амплитудой от 10 В до 50 кВ, длительностью от 1 нс до 100 мс, с фронтом от 1 нс до 1 мс, спадом от 1 нс до 1 мс, частотой следования от 0,1 Гц до 1 МГц, скважностью импульсов от 10^-5 до 10⁹, указанные параметры которых формируют БУ. В результате этого производят разряд на любом из разрядников независимо от других разрядников или на любой выбираемой из их общего количества группе разрядников и локальный нагрев в месте разряда. Для контроля процессов получают сигналы от акустических датчиков числом от 1 до 100, датчиков температуры числом от 1 до 100 и датчиков давления числом от 1 до 100, которые устанавливают внутри НКТ и межтрубном пространстве. Инициируют тем самым электрогидродинамические ударные волны и в комплексе указанных воздействий на все разрядники повышают температуру в НКТ выше температуры плавления АСПО. Производят при этом очистку НКТ ударными волнами, разрушают твердые фракции нефтяной жидкости в продукте, снижают вязкость продукта, предотвращают выпадение АСПО и ликвидируют выпавшие АСПО.

Указанный технический результат обеспечивается также тем, что в заявленном способе для подачи импульса на любой n-ый разрядник БУ формирует импульс из условия U_0,n U_n U_0(n-1), где U_n - амплитуда импульса, который подают на n-ый разрядник, U_0,n - напряжение пробоя n-го разрядника и 1 нс _n-1 [ _n-( s_(n-1),n/c)], где _n - фронт импульса, который подают на n-ый разрядник, s_(n-1),n - расстояние между разрядниками, c - скорость электромагнитной волны в кабеле, и тем самым формируют начало возникновения разряда на любом разряднике независимо от других разрядников.

Модификации реализации существенных признаков заявленного способа заключаются, например, в том, что длительность импульса формируют из условия прекращения разряда на предыдущем по времени разряднике к моменту, когда подают импульс на последующий по времени разрядник, а длительность импульса от 1 нс до 100 мс и его амплитуду от 0,01 кВ до 50 кВ выбирают для максимального выделения тепловой энергии в объеме разряда. В вариациях способа также от 1 до 100 разрядников располагают в призабойной зоне, опуская их через НКТ и межтрубное пространство, на которые подают импульсы, формируя их с помощью БУ, длительность и напряжение которых выбирают из условия возникновения ударной волны с максимальной мощностью, и воздействуют возникающим электрогидродинамическим ударом на перфорацию и призабойный слой. Разрушают при этом твердые фракции в нефтяной жидкости, снижают вязкость нефтяной жидкости, очищают перфорации и подводящие каналы нефтегазоносного пласта от механических примесей и АСПО, предотвращают их образование и предотвращают забивание перфорации механическими примесями, в результате увеличивают приток нефтяной жидкости и тем самым увеличивают дебит скважины.

Время начала разряда (n-1)-го разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от n-го разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов снизу вверх по скважине, и время начала разряда n-го разрядника синхронизируют со временем поступления на него ударной волны от (n-1)-го разрядника при последовательности возбуждения или формирования разрядов сверху вниз по скважине и суммируют таким образом энергию воздействия электрогидродинамических ударных волн. Время начала разряда (n-1)-го разрядника также синхронизируют со временем поступления нефтяной жидкости на него после разряда n-го разрядника, которое в свою очередь определяют как отношения расстояния между n-м и (n-1) разрядниками ( s_(n-1),n) и скоростью течения нефтяной жидкости в НКТ и тем самым суммируют тепловой поток.

По заявленному способу также на разрядники подают импульсы с частотой заполнения от 10 Гц до 1 ГГц, которую выбирают для максимального прогрева нефтяной жидкости в скважине.

Контроль срабатывания каждого разрядника выполняют при помощи акустических датчиков количеством от 1 до 100, которые устанавливают в нефтяную жидкость внутри НКТ и в межтрубном пространстве, на саму НКТ и обсадную трубу. С помощью БУ регулируют подачу импульсов на каждый отдельный разрядник в соответствии с показаниями физических параметров скважины, которые измеряют датчиками температуры количеством от 1 до 100, давления количеством от 1 до 100 и акустическими датчиками количеством от 1 до 100, устанавливаемыми в НКТ и термограммой скважины. Разрядники в соответствии с термограммой скважины устанавливают также в местах с минимальной температурой нефтяной жидкости в НКТ. От 1 до 100 разрядников располагают, например, в межтрубном пространстве ниже динамического уровня до призабойной зоны скважины.

Разряды также формируют 3-электродными разрядниками, на два электрода которых подают по отдельному кабелю или другому проводнику основного кабеля постоянное напряжение питания разрядника от 1 В до 50 кВ от накопительных конденсаторов БУ общей емкостью от 0,1 нФ до 100 мФ, а на 3-ий электрод разрядника подают импульс, который формирует БУ. При этом напряжение питания разрядника, емкость конденсаторов, их время заряда и разряда и параметры импульса подбирают отдельно для каждого разрядника в зависимости от его местоположения, таким образом, чтобы обеспечить максимальную мощность разряда, и синхронизируют эти параметры блоком синхронизации БУ, которым в свою очередь управляют контроллером БУ.

Для транспортировки кабеля с разрядниками, каждый разрядник с центраторами помещают в механически жесткий контейнер, который снимают при погружении кабеля с разрядниками в скважину. При этом, в частности, используют коаксиальные кабели. Подачу импульсов на разрядники, подачу напряжения на разрядники, снятие данных с датчиков, установленных в НКТ и межтрубном пространстве, также осуществляют раздельными кабелями, которые через сальники опускают в НКТ и межтрубное пространство.

Совокупность операций способа может быть использована для нагревания нефтяной жидкости в нефтепроводе. При этом предотвращают выпадения в нем АСПО и ликвидируют выпавшие АСПО.

Указанный технический результат обеспечивается также в установке для осуществления способа ликвидации и предотвращения образования АСПО, содержащей конструктивно и электрически взаимосвязанные между собой кабель, введенный через сальник в насосно-компрессорную трубу (НКТ), расположенный от устья до призабойной зоны, и кабель, введенный через сальник в межтрубное пространство и расположенный от устья скважины до призабойной зоны. На кабелях установлены разрядники с центраторами на расстояниях ( s_(n-1),n) от 0,3 метра до 5000 метров друг от друга. При этом кабели электрически и механически соединены с блоком управления (БУ), который составлен из электрически взаимосвязанных между собой контроллера, блока приема-передачи данных на внешний процессор, генератора импульсов для разрядников в межтрубном пространстве (МП), блока управления параметрами импульсов генератора для разрядников МП, блока синхронизации МП, накопительных конденсаторов МП, блока питания разрядников МП, блока управления параметрами импульсов генератора для разрядников в НКТ, блока синхронизации НКТ, генератора импульсов для разрядников в НКТ, блока питания разрядников НКТ, накопительных конденсаторов НКТ, внешнего процессора с возможностью осуществления внешнего контроля и управления процессами в скважине и блоке управления, а также программирования и перепрограммирования блоков БУ, блока приема и обработки данных от датчиков (блока датчиков), соединенного с акустическими датчиками числом от 1 до 100, датчиками температуры числом от 1 до 100 и датчиками давления числом от 1 до 100, установленными внутри НКТ и межтрубном пространстве, при этом от 1 до 100 акустических датчиков установлены на НКТ и от 1 до 100 датчиков установлены на обсадной трубе. При этом все блоки БУ соединены с блоком питания.

Заявленное устройство и особенности размещения его узлов в скважине схематически отражены на фиг.1, на которой обозначены:

P₁, P_n, P_n-1, P_N-1 , P_N, P'_m, P'_m-1, P' ₁ - разрядники, S_(n-1),n - расстояние между P_n и P_n-1 разрядниками, 1 - блок управления, 2 - блок питания, 3 - контроллер, 4 - блок приема-передачи данных на внешний процессор, 5 - генератор импульсов для разрядников в межтрубном пространстве (МП), 6 - блок управления параметрами импульсов генератора разрядников МП, 7 - блок синхронизации МП, 8 - накопительные конденсаторы МП, 9 - блок питания разрядников МП, 10 - блок управления параметрами импульсов генератора разрядников в НКТ, 11 - блок синхронизации НКТ, 12 - генератор импульсов разрядников НКТ, 13 - блок питания разрядников НКТ, 14 - накопительные конденсаторы НКТ, 15 - блок приема и обработки данных от датчиков, 16 - внешний процессор, 17 - кабели, 18 - сальники, 19 - кабель от датчиков, 20 - датчики акустические, 21 - датчики давления, 22 - датчики температуры, 23 - устье скважины, 24 - центраторы, 25 - насосно-компрессорная труба (НКТ), 26 - обсадная труба, 27 - межтрубное пространство (МП) 28 - призабойная зона, 29 - перфорация, 30 - нефтегазоносный пласт.

Кроме того, при детальном описании заявленных объектов целесообразно отметить, что способ увеличения дебита скважин, ликвидации и предотвращения образования АСПО в добывающих нефтегазовых скважинах, НКТ и трубопроводах заключается в нагревании жидкости внутри НКТ, увеличении вязкости, разрушении АСПО и обработке призабойной зоны разрядниками, находящимися внутри НКТ, на которые подают импульсы, формируемые блоком управления (БУ), находящимся на поверхности. При в НКТ 25 (фиг.1) опускается коаксиальный или иной кабель 17 с числом проводников от 1-20, на котором вдоль всего кабеля на расстоянии от 0,3 м до 5000 м ( s_(n-1),n) друг от друга крепят n электрических разрядников P₁, P_n, P_n-1, P _N-1, P_N (фиг.1), количеством от 1 до 1000 штук, которые располагают от устья до призабойной зоны и/или на длине возможного выпадения АСПО. Такую же конструкцию разрядников P' _m, P'_m-1, P'₁ (фиг.1) располагают в межтрубном пространстве 27 от устья до призабойной зоны 29 и/или на длине возможного выпадения АСПО. На каждый разрядник от блока 1 управления (БУ), находящегося на поверхности, по кабелю 17 подаются видео- или радиоимпульсы напряжения. Параметры импульса: амплитуда от 0,01 кВ до 50 кВ, длительность от 1 нс до 100 мс, с фронт от 1 нс до 1 мс, спад от 1 нс до 1 мс, частота следования от 1 Гц до 1 МГц, скважность импульсов от 10^-5 до 10⁹, период повторения от 1 с до 1 мкс, период повторения от 1 с до 1 мкс, частота заполнения от 10 Гц до 1 ГГц формирует БУ. Конструкция позволяет подавать импульс напряжения на любой отдельно расположенный разрядник, независимо от других.

При поступлении импульса на разрядник происходит разряд и локальный нагрев в месте разряда, возникает ЭГДУ. В результате комплексного воздействия на все разрядники в БУ происходит повышение температуры в НКТ выше температуры плавления АСПО, очистка НКТ ударными волнами (УВ), разрушение твердых фракций в продукте, снижение вязкости продукта в результате воздействия на нефтяную жидкость ЭГДУ, что предотвращает выпадение АСПО и ликвидирует выпавшие АСПО. Установленные разрядники в призабойной зоне 29 (фиг.1) воздействием ЭГДУ на прилегающие породы способствуют их очистке и, как следствие, увеличивают дебит скважины.

Применяемый кабель 17 - коаксиальный кабель или иной с числом проводников от 1 до 20, с максимальным напряжением на пробой изоляции по импульсу, достаточным для данной технологии, с тросом или без. Кабель выполняет три главных функции: а) передача на разрядники импульса напряжения без существенных искажений его формы, б) в качестве несущего элемента (троса) для разрядников, в) в качестве линии задержки импульса. Кабели могут опускаться через один или несколько сальников, которые устанавливают на Манифольд.

Блок 1 управления (БУ) (фиг.1) состоит из электрически взаимосвязанных между собой генератора 5 импульсов для разрядников в межтрубном пространстве (МП) 27, блока 6 управления параметрами импульсов генератора 5 для разрядников в МП, генератора 12 импульсов для разрядников в НКТ, блока 10 управления параметрами импульсов генератора для разрядников в НКТ, контроллера 3, блока приема и обработки данных от датчиков (блок датчиков), на который подают по другому кабелю сигналы от акустических датчиков, датчиков температуры и датчиков давления, которые устанавливают внутри НКТ и межтрубном пространстве, при этом от 1 до 100 акустических датчиков устанавливают на НКТ и от 1 до 100 датчиков устанавливают на обсадную трубу, блока приема-передачи данных на внешний центральный процессор, которым осуществляют внешний контроль и управление процессами в НКТ и блоке управления, а также программирование и перепрограммирование блоков в БУ. Питание всех блоков в БУ осуществляют блоком питания 2.

ГИ 5 импульсов имеют индуктивный и/или емкостной накопитель энергии.

Контроллер 3 осуществляет управление всей работой системы или внешнего управления. Предварительно снимаются все необходимые параметры скважины, которые учитываются при составлении программы управления. Контроллер обрабатывает поступающие от датчиков данные, сохраняет их и учитывает при управлении ГИ.

Разрядники имеют от 2 от 10 электродов, расстояние между которыми регулируется, что позволяет в свою очередь регулировать амплитуду напряжения пробоя.

При применении 2-электродного разрядника один электрод прикреплен к центральной жиле, на который подают импульс напряжения, другой электрод прикреплен к внешнему заземленному проводнику-экрану кабеля.

Если разряд формируют 3-электродным разрядником, то на два электрода подают по отдельному кабелю или другому проводнику основного кабеля постоянное напряжение питания разрядника от 1 В до 50 кВ от накопительных конденсаторов БУ общей емкостью от 1 нФ до 10 мФ, а на 3-ий электрод подают импульс, который формирует БУ. Напряжение питания разрядника, емкость конденсаторов, их время заряда и разряда и параметры импульса взаимосвязаны, их синхронизируют блоком 11 синхронизации БУ, который в свою очередь управляется контроллером БУ, отдельно для каждого разрядника. В зависимости от местоположения разрядника эти параметры подбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную мощность разряда.

Разрядники располагаются на расстоянии s_(n-1),n друг от друга, которое может регулироваться в соответствии с термограммой скважины.

Напряжение пробоя разрядника починяется следующему условию: U_0,n U_n U_0(n-1), где U_n - амплитуда импульса, который подают на n-ый разрядник, U_0,n - напряжение пробоя n-го разрядника. Нумерация разрядников сверху вниз по НКТ. P_N-ый разрядник - самый нижний в скважине, P ₁ - самый верхний разрядник (Фиг.1).

Разрядники имеют центратор, жестко прикрепленный к кабелю. Дополнительно разрядники могут прикрепляться к тросу, если применяется кабель с тросом, или к отдельному тросу, который крепится к сальнику или НКТ на устье. Разрядники крепятся, подсоединяются к кабелю, настраиваются и испытываются в стационарных условиях.

Для транспортировки каждый разрядник помещается в корпус металлический, деревянный или из иного материала, который предохраняет разрядник от механических повреждений и снимается по мере спуска конструкции в скважину.

Количество разрядников на кабеле от 1 до 1000. Количество разрядников на длине L кабеля определяется той энергией, которую необходимо закачать в систему для поддержания температуры в любой точке выше температуры плавления АСПО.

Это количество энергии рассчитывается, а затем подбирается при отладке индивидуально для каждой скважины в зависимости от термограммы скважины, содержания АСПО, содержания воды в нефтяной жидкости, дебита скважины (скорости течения нефтяной жидкости).

В месте разряда локальный нагрев может превышать температуру выпадения АСПО на десятки градусов. Расчеты, приведенные в [7], показывают, что электрической энергии 40-60 Вт/м в системе с нагревательным кабелем (НК) достаточно для поддержания температуре в НКТ выше температуры плавления АСПО. После прекращения подачи энергии НКТ происходит снижение температуры в НКТ с темпом около 1° на 10 м. Тогда при длине глубине скважины в 1 км (L=1 км), n_max=100 штук, при условии. Номинальное количество 10-20 штук/км. При ЭГД ударе дополнительно к нагреванию происходит снижение вязкости жидкости до 30%, разбивание самих кластеров АСПО, что позволяет снижать общее количество разрядников.

Для подачи разрядного импульса на любой n-ый разрядник, независимо от присутствия других разрядников, и любой мощности импульс должен удовлетворять следующим двум требованиям:

a) U_0(n-1)>U_n>U_0,n, где U_n - амплитуда импульса, подаваемого на n-ый разрядник, U_0,n - напряжение пробоя n-го разрядника;

б) _n-1< _n-( s_(n-1),n/c), где _n - фронт импульса, который подает n-ый разрядник, s_(n-1),n - расстояние между разрядниками, с - скорость электромагнитной волны в кабеле. В результате формируют начало возникновения разряда на любом разряднике независимо от других разрядников.

При =0 (очень малый фронт) работает только условие а). В нашем случае =1 нс, так минимальное расстояние между разрядниками s=0,3 м.

При «бесконечно большом» фронте срабатывает самый нижний разрядник, так как согласно условию а) у него минимальное напряжение пробоя. При глубине S расположения самого нижнего разрядника «бесконечно большой» фронт =(S/c).

Для более точного начала разряда измерение фронта целесообразно производить на уровне 0/1, тогда как обычно фронт измеряют на уровне 0,1/0,9.

В зависимости от мощности разряда, расстояния между электродами и их формой, а также иными параметрами импульса, подаваемого на разрядник, энергия разряда либо сравнительно медленно перейдет в тепловую энергию или приведет к быстрому выделению энергии и, как следствие, образованию УВ. Длительность импульса (t) определяется условием максимального выделения энергии в объем разряда и подбирается для каждой скважины индивидуально [17].

Согласно имеющимся экспериментальным данным, выделение энергии в разрядный объем растет при t>0.2 мкс, имеет максимумы t~30 мкс, а затем падет с ростом t [16, 17]. В [17] было показано, что высоковольтный (ВВ) пробой в жидкости возможен при длительности импульса до 100 мкс.

Скважность импульса формируют из условия прекращения разряда на предыдущем по времени разряднике к моменту, когда подают импульс на следующий разрядник.

ЭГДУ изменяет структуру нефти, влияет на свойства нефти, снижает ее вязкость на 30-40% [14, 15], предотвращает выпадение АСПО, очищает внутреннюю поверхность НКТ от АСПО, увеличивая тем самым дебит скважины.

Форма разрядника и параметры импульса, подаваемого на него, подобраны таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение энергии в нефтяную жидкость, тепловую или энергию УВ в зависимости от состава нефтяной жидкости, ее температуры, других физико-химических свойств и расстояния до поверхности НКТ [16-18].

Конструкция позволяет синхронизировать время разряда на (n-1)-ом разряднике с временем поступления УВ от n-го разрядника, что сократит энергопотери и увеличит эффект влияния УВ на свойства нефти.

Время начала разряда n-го разрядника синхронизируют со временем поступления нефтяной жидкости на него после разряда (n-1) разрядника, которое в свою очередь определяют как отношения расстояния между n-м и (n-1) разрядниками ( s_(n-1),n) и скоростью течения нефтяной жидкости в НКТ.

В работах [14-17] показано, что при высоковольтном разряде в жидкости для изменения физико-химических свойств нефти достаточно 10-20 импульсов (при частоте следования около 1 Гц). При этом важна суммарная энергия импульсов, а не каждого отдельно и достаточно энергии в несколько сот Дж и амплитудой импульса от нескольких сот вольт до 10-15 кВ. В случае одиночных импульсов их амплитуда может быть до 30 кВ с энергией до 5 кДж [9].

Таким образом имеем условие для импульса 0,1 кВ<U _n<50 кВ, 0,01 Дж<Е<1000 Дж.

Современные промышленно выпускаемые генераторы импульсов с параметрами, необходимыми для реализации патента, могут обеспечить частоту до 50 кГц. Тогда оптимальная энергия импульса 1-10 Дж при амплитуде 1-5 кВ и частоте повторения 1 кГц. Имеются промышленные генераторы с энергией до 2000 Дж.

Для повышения дебита скважины от 1 до 100 разрядников располагают в призабойной зоне. При воздействии ЭГДУ на указанную зону меняются свойства нефтяной жидкости разрушаются твердые фракции в нефтяной жидкости, и очищается перфорация обсадной колонны и подводящие каналы пласта от механических примесей и АСПО. При этом энергию импульса для этого разрядника делают более значительной, чем для такого же разрядника внутри НКТ. Для этого в БУ предусмотрен режим, при котором ГИ формирует с повышенной энергией импульса. Длительность и напряжение такого импульса выбирают из условия возникновения ударной волны с максимальной мощностью.

Одно из отличий предлагаемого устройства от известных в том, что разрядники находятся и работают в призабойной зоне постоянно, тем самым предотвращают образование АСПО в призабойной зоне и предотвращают забивание перфорации механическими примесями, в результате увеличивают приток нефтяной жидкости и тем самым увеличивают дебит скважины.

Типовой ГИ с индуктивным накоплением энергии, например, система зажигания в современном автомобиле, имеет импульс с характерный формой, амплитудой от нескольких сот вольт до 25 кВ, энергией в импульсе ~0,1-1,0 Дж, частотой следования до 1 кГц, напряжением питания 6-24 В и потреблением энергии ~100 Вт. Серийно выпускаемые ГИ с емкостным накопителем энергии имеют хорошую прямоугольную форму с фронтами в несколько наносекунд и менее, длительностью импульса от нескольких наносекунд до миллисекунд с амплитудой от нескольких сот вольт до 25 кВ, частотой до 50 кГц, энергией в импульсе от 0,01 Дж до 500 Дж, с внешним контролем параметров импульса, включая фронт импульса и его длительность, и потребляемой энергией менее 1 кВт. Таким образом, для реализации указанного способа в промышленности имеются необходимые ГИ, которые потребляют энергии примерно в 50-100 раз меньше, чем НК. С учетом возможных потерь энергии в БУ на внешнем процессоре (компьютер) общее потребление энергии составит от 1 кВт от 3 кВт.

Контроль разряда на n-ом разряднике осуществляется при помощи акустических датчиков 20 (Фиг.1), установленных на поверхности и внутри НКТ. Датчики крепятся к НТК обсадной трубе, а также располагаются в самой нефтяной жидкости и межтрубном пространстве. Датчики фиксируют УВ, возникающую в момент разряда на каждом разряднике. При этом измеряется и сравнивается время прохождения звуковой волны по металлической трубе НКТ, по нефтяной жидкости в НКТ и по МП, что позволяет точно оценить место разряда. Контроль температуры и давления осуществляется датчиками температуры 21 и давления 22, которые устанавливают в НКТ и межтрубном пространстве. Данные от датчиков поступают через блок приема и обработки данных от датчиков 15 (блок датчиков) на контроллер 3 БУ (Фиг.1). Общее число датчиков от 1 до 1000 штук.

Достигаемый технический результат, как показали данные экспериментов, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленных объектов, отраженных в формуле изобретения. Указанные в ней отличия дают основание сделать вывод о новизне данного технического решения, а совокупность испрашиваемых притязаний в связи с их неочевидностью - о его изобретательском уровне, что доказывается также вышеприведенным их детальным описанием. Соответствие критерию «промышленная применимость» предложенных способа и устройства доказывается как реализацией его опытных образцов, так и отсутствием в заявленных притязаниях каких-либо практически трудно реализуемых в промышленных масштабах признаков. Нижние и верхние значения заявленных пределов параметров признаков были получены на основе статистической обработки результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их, а также с использованием изобретательской интуиции исходя из условия достижения указанного технического результата.

Кроме того, заявленные объекты в отличие от известных решают также следующие задачи:

кардинально сократить потребляемую мощность нагревательной системы по сравнению с НК;

- использовать энергию ЭГДУ не только в призабойной зоне, но и на всем протяжении НКТ и межтрубного пространства без механических перемещений излучателя;

- увеличить дебит скважины, изменяя физико-химические свойства нефтяной жидкости в результате ее обработки ЭГДУ.

Список литературы

1. Самгин Ю.С. Патент. Способ депарафинизации нефтегазовых скважин и установка для его осуществления. RU 2166615 C1 МПК E21B 37/00, E21B 36/04.

2. Красноборов С.Н. и др. Патент. Способ и устройство (варианты) для предотвращения образования асфальтосмолопарафиновых отложений, гидратов и вязких эмульсий в нефтяных скважинах. RU 2008112520 А МПК E21B 37/00 (2006.01).

3. Братин А.Б. и др. Патент. Способ ликвидации и предотвращения асфальтопарафиновых пробок в нефтегазовых скважинах и установка для их осуществления. RU 2338868 C2 МПК E37/10(2006,01) E21B 36/04 (2006.01).

4. Робин А.В. Патент. Устройство для нагрева нефтяной скважины. RU 35823 U1 МПК E21B 34/00.

5. Ковригин Л.А., Макиенко Г.П., Акмалов И.М., Пешин С.М. Нагревательные кабели и электроподогрев скважин. - Бурение и нефть. - 2004, № 3, с.22-25.

6. Рябчич И.И. и др. Патент. Способ эксплуатации скважины. RU 2006127790 А МПК E21ВB 43/00 (2006.01).

7. Ковригин Л.А., Макиенко Г.П., Акмалов И.М. Нагревательные кабели и управление температурным полем нефтяных скважин. http://wvw.ruscable.ru/doc/analytic/statya-068.html.

8. ОАО «Псковгеокабель» www.pskovgeokabel.ru.

9. Инновационный проект «Waterhunters». Организация серийного производства и продаж скважинных электрогидравлических аппаратов для интенсификации добычи нефти и межскважинного сейсмопросвечивания. http://waterhunters.ru/ru/prez/docjrez/Oil_gaz.pdf.

10. Бобров Ю.К. Боброва Л.Н., Джангиров В.А. Патент. Способ электрогидроимпульсного воздействия в нефтяных скважинах и устройство для его осуществления. RU 2295031 C2 МПК E21B 43/25 (2006.01).

11. Аметов И.М и др. Патент. Способ интенсификации работы скважины. RU 93055695 A МПК E21B 43/25.

12. Балтаханов А.М. Патент. Способ очистки внутренней поверхности труб. RU 94027331 А1 МПК B08B 9/04, B08B 3/10, F28G 7/00.

13. Компания ЗЕВС-Трубопровод. http://www.zevs-irp.ru.

14. О.Н.Сизоненко, А.И.Райченко. Особенности структурных и физико-химических изменений высоковязких углеводородных флюидов при воздействии высоковольтного электрического разряда. Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины Институт проблем материаловедения им. И.Н.Францевича НАН Украины, УДК 622.24.537.528.

15. Жукова Е.М. Воздействие высоковольтного электрогидравлического разряда на физико-химические свойства нефти и нефтепродуктов. Автореферат диссертации на соискание у.ст. к.x.н. Саратов, ГОУ ВПО «Саратовский Государственный университет», 2008 г.

16. A.M.Артемьев, И.В.Вовк, А.И.Кривоног, П.В.Лукьянов. О возможности электрогидравлической регенерации очистных полимерных фильтров. Акустический вicник. 2005. Том 8, № 4 С.14-19.

17. Е.И.Скибенко, В.Б.Юферов, И.В.Буравилов, А.Н.Пономарев. Измерение плотности плазмы в пространственно-распределенном электрическом разряде в жидкой среде. ЖТФ, 2006, т.76, вып.9, стр.133-135.

18. Хвощан О.В., Курашко Ю.И., Мельхер Ю.И., Литвинов В.В. Исследование теплового поля разрядника погружных скважинных комплексов. Вестник НТУ «ХПИ» «Техника и электрофизика высоких напряжений», № 39, 2009 стр.198-220.