Способ очистки перфорационной зоны забоя скважины от асфальтено-смолистых и парафиновых отложений

(51) 21 37/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2013/0093.1 30.01.2013 25.12.2014, бюл. 12 Жапбасбаев Узак Кайрбекович 1312616.06.20032049227 1 27.11.19952438006 1 27.12.20111789543 1 23.01.19932304700 1 20.08.2007(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПЕРФОРАЦИОННОЙ ЗОНЫ ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ ОТ АСФАЛЬТЕНОСМОЛИСТЫХ И ПАРАФИНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ(57) Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технологии и техническим средствам очистки зон перфорации расположенных в нефтегазодобывающих месторождениях скважин от асфальтено-смолистых и парафиновых отложений для повышения притока нефти и увеличения дебита скважины. Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей и области применения способа за счет возможности очистки зоны перфорации и теплового воздействия на призабойную зону скважины для разрушения асфальтено-смолистых и солепарафиновых отложений в ней и увеличении межремонтного периода скважины. В качестве рабочего агента дополнительно используют подаваемую под избыточным давлением горячую воду,осуществляют многоцикловую чередующуюся подачу рабочих агентов в последовательности вода-пар, после чего промывают скважину технической водой. Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технологии и техническим средствам очистки зон перфорации расположенных в нефтегазодобывающих месторождениях скважин от асфальтено-смолистых и парафиновых отложений для повышения притока нефти и увеличения дебита скважины. В процессе эксплуатации скважин накапливаются и происходят естественные отложения асфальтено-смолистых и парафиновых отложений (АСПО) во внутренней поверхности насосно-компрессорной трубы(НКТ) и перфорационной зоне скважины. Особенно это актуально в нефтеперерабатывающих районах Казахстана, таких как, Жетыбай, Узень и других, где добывается нефть с высоким содержанием парафина, смол и асфальтенов. Накапливаемые отложения АСПО приводят к снижению продуктивности (дебита) эксплуатируемых скважин,их постепенной остановке,необходимости проведения комплекса реабилитационных мероприятий,сокращению длительности межремонтного периода скважин. Известны тепловые способы воздействия на нефть, например, путем вытеснения е из пласта горячей водой, водяным паром или использованием специального внутрипластового горения. Такие методы используются, например, для сбора разлитой амбарной нефти /Байбаков Н.К.,Гарушев А.Р. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений.- 3-е изд., перераб. и доп.- М. Недра, 1988 г./. Сущность этих способов заключается в нагнетании в нефтеносный пласт специального теплоносителя - горячей воды,горячего водяного пара, продуктов горения нефти и газа, повышающего пластовую энергию и снижающему вязкость нефти. Нефть, становясь текучей и вытесняется теплоносителем из пласта. С помощью этих же теплоносителей собирают и амбарную нефть. Недостатком известных тепловых способов добычи и сбора нефти является их низкая эффективность и значительное энергопотребление,что делает их неконкурентными и бесперспективными. Значительно эффективнее использовать энергию движущегося с большой скоростью в направлении образованных отложений струи водяного пара/Например, Патент К 10116 Способ сбора амбарной нефти и устройство для его осуществления, заявлено 10.02.2000 г., опубл. в БИ 10,2002 г., МКИ 6 Е 21 В 43/24, Патент К по заявке 2001/1477.1, заявл. 29.11.2001, Способ очистки резервуаров и устройств для его осуществления/. В известных способах направляемую на поверхность нефти или отложений струи водяного пара доводят до сверхзвуковой, например, Мс 1,8 - 2,0 Тс 383- 403 , Рс(1,4 - 1,8)105 Па, где Мс - число Маха,Тс и Рс - соответственно, термодинамическая температура и давление струи водяного пара. За счет огромной кинетической энергии движущаяся со сверхзвуковой скоростью струя водяного пара воздействует на заиленные участки 2(например, резервуаров временного содержания РВС или забоя скважины), производя их разжижение. Струя водяного пара передат заиленным участкам практически всю свою энергию- как механическую, так и тепловую. В результате такого взаимодействия сверхзвуковой струи водяного пара и заиленных участков резервуара,происходит разжижение последних. Весьма актуально использование термомеханической технологии для регенерации зоны перфорации в забое скважины, особенно для нефтей Казахстана,характеризующихся повышенным содержанием парафинов, смол и асфальтенов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является Патентпо заявке 2001/1477.1 от 29.11.2001 Способ очистки резервуаров и устройство для его осуществления,МКИ В 08 В 9/08. Данное решение принято за прототип к предполагаемому. В соответствии с известным способом по внутреннюю поверхность резервуара направляют поток струи водяного пара со сверхзвуковой скоростью, в результате чего происходит разжижение заиленных участков резервуара. К недостаткам известного способа можно отнести узкие функциональные возможности и ограниченную область применения. Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей и области применения способа за счет возможности очистки зоны перфорации и теплового воздействия на призабойную зону скважины для разрушения асфальтено-смолистых и солепарафиновых отложений в ней и увеличении межремонтного периода скважины. Предлагаемый способ позволяет за счет многократно повторяющихся циклов вначале прогреть ствол насосно-компрессорной трубы и зоны перфорации,используя при этом направляемую на поверхность отложений с большой скорости струю горячей воды и далее с помощью направляемой в зону отложений со сверхзвуковой скоростью струи горячего водяного пара окончательно разрушить образованные в перфорационной зоне забоя скважины заранее прогретые асфальтено-смолистые и парафиновые отложения. Технический результат при использовании предлагаемого изобретения достигается при многократных полных циклах очистки в последовательности вода-пар. Указанный технический результат достигается за счт того, что, в способе очистки перфорационной зоны забоя скважины от асфальтено-смолистых и парафиновых отложений, включающий подачу со сверхзвуковой скоростью с помощью паровой установки и ультразвуковой насадки в зону очистки рабочего агента в виде горячего водяного пара, в качестве рабочего агента дополнительно используют подавляемую под избыточным давлением горячую воду,осуществляют многоцикловую чередующуюся подачу рабочих агентов в последовательности вода-пар, после чего промывают скважину технической водой. В соответствии с предлагаемым способом воду перед подачей нагревают до температуры 80 С и обеспечивают е расход не менее 4,47 т/час, водяной пар перед подачей нагревают до температуры 340 С и обеспечивают его расход не менее 1,35 т/час, воду и пар подают под избыточным давлением 5 атм,обеспечивая скорость истечения горячей воды и пара не менее, соответственно, 16,25 м/с и 980 м/с,при этом в каждом цикле обеспечивают подачу воды в течении 1 часа, а пара - в течении 0,5 часа и осуществляют не менее пяти полных циклов подачи рабочих агентов. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что в качестве рабочего агента дополнительно используют подавляемую под избыточным давлением горячую воду,осуществляют многоцикловую чередующуюся подачу рабочих агентов в последовательности вода-пар после чего промывают скважину технической водой. Таким образом,заявляемый способ соответствует критерию изобретения новизна. Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной смежной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличия. В соответствии с предлагаемым способом подают под избыточным давлением в 5 атм рабочий агент в виде горячей воды и подают со сверхзвуковой скоростью с помощью передвижной паровой установки и ультразвуковой насадки в зону очистки - перфорационную зону забоя скважины рабочий агент в виде горячего водяного пара. Для этого к концу насосно-компрессорной трубы через переходник прикрепляют ультразвуковой насадок и с помощью подъмника (например, мод.А 3-37 или А-50) опускают в зону перфорации скважины на глубину 1150-1200 м. Закрывают устье скважины. С помощью передвижной паровой установки,например, мод. ППУ-3 М производят закачку рабочего агента через центральную задвижку. Одновременно открывают затрубную задвижку на технологическую мкость. В соответствии с предлагаемым способом осуществляют многоцикловую чередующуюся подачу рабочих агентов - горячей воды и горячего водяного пара в последовательности вода-пар. При этом перед подачей воды е нагревают до температуры 80 С и обеспечивают е расход не менее 4,47 т/час. Подаваемая горячая вода в течении 1 часа прогревает ствол насосно-компрессорной трубы и зону перфорации скважины. Далее, перед подачей водяной пар нагревают до температуры 340 С и обеспечивают его расход не менее 1,35 т/час. Вода и пар подаются под избыточным давлением 5 атм. Пар при прохождении через специальный насадок получает сверхзвуковую скорость движения. При подаче в заранее разогретую перфорационную зону забоя скважины пара в течении 0,5 часа разрушаются асфальтеносмолистые и парафиновые отложения. Подача горячей воды и горячего водяного пара под избыточным давлением в 5 атм и использование при подаче водяного пара сверхзвуковой насадки доводят скорость истечения рабочего агента-пара до сверхзвуковой. Соответственно, для воды и пара,скорости достигают значений не менее 16,25 м/с и 980 м/с. В соответствии с предлагаемым способом осуществляют не менее пяти полных циклов подачи рабочих агентов в зону очистки в последовательности вода-пар в каждом цикле. После завершения всех пяти циклов очистки сверхзвуковой насадок поднимают и промывают скважину с помощью агрегата ЦА-320 или АЦН-14 технической водой объемом не менее 20 м 3. Пример математического расчета определения необходимых параметров рабочих агентов. 1. Рабочий агент - горячая вода. Исходные данные глубина скважины Н 11501200 м, внутренний диаметр НКТ 10,052 м,внешний диаметр НКТ 20,073 м, избыточное давление подачи воды над столбом жидкости в НКТ Р 5 атм, температура воды Т 80 С, расход воды 1,243 кг/с или 4,47 т/ч, теплоемкость воды ср 4,1964 кДж/(кгград),коэффициент кинематической вязкости воды 0,00000036 м 2/с,коэффициент теплопроводности воды 0,668 Вт/(мград), плотность воды 974,08 кг/м 3. Расчет проводится на основе закона сохранения энергии путем составления баланса количества тепла, несущего потоком воды в НКТ, и количества тепла, теряющегося в результате теплообмена с окружающей средой. Количество тепла, несущее водой, равно-(12), где-расход воды, 1 энтальпия потока воды на входе НКТ, 2 - энтальпия воды на выходе НКТ. Количество тепла,теряющееся в окружающую среду-(1-),где- коэффициент теплопередачи, 1 температура воды,- температура окружающей среды,- площадь боковой поверхности НКТ. Составляем баланс тепла(12) (1-). Из этого выражения находим энтальпию воды на выходе НКТ и тем самым температуру воды на входе насадка 21(1)/ Считая, что в межтрубном пространстве между обсадной колонной и НКТ имеется смесь нефти и воды, полагаем 20 С, а коэффициент теплопередачи к находится из формулы, где 1 коэффициент теплообмена между водой и внутренней стенкой НКТ, 2 коэффициент теплообмена между внешней стенкой НКТ и 3 окружающей средой, коэффициент теплопроводности стенки НКТ. Эти коэффициенты равны 12851,3 Вт/(м 2 град),2 - 0,32 Вт/(м 2 град),51 Вт/(мград). Подставляя значения 1 2, , в формулу для ,найдем коэффициент теплопередачи. Площадь боковой поверхности НКТ 2252,27 м 2. Величина энтальпии воды на входе НКТ 1 с 14,1964353 кДж/кг 1481,33103 кДж/кг. Подставляя значения 1, , Т, , , , находим энтальпию и температуру горячей воды на выходе НКТ и соответственно на входе насадка 21481,0446 кДж/кг, Т 2 79 С. Расчет показывает, что при параметрах горячей воды (избыточное давление над столбом жидкости в НКТ Р 5 атм, температура Т 80 С, расход 1,243 кг/с или 4,47 т/ч) температура воды на выходе НКТ (на глубине скважины 1150 м) равна 79 С. Скорость истечения горячей воды через насадок составляет 16,25 м/с. 2. Рабочий агент - водяной пар. Исходные данные избыточное давление пара Р 5 атм, температура пара Т 340 С, расход пара 0,344 кг/с или 1,3464 т/ч, теплоемкость пара с 1,985 кДж/(кгград),коэффициент кинематической вязкости пара 0,0000386 м 2/с,коэффициент теплопроводности пара 0,0339 Вт/(мград), плотность пара 0,44 кг/м 3. Проведя аналогичный расчет, найдем энтальпию и температуру пара на выходе НКТ и соответственно на входе насадка 21156,41 кДж/кг, Т 2309 С. Расчет показывает, что при параметрах пара(избыточное давление Р 5 атм, температура Т 340 С, расход 0,344 кг/с или 1,3464 т/ч) температура пара на выходе НКТ (на глубине скважины 1150 м) равна 309 С. Избыточное давление 5 атм достаточно для истечения пара через насадок со сверхзвуковой скоростью 980 м/с. Пар с такой большой скоростью разрушает солепарафиновые отложения, позволяет быстро очистить зону перфорации и оказывает тепловое воздействие на призабойную зону скважины. Использование предлагаемого способа позволит полностью очистить перфорационную зону забоя скважины от асфальтено-смолистых и парафиновых отложений. Предлагаемый способ можно использовать и для очистки резервуаров временного содержания от нефтешламов. Предлагаемый способ технически прост в реализации, для его выполнения применяются стандартное нефтяное оборудование и готовые технологические установки - для нагрева и подачи пара, для подъма - опускания агрегатов в скважину. Дополнительные элементы,например,сверхзвуковой паровой насадок, телескопическая стрела и другие, не сложны в изготовлении и нематериаломки. Применение предлагаемого способа позволил увеличить межремонтный период скважин до 10 раз/до 350-400 календарных дней/. При суточной добыче 6-8 т нефти от каждой скважины внедрение данного способа приводит к дополнительным объмам добычи нефти свыше 1000 т/год с каждой скважины. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки перфорационной зоны забоя скважины от асфальтено-смолистых и парафиновых отложений, включающий подачу со сверхзвуковой скоростью с помощью паровой установки и сверхзвуковой насадки в зону очистки рабочего агента в виде горячего водяного пара,отличающийся тем, что, в качестве рабочего агента дополнительно используют подаваемую под избыточным давлением горячую воду,осуществляют многоцикловую чередующуюся подачу рабочих агентов в последовательности вода-пар, после чего промывают скважину технической водой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, воду перед подачей нагревают до температуры 80 С и обеспечивают е расход не менее 4,47 т/час, водяной пар перед подачей нагревают до температуры 340 С и обеспечивают его расход не менее 1,35 т/час, воду и пар подают под избыточным давлением 5 атм,обеспечивая скорость истечения горячей воды и пара не менее, соответственно, 16,25 м/с и 980 м/с,при этом в каждом цикле обеспечивают подачу воды в течении 1 часа, а пара - в течении 0,5 часа и осуществляют не менее пяти полных циклов подачи рабочих агентов.