Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к средствам добычи продукции скважин, и может быть использовано, в частности, для интенсификации добычи нефти и газа.

Уровень техники

Известны способы добычи высоковязкой продукции скважин с помощью винтовых насосных установок, скважинных штанговых насосных установок, установок погружных электроцентробежных насосов (Ивановский В. И. и д.р. Скважинные насосные установки для добычи нефти. Учебное пособие. М.: ГУП Изд-во "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2002 - 824 стр.).

Общим недостатком всех этих способов является существенное влияние реологических свойств (например, вязкости) добываемой продукции на показатели работы насосных установок, например, коэффициент полезного действия может существенно снижаться.

Также из уровня техники известен скважинный нагреватель, осуществляющий нагрев газожидкостной смеси в скважине (RU 2450117 С1, опубликован 10.05.2012), содержащий проточные кольцевые нагреватели на торце насосно-компрессорной трубы для осуществления нагрева газожидкостной смеси с парафином на забое скважины и на насосно- компрессорной трубе, размещенной над электроцентробежным насосом для осуществления дополнительного нагрева газожидкостной смеси с парафином, при этом все проточные кольцевые нагреватели соединены выше насоса трехфазным кабелем насоса, а ниже однофазным. Недостатком данного известного средства является сложность его осуществления, невозможность применения для высоковязких нефтей, высокая стоимость и ненадежность применяемого кабеля, а также невозможность поддержания температуры добываемой продукции на заданном значении.

Наиболее близким аналогом является скважинный нагреватель, описанный в способе прогрева призабойной зоны скважины (RU 2559975 С1, опубликован 20.08.2015), характеризующийся тем, что в призабойную зону скважины в интервал перфорации на хвостовике из насосно -компрессорных труб ниже скважинного погружного оборудования опускают один или несколько соединенных между собой скважинных электрических резистивных нагревателей, производят управляемый прогрев околоскважинного пространства призабойной зоны и поступающей в скважину пластовой жидкости, при этом в нижней трубе, на которой укрепляют нагреватель, изготавливают щелевые отверстия, через которые осуществляют свободное перемещение нагретой скважинной жидкости из затрубного пространства во внутреннее пространство НКТ и обратно, с помощью станции управления на призабойную зону скважины оказывают необходимое тепловое воздействие. Недостатками прототипа являются: низкая эффективность теплоотвода от поверхности нагревательного элемента до внутренней поверхности корпуса скважинного нагревателя, кроме того на границе теплоноситель/внутренняя стенка корпуса скважинного нагревателя имеется большой температурный перепад, что требует большей площади внешней поверхности корпуса скважинного нагревателя для отвода заданной мощности; в случае увеличения мощности скважинного нагревателя по мере роста температуры рабочей жидкости, требуется контролировать температуру элементов соответствующей аппаратурой, что ведет к усложнению конструкции устройства; использование рабочей жидкости в виде промежуточного теплоносителя в полости скважинного нагревателя приводит к увеличению массы всего устройства в условиях ограниченного диаметра скважин по сравнению с устройствами прямого нагрева; использование рабочей жидкости в виде промежуточного теплоносителя в полости скважинного нагревателя приводит к избыточным массовым характеристикам всего устройства в условиях ограниченного диаметра скважин.

Сущность изобретения

Изобретение решает задачу изменения реологических свойств добываемой продукции низкой вязкости для возможности применения стандартных насосных установок без снижения эффективности их работы.

Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности нагрева продукции нефтяной скважины за счет рационального расположения нагревательных элементов, эффективной теплопередачи окружающей среде и управления работой насоса.

Технический результат достигается тем, что способ добычи продукции нефтяной скважины состоит в том, что

- опускают в скважину нагреватель, насос и датчики, при этом упомянутый нагреватель устанавливают под упомянутый насос;

- упомянутый нагреватель выполняют с возможностью регулирования частоты вращения; - упомянутый нагреватель выполняют из последовательно соединённых нагревательных модулей, каждый из которых выполнен с возможностью регулирования температуры;

- осуществляют нагрев продукции в скважине и её подъём с помощь упомянутого насоса;

- осуществляют управление частотой вращения упомянутого насоса и температурой упомянутых нагревательных модулей по данным, полученным с упомянутых датчиков.

Технический результат достигается тем, что установка для осуществления способа содержит

- насос, выполненный с возможностью регулирования частоты вращения;

- нагреватель, установленный под упомянутым насосом и выполненный из последовательно соединённых нагревательных модулей, каждый из которых выполнен с возможностью регулирования температуры;

- блок управления;

- датчики для размещения в скважине;

- упомянутый блок управления выполнен с возможностью управление частотой вращения упомянутого насоса и температурой упомянутых нагревательных модулей по данным, полученным с упомянутых датчиков.

Технический результат достигается также тем, что скважинный нагревательный модуль содержит

- подвес;

- корпус;

- нагревательные элементы;

- токоввод;

- датчик температуры;

- упомянутый корпус выполнен в виде полого цилиндра; - упомянутые нагревательные элементы расположены по наружной поверхности упомянутого корпуса и размещены по вершинам равностороннего треугольника;

- упомянутый нагреватель выполнен с возможностью контроля и поддерживания заданной температуры в режиме постоянного или кратковременно-цикличного нагрева с помощью системы управления.

Технический результат достигается также тем, что модуль соединён с блоком управления геокабелем.

Технический результат достигается также тем, что модуль выполнен с возможностью соединения с другими модулями с помощью средства, выбранного из группы: фланцевое соединение, трос, цепь.

Технический результат достигается также тем, что нагревательные элементы выполнены индукционного и/или резистивного принципа действия.

Технический результат достигается также тем, что на внешней поверхности корпуса нагревателя размещают ребра.

Отличительной особенностью настоящего изобретения является выполнение нагревателя в виде нескольких нагревательных модулей, снабжённых датчиком температуры, и расположение нагревательных модулей ниже насоса.

Перечень фигур чертежей

На Фиг.1 показан скважинный нагреватель.

На Фиг.2 показан увеличенный вид А с Фиг.1.

На Фиг.З показана схема размещения насосной установки и нагревателя в скважине.

На Фиг.4 показана схема блока управления насосом и нагревателем в скважине. Осуществление изобретения

В связи со значительным истощением легкоизвлекаемых нефтей, появилась необходимость в разработке новых технологий для добычи трудноизвлекаемых запасов, в том числе высоковязких.

Общим недостатком известных скважинных нагревателей высоковязкой продукции является невозможность управления температурой продукции в добывающих скважинах во время её добычи, а соответственно и её реологическими свойствами, что приводит к необходимости применения насосных установок, предназначенных для добычи высоковязкой продукции возможно имеющей высокую начальную температуру. Это возникает вследствие того, что тепловое воздействие оказывается в целом на продуктивный пласт для увеличения его нефтеотдачи, а не на продукцию уже находящуюся в добывающей скважине.

Настоящее изобретение обеспечивает увеличение добычи нефти и газа, оптимизацию процессов высоковязкой скважинной продукции при помощи совокупной работы насосного и теплового оборудования для изменения реологических свойств (например, вязкости) добываемой скважинной продукции. Изобретение направлено на изменение реологических свойств добываемой пластовой продукции для повышения нефтеотдачи пласта за счет снижения вязкости добываемой продукции.

Предлагаемый скважинный нагреватель делает возможным добычу скважинной высоковязкой продукции с помощью любых насосов без существенного изменения их характеристик, например, коэффициента полезного действия. Это достигается с помощью нагрева добываемой продукции внутри скважины, что ведёт к изменению её реологических свойств, в частности, снижению вязкости.

Из традиционно используемых для добычи нефти типов насосов наиболее приспособленными для извлечения высоковязкой продукции являются винтовые насосы. Скважинные винтовые насосы работают за счёт передачи энергии в виде вращающейся колонны насосных штанг от, установленного на устье скважины электродвигателя или с помощью передачи энергии от погружного электродвигателя.

Нагреватель скважинный (см. Фиг.1-2) содержит подвес 7, корпус в виде полого цилиндра (отдельной позицией не обозначен), нагревательные элементы (отдельными позициями не обозначены) и токоввод. При этом нагревательные элементы расположены по наружной поверхности корпуса и размещены по вершинам равностороннего треугольника. Нагреватель выполнен с возможностью поддерживать заданную температуру в результате постоянного или кратковременно-цикличного нагрева, контролируемого и/или задаваемого системой управления. Кроме того, нагреватель соединен с блоком управления геокабелем 21 (Фиг.З).

Нагреватель является модульным, количество модулей 8, 9, 10 (Фиг.1) выбирается в зависимости от требуемой мощности и может составлять от 2 до 12 штук. Каждый модуль 8, 9, 10 оснащен датчиком температуры с обратной связью. При этом модули соединяют между собой с помощью фланцевого соединения, или с помощью тросов, или цепей, или гибкой связи.

Нагревательные элементы (Фиг.З) выполнены индукционного и/или резистивного принципа действия. При этом полость цилиндра заполнена теплопроводящим материалом. На внешней поверхности корпуса нагревателя 1 размещают ребра.

Нагреватель (Фиг.1) содержит шпильки 1 и гайки 2 для крепления верхнего модуля к подвесу 7, прокладку 3 (например, паронит), гровер-щайбу 5, болт 6, заглушку 11 и уплотнительное кольцо 4 (Фиг.2).

Рассмотрим пример схемы размещения и способа использования насосной установки и нагревателя в скважине (Фиг.З) с комплектным набором оборудования частотно-регулируемого привода и внутрискважинного нагревателя унифицированного типа. При осуществлении способа снижается энергопотребление насосной установки за счет снижения вязкости жидкости, появляется возможность замены насосного агрегата на насосный агрегат с меньшей мощностью.

Собирают спускаемую в скважину установку (Фиг.З), состоящую из нагревателя 1 , насоса 2, насосно-компрессорных труб 3, обратного клапана 4, патрубка (1/2 м) 5, сбивного клапана 6, патрубка (1/2 м) 7, кольца Рудака 8, колонны насосно-компрессорных труб 9, клямс 10, протектора 11 двухканального на всех муфтах насосно-компрессорных труб, кабеля 12, устьевой арматуры 13 с двумя кабельными вводами, клеммной коробки 14, станции управления 15, трансформатора 16, сдвоенного патрубка 17, муфты 18, защиты оконцовочного устройства 19, термопреобразователя 20, геокабеля 21. Клямсы (например, модели ПКК 73) устанавливают на каждой насосно- компрессорной трубе по три штуки. Протекторы кабельные (например, мдели ПК 73/2) устанавливают на всех муфтах насосно-компрессорных труб. Спускают в скважину нагреватель 1 и насосную установку, прогревают продукцию и осуществляют ее подъём из скважины с помощью насоса 2, при этом с помощью блока управления 15 поддерживают заданную температуру нагревателя 1. Нагреватель 1 устанавливается под насосную установку, при этом нагрев производят постоянно или кратковременно-циклично, причем температуру нагрева и режим работы нагревателя контролируют и/или задают с помощью блока управления 15, входящего в состав станции управления насосной установкой или устанавливаемого отдельно.

Управление насосной установкой и нагревателем осуществляется по сигналам с датчиков технологических параметров. Нагреватель 1 соединен с блоком управления 15 геокабелем 21. Нагреватель 1 является модульным, количество модулей выбирается в зависимости от требуемой мощности и составляет от 2 до 12 модулей. Модули соединяют между собой с помощью фланцевого соединения, или с помощью тросов, или цепей, или гибкой связи. Каждый модуль нагревателя 1 состоит из нескольких электронагревательных элементов, которые в нагревателе размещают по вершинам равностороннего треугольника, при этом полость цилиндра заполнена теплопроводящим материалом. Каждый модуль оснащен датчиком температуры с обратной связью. Кроме того, на внешней поверхности корпуса нагревателя размещают ребра. Спускают в скважину нагреватель 22 и насосную установку, прогревают продукцию и осуществляют ее подъем из скважины с помощью насоса 23, при этом с помощью станции управления 15 поддерживают заданную температуру нагревателя 22, нагреватель 22 устанавливается под насосную установку, при этом нагрев производят постоянно или кратковременно-циклично, причем температуру нагрева и режим работы нагревателя контролируют и/или задают с помощью системы управления 15, входящей в состав станции управления насосной установкой или устанавливаемой отдельно, при этом управление насосной установкой и нагревателем осуществляется по сигналам с датчиков технологических параметров. Нагреватель 22 соединен со станцией управления 15 геокабелем 21. Кроме того, нагреватель 22 является модульным, количество модулей выбирается в зависимости от требуемой мощности и составляет от 2 до 12 модулей. Кроме того, модули соединяют между собой с помощью фланцевого соединения, или с помощью тросов, или цепей, или гибкой связи. Кроме того, нагреватель 22 выбирают индукционного и/или резистивного принципа действия. Каждый модуль нагревателя 22 состоит из нескольких электронагревательных элементов, которые в нагревателе размещают по вершинам равностороннего треугольника, при этом полость цилиндра заполнена теплопроводящим материалом. Кроме того, каждый модуль оснащен датчиком температуры с обратной связью. Кроме того, на внешней поверхности корпуса нагревателя размещают ребра.

Функциональная схема системы управления для скважин с высоковязкой продукцией представлена на Фиг. 4 при совместной работе частотно-регулируемого привода и скважинного нагревателя. Управляющий контроллер 37 регулирует скорость вращения вала приводного электродвигателя 33 посредством преобразователя частоты 34. Одновременно осуществляется управление внутрискважинным нагревателем унифицированного типа 35. Путем формирования сигнала для блока питания 36. Конструктивно контроллер 37, преобразователь частоты 34 и блок питания 36 могут быть установлены как в блоке управления скважинной 15 (Фиг. 3), так и отдельно с целью унификации с действующим фондом оборудования. Управление осуществляется по сигналам с датчиков технологических параметров 381, 382, ... , 38п. Состав датчиков меняется в зависимости от конструкции скважин, конфигурации системы и типа используемого насоса.

Максимальная эффективность изобретения достигается, когда скважинный нагреватель обеспечивает температурный режим работы в диапазоне от температуры застывания парафинов и смол, содержащихся в добываемой продукции (например, нефтяной эмульсии), до температуры коксования эмульсии.

Указанный результат достигается сочетанием работы насосной установки с частотно-регулируемым приводом, а также постоянного и/или кратковременно-циклического нагрева добываемой продукции внутри скважины с помощью электрического нагревательного оборудования, за счёт чего изменяются её реологические свойства, в частности снижается вязкость, что уменьшает или исключает снижение энергетических характеристик скважинных насосных установок и дает возможность применять насосные установки, в частности, установки погружных электроцентробежных насосов, без существенного запаса по напору, мощности и подаче. Таким образом, повышается эффективность добычи вязкой продукции нефтяной скважины за счет совместного управления насосной установкой и внутрискважинным нагревателем по данным с датчиков технологических параметров.

Относительно скважинного нагревателя технический результат заключается в повышении эффективности и надежности скважинного нагревателя за счет рационального расположения нагревательных элементов и эффективной теплопередачи окружающей среде.

Проведенный патентный анализ выявил отличия от известного уровня техники, в связи с чем предложенный нагреватель соответствует критерию патентоспособности «новизна». Предложенный нагреватель может быть осуществлен оборудованием, выпускаемым промышленностью с применением известных материалов и технологий, произведен и успешно прошел внутрискважинные испытания, в связи с чем предложенный нагреватель соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость» .

Следует понимать, что после рассмотрения специалистом приведенного описания с примером осуществления скважинного нагревателя и схемы размещения насосной установки и нагревателя в скважине, а также сопроводительных чертежей, для него станут очевидными другие изменения, модификации и варианты реализации заявленного изобретения. Таким образом, все подобные изменения, модификации и варианты реализации, а также другие области применения, не имеющие расхождений с сущностью настоящей полезной модели, следует считать защищенными настоящей полезной моделью в объеме прилагаемой формулы.