УДК 622.276.72
© Коллектив авторов,1998
В.Я.Чаронов, М.М.Музагитов (АО "Татнефть"), А.Г.Иванов, В.В.Горчаков, А.Н.Гаврилов, Ю.К.Леонов, В.Л.Арзамасов, В.В.Михайлов, Ю.Г.Скворцов (АО "ВНИИР")
V.Y.Charonov, M.M.Muzagitov (AO "Tatneft"), A.G.Ivanov, V.V.Gorchakov, A.N.Gavrilov, Y.K.Leonov, V.L.Arsamasov, V.V.Mikhailov, Y.G.Skvortsov (AO "VNIIR")
Современная технология очистки нефтяных скважин от парафина
Modern technology of well-bore cleaning from wax deposits
Modern technologies of oil well bore-holes cleaning from wax deposits are reviewed. It is stated, that bore-hole cleaning by direct electric heating is the most advantageous and ecologically clean method. Procedures for such method utilization are described. Questions of rational power generator design, and, also, dynamic features of heating electric current regulation processes, are discussed.
ри эксплуатации нефтяных скважин отложения парафина в НКТ уменьшают полезное сечение НКТ и, как следствие, значительно снижают добычу нефти и увеличивают расход электроэнергии при ее откачке.
В АО "Татнефть" различные методы борьбы с асфальтеносмолопарафиновыми отложениями (АСПО) применяют примерно в 11 тыс.скважинах, что составляет практически 100% девонского фонда. При этом до 40% текущего ремонта выполняется из-за запарафинирования НКТ. По оценкам АО "Татнефть", общие затраты, связанные с АСПО, с учетом недобора нефти в 1995 г. составили около 1 трлн.руб.
В настоящее время наиболее распространенными методами борьбы с отложением парафина в мировой практике являются:
1) промывка скважин ингибиторами либо химическими реагентами и горячей водой (гидрохимический способ);
2) применение скребковых инструментов (механический способ);
3) использование футерованных НКТ за счет нанесения на их внутреннюю поверхность гранулированного стекла или эпоксидной смолы;
4) применение бактерицидной защиты;
5) использование магнитных методов защиты;
6) применение специальных электронагревателей, которые содержат, например, трубчатый корпус с размещенными по спирали на его поверхности нагревательными элементами; нагреватель опускают в колонну и подают на него напряжение, тепловая энергия нагревателя передается разрушаемым гидратам и застывшим парафиновым отложениям в НКТ и расплавляет их;
7) применение прямого электронагрева скважин с помощью специальных электроустановок с использованием в качестве нагревательного элемента НКТ и обсадной колонны.
Применение магнитных и электрических методов очистки НКТ от парафина наиболее современно. Казалось бы наиболее экономичным способом должна быть магнитная очистка (при помощи установок "Магнифло"), получившая распространение в Канаде. Однако испытания этих установок в России показали их недостаточную эффективность, особенно когда в нефти кроме парафина содержится повышенное количество окисленных высокооктановых компонентов (асфаль-тенов, смол, нафтеновых кислот). В результате после некоторого времени работы НКТ засоряется.
Наиболее перспективным способом очистки скважины от парафина является прямой электронагрев с использованием
НКТ и обсадной колонны в качестве нагревательных элементов электрической цепи 1). Указанные элементы соединяются между собой специальным погружным контактом, опускаемым на глубину около 800 м. В качестве электрической установки применяется источник напряжения (тока).
Идея данного способа реализована в установке "Паратрол" (США), активно эксплуатирующейся в скважинах в НГДУ "Актюбанефть". В качестве источника напряжения в ней использован однофазный трансформатор мощностью 105 кВ-А, частотой 50 Гц со ступенчатым регулированием напряжения (отводами обмотки трансформатора) на выходе от 200 до 350 В и током до 300 А.
АО "Татнефть", НГДУ "Актюбанефть" и АО "ВНИИР" (г. Чебоксары) проводят совместные работы в области создания комплекса оборудования для прямого электронагрева нефтяных скважин. В состав оборудования входят: электроустановка для электронагрева и специальное оборудование для оснащения электрической изоляцией трубопровода скважины (погружные элементы).
Общая функциональная схема установки электронагрева совместно с элементами скважины приведена на рис.1. Основу ее составляют силовой трансформатор и тиристорный преобразователь частоты,
1 Проблема электронагрева нефтескважины при очистке их от отложений парафина/В.Я.Чаронов,
1995.-№12.- С. 25-28.
[.М.Музагитов, А.Г.Иванов и др.// Электротехника.-
4/1998 55
77777777777777777 " ТТТТТТТТТЛТ7Г7Г ТП 12
пшшшишш
10,
Рис.1. Схема установки электронагрева скважины (УЭН):
1 - стальная штанга; 2 - изоляционная муфта; 3 - полированный шток из стекловолокна; 4 - стальная штанга; 5 - затрубный патрубок; 6 - узел герметизации; 7 - шкаф с тиристорным преобразователем; 8 - трансформатор; 9 - автоматический выключатель; 10 - кабель цепи управления; 11 - силовые кабели; 12 - «+» кабель; 13 - НКТ; 14 - изоляторы, установленные на НКТ; 15 - обсадная колонна; 16 - погружной контакт
работающий в режиме источника тока и имеющий обратные связи по току и температуре нефти на выходе скважины (рис.2). Установка обеспечивает задание необходимых величин тока и температуры нагрева скважины, позволяющих эффективно расплавлять парафиновые и другие сопутствующие отложения. Установка обеспечивает также регулирование тока до 500 А и температуры нефти на выходе скважины до 40°С.
Учитывая, что электрическая цепь "НКТ - погружной контакт - обсадная колонна" представляет собой "№1!!-на-грузку с распределенными параметрами активного сопротивления « и индуктивности Ь с примерным соотношением сопротивлений при частоте 50 Гц
шо-Ь/Я=4-5, (1)
где шо - циклическая частота сети 314 с-1,
получим модуль сопротивления цепи
\И\ = V«2 + (ш-Ь)2 , (2)
где ш - циклическая частота тока.
Из выражения (2) следует, что с уменьшением частоты снижается \2\. Это при требуемой величине тока 1=сош1 уменьшает напряжение, подводимое к электрической цепи скважины, и установленную мощность силового трансформатора. Очевидно, минимальная мощность создается при нагреве постоянным током (ш=0), но тогда в межтрубном пространстве скважины возможен электролиз с разрушением НКТ и разложением имеющейся там воды на кислород и водород с вероятностью взрыва. Поэтому в установке принята частота около 5 Гц. Работа установки в режиме источника тока поз-
воляет исключить аварийные режимы. Последние связаны с перегрузкой трансформатора и преобразователя при снижении сопротивления электрической цепи из-за возможности касания НКТ и обсадной колонны на участке выше погружного контакта. Установка может работать с регулятором температуры и без него. Она может быть стационарной или передвижной.
Исполнение установок по первичному питающему напряжению силового трехфазного трансформатора может быть высоковольтным (6 или 10 кВ) либо низковольтным (380 В). Вторичное линейное напряжение трансформатора составляет около 200 В.
На рис.1 показан вариант подсоединения установки через примежуточный трансформатор 380/220 В. При этом максимальный ток, подаваемый в цепь, зависит также от головного трансформатора 6 кВ/380 В, установленного для питания станка-качалки: мощность промежуточного трансформатора должна быть примерно в 2 раза меньше мощности головного трансформатора.
В случае индивидуального высоковольтного трансформатора 6 кВ/220 В имеем универсальную систему питания установки электронагрева, независимую от мощности трансформатора станка-качалки. Данный вариант более предпочтителен для передвижного и кустового исполнения установки, которая может обслуживать скважины с различными по мощности трансформаторами станков-качалок (от 40 до 160 кВ-А).
Мощность трансформатора установки электронагрева в зависимости от режима работы составляет 63-160 кВ-А.
Применение промежуточного однофазного трансформатора, как это выполнено в установке "Паратрол", приводит к указанному выше недостатку, а также к асимметрии напряжений в трехфазной питающей сети 380 В, что ухудшает (вызывает перегрев) работу асинхронных двигателей и трехфазных трансформаторов. Кроме того, расчеты и эксперименты показывают, что при заданной величине тока электронагрева скважины
ТП СУ
- 4- РТ «-1 ЗГ1
<—
IЖ
УЗ
и' «-П
1 згУ
УКП
-380В 9 9 9
ттк
\Нефтяная скважина
Электродвигатель станка-качалки
Рис.2. Функциональная схема регулирования УЭН:
ДГ0, З1 - соответственно датчик и задатчик температуры нефти на выходе скважины; ДТ - датчик тока нагрева скважины; ТТК - трансформатор тока станка-качалки; ТР - силовой трансформатор; ТП - тиристор-ный преобразователь; СУ - система управления ТП; РТ - регулятор тока ТП; ЗТ - задатчик тока ТП; I - генератор частоты; РГ° - регулятор температуры; УКП - устройство контроля подачи нефти; УЗ - устройство защиты
56 4/1998
мощность однофазного трансформатора примерно в 2 раза выше мощности трехфазного трансформатора.
Процесс очистки НКТ от парафина продолжается до 5 сут в месяц в зависимости от режима работы установки. В связи с этим с целью снижения капитальных вложений представляет интерес создание наряду с передвижными кустовых установок электронагрева, обслуживающих на одном месте 5-6 скважин при поочередной работе в течение 5 сут на каждую скважину.
В процессе очистки добыча нефти не прекращается, установка работает совместно со станком-качалкой. Как указывалось выше, для реализации данного способа каждую скважину необходимо оснастить погружными элементами, которые обеспечивают создание в ней электрической цепи и электрическую изоляцию металлических частей станка-качалки и НКТ (см. рис.1).
К специальному оборудованию относятся: устройство герметизации и ввода; изоляционная муфта; изоляционная штанга; изоляторы; контактное устройство (погружной контакт).
Устройство герметизации и ввода устанавливается на отводящем патрубке обсадной колонны устья скважины. Оно служит для подвода с помощью силового кабеля электрического тока к НКТ с герметизацией межтрубного пространства от давления выходящих газов.
Изоляционная муфта отделяет погружную часть НКТ от наземной, создает необходимый изоляционный з
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.