Результат интеллектуальной деятельности: НАЗЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ЖИДКИХ СИСТЕМ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО, ИНГИБИТОРА ПАРАФИНООТЛОЖЕНИЙ, В НЕФТЕДОБЫВАЮЩУЮ СКВАЖИНУ

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к устройствам для подачи в скважину и обработки жидких систем, преимущественно ингибиторов парафиноотложений с целью эффективного предотвращения отложений асфальтосмолопарафиновых веществ (АСПВ) на скважинном нефтепромысловом оборудовании.

Известны ряд устройств для магнитной обработки потока текучих сред. Устройство по патенту США, заявка №2010118562/03, содержит, по меньшей мере, одну согласованную пару кольцевых магнитов противоположной полярности из редкоземельный металлов, при этом каждый магнит имеет радиальную внутреннюю и внешнюю изогнутые поверхности, проходящие вдоль оси в продольном направлении и заканчивающиеся в поперечном направлении с образованием пары плоских поверхностей, соединяющий упомянутые внутреннюю изогнутую поверхность с упомянутой внешней изогнутой поверхностью, причем каждый упомянутый магнит является диаметрально заряженным и имеет внутреннюю и внешнюю изогнутые поверхности, имеющие одинаковую полярность.

Недостатком указанного устройства является использование его, в основном, для очистки воды. Низкая напряженность и однородность магнитного поля делают его применение для обработки химреагентов в нефтяной промышленности недостаточно эффективным.

Также известно устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее ферромагнитную трубу и установленные на ее внешней поверхности постоянные кольцевые магниты, охваченные герметично ферромагнитным экраном и установленные так, что их главные поверхности с одноименными полюсами обращены к оси трубы (Патент США №5122277). Поскольку постоянные магниты обращены к оси трубы главными поверхностями, то в полости трубы создается увеличение аксиальной составляющей напряженности магнитного поля. В результате протекающая по трубе жидкость обрабатывается магнитным полем заданной напряженности.

Недостатком указанного устройства является низкая эффективность магнитной обработки жидкости из-за низких градиентов напряженности магнитного поля. Это не позволяет получить высокую эффективность при магнитной обработке жидкостей, в том числе технологических, с различными физико-химическими свойствами (например, нефти, воды, водонефтяной эмульсии, химреагентов и т.д.) и с различными скоростями движения этих жидкостей по рабочему зазору.

Известно мобильное устройство для подачи химических реагентов в нефтегазодобывающие скважины (Патент РФ №2456435), включающее установленные на передвижном шасси емкость для реагента и идущий от него путепровод, соединенный с устьем скважины. Недостатком этого известного устройства является невозможность дополнительной обработки подаваемых в скважину химических реагентов с целью улучшения их рабочих свойств.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство, в том числе может быть и наземным (например, в системе подготовки сточных вод) и скважинным, для обработки водных систем различного технологического назначения, преимущественно сточных вод и кислотных реагентов (Патент РФ №2397957), включающее емкость для реагента, путепровод и встроенный в него блок, генерирующий волновые (вихревой гидродинамический звуковой излучатель) и магнитные излучения (магнитный аппарат проточного типа, содержащий ферромагнитную трубу, выполняющую роль корпуса аппарата, по которой протекает поток обрабатываемой водной системы, и охваченный герметично кожухом магнитный блок, установленный на указанной трубе и обеспечивающий омагничивание протекающей по указанной трубе водной системы). Недостатком указанного известного устройства является недостаточная эффективность по улучшению рабочих свойств ингибиторов парафиноотложений.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении улучшения свойств закачиваемых ингибиторов парафиноотложений различных классов с различными физико-химическими характеристиками, при различной скорости их протекания по путепроводу, даже в условиях колебания скорости его течения.

Указанный технический результат достигается предлагаемым наземным устройством для подачи жидких систем, преимущественноингибитора парафиноотложений, в нефтедобывающую скважину, включающее емкость, путепровод для подачи ингибитора в скважину и магнитный блок проточного типа, при этом новым является то, что магнитный блок состоит из коаксиально размещенной на путепроводе и вплотную к нему ферромагнитной трубы, поверх которой и с зазором 100-300 мм друг от друга установлены два постоянных кольцевых магнита, обеспечивающих в указанном зазоре аксиальную составляющую напряженности магнитного поля с градиентом от 1000 до 2000 Э, и при соотношении их масс как 1:(1,5-2,5) соответственно, при этом внешние полюса кольцевых магнитов зашунтированы, также путепровод дополнительно снабжен ферромагнитными кольцами, установленными с каждого торца магнитного блока, вплотную к кольцевым магнитам, и жестко соединенными с ферромагнитным экраном, охватывающим магнитный блок, причем, по меньшей мере, одно ферромагнитное кольцо путепровода жестко соединено с емкостью.

Один из кольцевых магнитов выполнен составным из нескольких кольцевых магнитов, установленных вплотную друг к другу.

При этом наземное устройство содержит не менее двух магнитных блоков.

Поставленный технический результат обеспечивается за счет следующего.

Известно, что высокая эффективность магнитной обработки жидких систем обеспечивается при выполнении следующих условий, предъявляемых к конфигурации магнитного поля в ферромагнитной трубе магнитного блока:

- высокая напряженность магнитного поля в одной из пучностей;

- высокий градиент напряженности между пучностями.

Было установлено, что выполнение этих условий зависит от взаимного расположения постоянных кольцевых магнитов вдоль ферромагнитной трубы и от эффективности дополнительных элементов (например, шунтирования), обеспечивающих проникновение магнитных полей в указанную трубу, их локальной концентрации и однородности в сечении трубы. Эти свойства наземного устройства для подачи жидких систем, преимущественно ингибитора парафиноотложений, в нефтедобывающую скважину, обеспечиваются совокупностью предложенных конструктивных признаков.

Эффективность воздействия магнитного поля на различные сложные химические реагенты и, в частности, на ингибиторы парафиноотложений, зависит от множества факторов. Четкого теоретического представления механизма воздействия магнитного поля на различные классы ингибиторов не разработано. Поэтому эффективность применения физических полей и конструкторские блоки для обработки определяются лабораторными исследованиями и промысловыми испытаниями.

Благодаря тому, что магнитный блок содержит установленные поверх ферромагнитной трубы два постоянных кольцевых магнита, установленных с зазором 100-300 мм друг от друга и при соотношении их масс как 1:(1,5-2,5) соответственно (т.е. масса кольцевого магнита, расположенного ближе к емкости меньше, чем масса второго кольцевого магнита), обеспечивается в указанном зазоре аксиальная составляющая напряженности магнитного поля с градиентом от 1000 до 2000 Э, что обеспечивает улучшение ингибирующих свойств ингибиторов парафиноотложений различных классов. Кроме того, это улучшение обеспечивается и при различных скоростях ингибитора по путепроводу, в том числе, и при колебаниях в скорости.

Магнитное поле с аксиальной составляющей напряженности от 1000 до 2000 Э значительно улучшает технологически требуемые свойства ингибиторов парафиноотложения, независимо от вида и физико-химических характеристик ингибиторов. Аксиальная составляющая напряженности магнитного поля регулируется за счет изменения массы магнитов и расстояния между ними, их шунтирования, а также за счет числа магнитных блоков. Например, для магнитного блока с напряженностью в зазоре от 1000 до 2000 Э в качестве кольцевого магнита были взяты сдвоенные магнитные элементы, направленные друг к другу сторонами с различными полярностями, и соединенные в кольцевой магнит, при этом общая масса указанных кольцевых магнитов равна 1200 г (первый - 480 г; второй - 720 г; расстояние между ними - 150 мм).

А благодаря тому, что внешние полюса кольцевых магнитов в магнитных модулях зашунтированы, идет усиление максимумов напряженности магнитного поля в сторону путепровода для подачи ингибитора. Кроме того, сохраняется требуемая для эффективной обработки ингибитора конфигурация магнитного поля в рабочем канале, что позволяет осуществлять высокоэффективную магнитную обработку ингибитора с различными физико-химическими свойствами и различными скоростями течения, в том числе, и с изменяющейся скоростью течения жидкости.

Снабжение путепровода ферромагнитными кольцами, установленными с каждого торца магнитного блока, вплотную к кольцевым магнитам, значительно усиливает один максимум аксиальной составляющей напряженности магнитного поля за счет ослабления другого.

Присутствие ферромагнитных колец в значительной мере способствует концентрации магнитного потока от каждого из кольцевых магнитов на границе контакта постоянных магнитов с ферромагнитными кольцами. Благодаря этому внутри ферромагнитной трубы, в которой размещен путепровод, формируется серия локальных пучностей напряженности магнитного поля. Амплитуда напряженности в таких пучностях значительно выше, чем у одиночных кольцевых магнитов. При этом смежные границы этих пучностей описываются более резким спадом напряженности магнитного поля.

Благодаря тому, что, по меньшей мере, одно ферромагнитное кольцо жестко соединено также с емкостью обеспечивается: во-первых, как бы увеличение массы кольца, а значит увеличение концентрации магнитного потока внутрь путепровода; а, во-вторых, - исключение смещения магнитного блока вдоль путепровода, что крайне нежелательно из-за возможного изменения магнитных полей, что может привести к снижению эффективности обработки ингибитора. Соединение ферромагнитного кольца с емкостью может производиться, например, с помощью резьбового соединения.

Для поддержания высокой эффективности магнитной обработки ингибитора желательно неоднократное воздействие на нее магнитных полей с различным уровнем напряженности. Это и достигается в предлагаемом наземном устройстве путем установки, например, не менее двух магнитных блоков на путепроводе, в каждом из которых не менее двух кольцевых магнитов.

Благодаря тому, что путепровод размещен внутри ферромагнитной трубы и плотно прилегает к ее стенке, ингибитор подвергается максимально эффективному воздействию магнитного поля, что значительно улучшает его свойства.

Ферромагнитный экран, герметично охватывающий магнитный блок, и жестко соединенное с емкостью ферромагнитное кольцо путепровода, выполняют роль концентраторов магнитного потока, существенно усиливают пучности магнитного поля за счет сокращения его потока рассеяния.

Еще следует указать, что ингибиторы парафиноотложений комплексного действия бывают различных классов и делятся на:

- смачивающего (гидрофилизирующего действия) - это смеси водорастворимых поверхностно-активных веществ (ПАВ): НПАВ-неионогенные ПАВ, АПАВ-анионные ПАВ, катионные ПАВ;

- детергентно-диспергирующего действия - это маслорастворимые амины, алкилортофосфаты, алкилсульфонаты, жирные кислоты и их соли;

- ингибиторы-модификаторы - сополимеры этилена с винилацетатом, полиакрилаты, полиметилметакрилаты и другие высокомолекулярные соединения.

В лабораторных условиях было установлено, что предлагаемое устройство в той или иной мере влияет на активность всех типов ингибиторов и обеспечивает улучшение их свойств.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема предлагаемого наземного устройства для подачи ингибитора парафиноотложений в скважину; на фиг. 2 показан отмыв пленки нефти со стеклянной поверхности до обработки ингибитора и через 1 час после воздействия заявляемым устройством на ингибитор.

Предлагаемое устройство для подачи ингибитора парафиноотложений в скважину 9 включает емкость 1 и соединенный с ней путепровод 2 для подачи ингибитора, при этом путепровод 2 дополнительно снабжен магнитным блоком 3, состоящим из коаксиально размещенной на путепроводе и вплотную к нему ферромагнитной трубы 4, поверх которой и с зазором друг от друга установлены, по меньшей мере два постоянных кольцевых магнита 5, массовое соотношение которых равно 1:(1,5-2,5), установленных с зазором 100-300 мм, и создающих магнитное поле с напряженностью аксиальной составляющей в диапазоне 1000-2000 Э. Внешние полюса кольцевых магнитов 5 зашунтированы (шунты 6). При этом путепровод 2 дополнительно снабжен ферромагнитными кольцами 7, установленными с каждого торца магнитного блока 3 вплотную к кольцевым магнитам 5, и жестко соединенными с ферромагнитным экраном 8, охватывающим магнитный блок 3. Причем, по меньшей мере, одно ферромагнитное кольцо 7 путепровода 2 жестко соединено с емкостью 1 для исключения смещения блока вдоль путепровода. Это жесткое соединение может быть выполнено, например, посредством резьбового соединения. При этом аксиальная составляющая напряженности магнитного поля кольцевых магнитов 5 может изменяться, а путепровод 2 может содержать не менее двух магнитных блоков 3.

Работает предлагаемое наземное устройство следующим образом. Ингибитор, например, марки РТФ-1 из емкости 1 под давлением и с рассчитанным расходом, исходя из дебита скважины 9, по путепроводу 2, плотно прилегающему к стенке ферромагнитной трубы 4 магнитного блока 3, протекает через указанный магнитный блок 3, и при этом поток ингибитора обрабатывается равномерно нарастающими от 1000 до 2000 Э по напряженности пучностями магнитных полей, в результате чего, по-видимому, осуществляется перераспределение межмолекулярных связей в ингибиторе с улучшением его ингибирующих свойств. Что повышает качество работы самого ингибитора и способствует повышению эффективности предотвращения отложений АСПВ на поверхности нефтепромыслового оборудования в скважине 9. Ферромагнитное кольцо 7 для предотвращения сдвига магнитного блока 3 жестко соединено с емкостью 1.

Предлагаемое устройство было смоделировано в лабораторных условиях. Для иллюстрации лабораторных исследований была использована нефть севера Пермского края с плотностью 908 кг/м³. Данная нефть по плотности относится к тяжелому типу нефтей (ГОСТ Ρ 51858-02), малосмолистая, содержание смол - 4,26%, высокопарафинистого типа, содержание парафина - 3,66%. В эту нефть вводили ингибиторы парафиноотложений различных классов, прошедшие обработку на предлагаемом устройстве. Исследования нефтей с добавлением ингибитора, обработанного предлагаемым устройством, и необработанного проводили по методике Petrolite, созданной авторами Corp. D.C. Thomas и М.Е. Newberry (1978 г.), впоследствии переработанной НПФ «Союзнефтепромхим», и названной методикой «Петролайт». По данной методике рассматриваются свойства ингибитора по показателям: отмыв пленки нефти и общий отмыв колб. Сравниваются данные нефти с добавлением неомагниченного ингибитора парафиноотложения и нефти с добавлением ингибитора после воздействия магнитными полями (были исследованы различные ингибиторы). Данные исследований приведены в таблице 1.

Приведенные в таблице 1 данные по работе ингибиторов с тяжелыми нефтями Юрчукского и Красноярско-Куединского месторождений (пласт Бш) показывают, что:

- предлагаемое устройство является универсальным, обеспечивающим улучшение ингибирующих свойств для различных типов ингибиторов (опыты 1-2, 3-4, 5-6), и по предотвращению, и по обеспечению повышения его эффективности по защите от отложений АСПВ;

- обработанные ингибиторы обладают разным временем релаксации, то есть «магнитной памятью» (это колонки в таблице через 1, 2, 3, 4 часа).

В ходе лабораторных испытаний также были проведены исследования по влиянию скорости пропускания ингибитора парафиноотложений по путепроводу, снабженному магнитным блоком. Скорость устанавливали 0,3 м/сек, 0,5 м/сек и 0,7 м/сек. В качестве рабочего реагента использовали ингибитор марки СНПХ-ИПГ-11A. Исследования показали, что эффективность улучшения ингибирующих свойств не зависит от скорости пропускания ингибитора через предлагаемое устройство, т.е. эффективность работы ингибитора остается высокой (опыты 4 и 7 таблицы 1)·

Также были проведены исследования по применению других параметров напряженности магнитного поля в зазоре между кольцевыми магнитами в предлагаемом устройстве. Опыт 9 таблицы 1 показывает, что при напряженности 1000-1500 Э показатели ингибирующих свойств значительно ниже, чем при заявленном диапазоне 1000-2000 Э.

На Фиг. 2. показан отмыв пленки нефти со стеклянной поверхности до обработки ингибитора (А) и через 1 час после воздействия заявляемым устройством на ингибитор (Б). По результату наглядно видно, что после обработки ингибитора заявляемым устройством (Фиг. 2(Б)), отмыв пленки нефти исследуемой пробы составил 95% за 30 сек, что согласно методике «Петролайт» соответствует характеристике «отлично». Для сравнения, без обработки ингибитора (Фиг. 2(А)) отмыв пленки нефти составил только 20% за 180 сек, что соответствует характеристике «неудовлетворительно».

Основными достоинствами заявляемого устройства являются:

- улучшение эффективности ингибирующих свойств ингибитора, за счет перераспределения межмолекулярных связей;

- возможность использования для обработки любого ингибитора парафиноотложения;

- предельная простота конструкции и простота монтажа устройства.