Интерактивный сбор данных и управление в режиме реального времени осаждением минеральных отложений из пластовых флюидов
Номер патента: 5707
Опубликовано: 28.04.2005
Авторы: Смит Дж.Кевин, Лопес Томас Х., Пржибилински Джон Л., Юан Мингдонг, Минз К.Митч
Формула / Реферат
1. Способ определения осаждения минеральных отложений из пластового флюида в режиме реального времени, содержащий следующие этапы:
помещают оптический зонд, способный измерять изменение показателя преломления на своей поверхности при контакте с пластовым флюидом, в добытый или добываемый пластовый флюид;
измеряют изменения показателя преломления на поверхности зонда и
определяют точки начала и скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида из функции изменения показателя преломления на поверхности зонда, при этом поверхность зонда состоит из материала, который может противостоять длительному периоду контакта с пластовым флюидом при температурах и давлении, присутствующих в нефтяных скважинах.
2. Способ по п.1, в котором оптический зонд, имеющий поверхность зонда, которая может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда, представляет собой зонд с ослабленным полным внутренним отражением (ОПВО).
3. Способ по п.2, в котором ОПВО зонд содержит средство измерения изменения показателя преломления, связанного с материалом, находящимся в контакте с зондом, являющемся фотометром.
4. Способ по п.3, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 400 до 1500 нанометров.
5. Способ по п.4, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 500 до 700 нанометров.
6. Способ по п.5, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 630 до 690 нанометров.
7. Способ по п.4, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 800 до 900 нанометров.
8. Способ по п.7, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 850 до 900 нанометров.
9. Способ по п.8, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 870 до 890 нанометров.
10. Способ по п.1, который дополнительно содержит использование автоматизированного прибора очистки зонда, предназначенного для очистки, калибровки, вставки и извлечения поверхности зонда.
11. Способ управления осаждением минеральных отложений из пластового флюида, способ, содержащий следующие этапы:
помещают оптический зонд, способный измерять изменение показателя преломления на своей поверхности при контакте с пластовым флюидом, в добытый или добываемый пластовый флюид;
измеряют изменения показателя преломления на поверхности зонда и
определяют точки начала и скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида из функции изменения показателя преломления на поверхности зонда,
производят сравнение скорости осаждения минеральных отложений с заданным диапазоном приемлемых скоростей осаждения минеральных отложений и
осуществляют изменение скорости добавления в пластовый флюид добавок, эффективных для предотвращения осаждения минеральных отложений из пластового флюида, при этом
i) поверхность зонда состоит из материала, который может противостоять длительному периоду контакта с пластовым флюидом при температурах и давлении, присутствующих в нефтяных скважинах;
ii) определение скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида происходит в режиме реального времени; и
iii) скорость добавления в пластовый флюид добавок, эффективных для предотвращения осаждения минеральных отложений из пластового флюида:
увеличивают, если детектируется точка начала осаждения минеральных отложений или скорость осаждения минеральных отложений превышает диапазон приемлемых скоростей осаждения минеральных отложений;
уменьшают, если не детектируется осаждение минеральных отложений или скорость осаждения минеральных отложений ниже диапазона приемлемых скоростей осаждения минеральных отложений; и
не изменяют, если не детектируется осаждение минеральных отложений или скорость осаждения минеральных отложений находится в пределах диапазона приемлемых скоростей осаждения минеральных отложений.
12. Способ по п.11, в котором оптический зонд, имеющий поверхность зонда, которая может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда, представляет собой ОПВО зонд.
13. Способ по п.12, в котором ОПВО зонд содержит средство измерения изменения показателя преломления материала, находящегося в контакте с зондом, который является фотометром.
14. Способ по п.13, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 400 до 1500 нанометров.
15. Способ по п.14, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 500 до 700 нанометров.
16. Способ по п.15, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 630 до 690 нанометров.
17. Способ по п.14, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 800 до 900 нанометров.
18. Способ по п.17, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 850 до 900 нанометров.
19. Способ по п.18, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 870 до 890 нанометров.
20. Способ по п.11, который дополнительно включает использование автоматизированного прибора очистки зонда, предназначенного для очистки, калибровки, вставки и извлечения поверхности зонда.
21. Система для управления осаждением минеральных отложений из пластового флюида, содержащая маршрут потока флюида для течения пластового флюида, извлекаемого из подповерхностного пласта; оптический зонд, способный измерять изменения показателя преломления на своей поверхности при контакте с пластовым флюидом на пути потока флюида с получением данных, соответствующих скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида на пути потока флюида; и процессор для определения из полученных данных скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида.
Текст
005707 Область изобретения Настоящее изобретение относится к области нефтедобычи и функционирования трубопроводов, к способу для контроля и управления осаждением минеральных отложений из пластовых флюидов. В частности, настоящее изобретение относится к способу контроля и управления осаждением минеральных отложений, формируемых из пластовых флюидов, содержащихся в буровых скважинах, трубопроводах и относящемся к ним оборудовании. Уровень техники Нефтяные флюиды, прежде всего, состоят из нефти и воды и упоминаются здесь как пластовые флюиды. Пластовые флюиды могут также содержать нерастворимые соединения нефти и воды, такие как, например, глину, кремнезем, парафин и битумы, которые существуют в виде коллоидных суспензий. В дополнение к уже перечисленным компонентам пластовые флюиды также могут включать неорганические компоненты, которые могут выпадать в осадок, образуя минеральные отложения. Процесс осаждения минеральных отложений известен как образование отложений. Для настоящего изобретения важнейшими являются минеральные отложения и образование отложений. Наиболее распространенными ионами, образующими отложения, являются кальций и барий, однако натрий, карбонат, бикарбонат, хлорид, сульфат и стронций также признаются как элементы образования отложений. Наиболее общая спецификация указанных объединенных ионов образования отложений представляет собой карбонат кальция (СаСО 3), сульфат кальция (CaSO4), сульфат бария (BaSO4) и сульфат стронция (SrSO4). Кроме того,имеются менее общие разновидности отложений, например фторид кальция (CaF2), сульфид железа(FexSx+1), сульфид цинка (ZnS), сульфид свинца (PbS) и хлорид натрия (NaCl). На осаждение отложений прежде всего воздействуют смешивание несовместимых сформированных вод и/или изменения физических свойств, свойственных системе скважины, таких, как температура, давление, турбулентность флюида, скорость потока флюида и показатель рН. В частности, оборудование скважины в местоположениях, в которых смешивается несовместимая вода и/или происходят изменения указанных присущих физических свойств, особенно уязвимо к осаждению отложений. Также понятно,что оборудование скважины и оборудование ниже по течению указанных участков также является восприимчивым к осаждению отложений в системе скважины. Любое налипание минеральных отложений на поверхности системы скважины может сузить трубы и забить перфорации буровой скважины, различные клапаны и другое оборудование буровой площадки и нисходящей скважины, что приводит к отказу оборудования буровой площадки. Это также может замедлять, снижать или даже полностью предотвращать поток пластового флюида в буровую скважину и/или из устья скважины. Указанные эффекты также распространяются на средства хранения сырой нефти, которые вызывают проблемы при обслуживании или производительности, когда осаждения минеральных отложений остаются не выявленными в течение длительных периодов времени. В результате вышеупомянутых проблем в процессе нефтедобычи в продуктивных скважинах, бурения новых скважин или капитального ремонта существующих скважин многие химикаты, упоминаемые здесь как "добавки", включающие ингибиторы отложений часто вводятся из поверхностного источника в скважины для обработки пластовых флюидов, текущих через такие скважины, для предотвращения или управления осаждением минеральных отложений. В дополнение к управлению осаждением минеральных отложений, добавки также вводятся в продуктивные скважины, чтобы среди прочего, увеличить добычу через буровую скважину, осуществлять смазку оборудования, находящегося в скважине или управлять коррозией и образованием или осаждением битума, парафина, эмульсий и гидратов. Все указанные химикаты или добавки обычно вводятся через трубопровод или трубы, которые проходят от поверхности на известную глубину в пласте. Поверхностные (наземные) трубопроводы и оборудование также могут быть защищены непрерывной дозированной обработкой или введением добавок непосредственно в систему, обычно выше по течению проблемного местоположения. Кроме того, добавки могут вводиться в пласт вблизи буровой скважины посредством технологии, обычно упоминаемой как обработка "закачка под давлением", из которого добавки могут медленно выпускаться в пластовый флюид. Также, химикаты вводятся в соединение с электрическими погружаемыми насосами, как показано,например, в патенте США 4582131, или через вспомогательную линию, связанную с кабелем, используемым с электрическим погружаемым насосом, как раскрывается в патенте США 5528824. Для эффективного ввода добавок в пластовый флюид, чтобы управлять образованием отложений,необходимо знать, какое количество добавок требуется. В настоящее время направление образования отложений и возникновение отложений обычно оценивается с использованием пробного образца отложений в месте нахождения или полагаясь на образцы воды, полученные из добычи или источников введения. Автономные образцы вод месторождений обычно анализируются на концентрацию ионов либо в месторождении, либо они отправляются в удаленную лабораторию, в которой для определения относительной концентрации ионов, содержащихся в данном образце воды, используется инструментальный анализ. Снова, другой автономный подход к прогнозированию и контролю направления и возникновения отложений состоит в использовании пробных образцов, согласно которому требуется их удаление из системы скважины для контроля либо в месторождении, либо на удаленном техническом средстве. Проще говоря, имеется потребность в методе контроля в месте нахождения, осуществляемом в реальном ре-1 005707 жиме времени, для детектирования точки начала осаждения отложений в системе добычи или введения,где может существовать высокое давление, турбулентность и/или многофазные флюиды. Сущность изобретения Согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к способу для определения в режиме реального времени осаждения минеральных отложений из пластового флюида, способ, содержащий следующие этапы: А) размещение оптического зонда, в котором поверхность зонда может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда, в контакте с пластовым флюидом, добытым или добываемым из нефтяной скважины; В) измерение изменений показателя преломления на поверхности зонда; и С) определение точки начала и скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида как функции изменения показателя преломления на поверхности зонда; в котором: i) поверхность зонда, которая может контролироваться относительно изменений показателя преломления, находится в контакте с пластовым флюидом; ii) зонд, включающий поверхность зонда, которая может контролироваться относительно изменений показателя преломления, состоит из материала, который может противостоять длительному периоду контакта с пластовым флюидом при температурах и давлении, присутствующих в нефтяных скважинах; и iii) определение скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида в режиме реального времени. В другом аспекте настоящее изобретение представляет способ для управления осаждением минеральных отложений из пластового флюида, способ, содержащий: А) размещение оптического зонда,имеющего поверхность зонда, которая может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда, с возможностью контактирования с пластовым флюидом, добытым или добываемым из нефтяной скважины; Б) измерение изменений показателя преломления на поверхности зонда; В) определение точки начала и скорости осаждения минеральных отложений, если оно имеет место, из пластового флюида как функции изменения показателя преломления на поверхности зонда; Г) сравнение скорости осаждения минеральных отложений, если оно имеет место, с предварительно заданным диапазоном приемлемого осаждения минеральных отложений; и Д) осуществление изменения скорости добавления в пластовый флюид, если оно имеет место, добавок, эффективных для предотвращения осаждения минеральных отложений из пластового флюида; в котором: i) поверхность зонда, которая может контролироваться относительно изменений показателя преломления, контактирует с пластовым флюидом; ii) зонд,включающий поверхность зонда, которая может контролироваться относительно изменений показателя преломления, состоит из материала, который может противостоять длительному периоду контакта с пластовым флюидом при температурах и давлении, присутствующих в нефтяных скважинах; iii) определение скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида происходит в режиме реального времени; и iv) скорость добавления в пластовый флюид, если оно имеет место, добавок, эффективных для предотвращения осаждения минеральных отложений из пластового флюида: (1) увеличивается, когда детектируется точка начала осаждения минеральных отложений или скорость осаждения минеральных отложений превышает диапазон приемлемого осаждения минеральных отложений; (2) уменьшается, когда не детектируется осаждение минеральных отложений или скорость осаждения минеральных отложений меньше диапазона приемлемого осаждения минеральных отложений; и (3) не изменяется, когда не детектируется осаждение минеральных отложений, или когда скорость осаждения минеральных отложений находится в пределах диапазона приемлемого осаждения минеральных отложений. Еще в одном аспекте настоящее изобретение представляет систему для управления осаждением минеральных отложений из пластового флюида, содержащую: маршрут потока флюида для течения пластового флюида, извлекаемого из подповерхностного пласта; оптический зонд, имеющий поверхность,которая может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда, связанного с пластовым флюидом на пути потока флюида, обеспечивающей данные, соответствующее скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида на пути потока флюида; и процессор для определения из данных скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида. Было бы желательно, чтобы в области техники добычи пластовых флюидов и их транспортировки на нефтеперерабатывающие заводы была возможность контролировать образование отложений в нефтяной скважине, трубопроводе и в связанном оборудовании, при условии, что контроль мог бы осуществляться в режиме реального времени и рентабельным способом. Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 изображает схематическую иллюстрацию системы буровой скважины для контроля возникновения отложений, достигающих устья скважины и для введения химикатов в ответ на контролируемые величины, согласно варианту реализации настоящего изобретения,фиг. 2 изображает увеличенный вид сектора 2 фиг. 1,фиг. 3 представляет величину отклика детектора для соляных растворов, содержащих ионы образования отложений кальцита или барита,фиг. 4 демонстрирует корреляцию между зависящим от времени откликом детектора (вставка) и соответствующим зависящим от времени увеличением давления, происходящим в результате осаждения-2 005707 отложений в потоке флюида, в котором соляной раствор обрабатывали с несколькими ингибиторами отложений при одинаковой концентрации,фиг. 5 демонстрирует корреляцию между зависящим от времени откликом детектора (вставка) и соответственным зависящим от времени увеличением давления, происходящим в результате осаждения отложений в потоке флюида, в котором соляной раствор обрабатывали с несколькими концентрациями одинакового ингибитора,фиг. 6 демонстрирует селективные способности контроля настоящего изобретения детектировать точку начала отложений кальцита в различных концентрациях в смешанных флюидах (нефть и вода),подобных найденным в месторождении. Подробное описание предпочтительного варианта реализации изобретения Настоящее изобретение относится к системе и способу контроля и управления образованием отложений. Система может использоваться на буровой площадке, в трубопроводе, и других местах, в которых получаются, транспортируются, хранятся или используются пластовые флюиды, нефть или другие сложные смеси, подверженные отложениям осаждающегося минерала. В практике настоящего изобретения оптический зонд имеет поверхность зонда, которая может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда, приводится в контакт с пластовым флюидом, добываемым или добытым из нефтяной скважины. Если пластовой флюид, находящийся в контакте с зондом, дает осадок минеральных отложений, то некоторые из минеральных отложений будут осаждаться на поверхности зонда. Отложения на поверхности зонда приводят к измеряемому изменению показателя преломления на поверхности зонда. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения первое измерение изменения показателя преломления на поверхности зонда коррелируется с величиной осаждения отложений, которое происходит в потоке флюида во время измерения. Затем может использоваться измерение в режиме реального времени для выполнения первого вычисления относительно количества ингибитора отложений, необходимого для снижения образования отложений до приемлемого уровня. Само вычисление может быть экспериментальным или эмпирическим, и предпочтительно основано на предшествующем опыте степени образования отложений для конкретного контролируемого пластового флюида. В другом варианте реализации настоящего изобретения пластовый флюид уже обработан с заданным уровнем ингибитора отложений, и результирующий обработанный пластовый флюид имеет измеримый уровень образования отложений. Измеряется изменение показателя преломления на поверхности зонда, которое сравнивается с заданным диапазоном и с предыдущими измерениями, если таковые имеются. Если не имеется никакого различия от предыдущего измерения или если измерение находится в пределах заданного диапазона, то в контроллер или в контроллеры посылается или не посылается сигнал,который регулирует уровень обработки ингибитором образования отложений, чтобы поддерживать текущую или существующую скорость обработки. Если разница измерений выходит за пределы предварительно заданного диапазона, то из этого следует, что нежелательное количество минеральных отложений либо выпадает в осадок, либо будет выпадать в осадок из раствора, и становится осажденным где-нибудь в буровой скважине, трубопроводе,средстве транспортирования или хранения, поскольку может быть такой случай. Указанный процесс нежелателен, так что в этом случае контроллером или контроллерами посылается сигнал для регулировки настройки или скорости, чтобы управлять, предотвращать, ингибировать или как-то по-другому смягчать образование отложений. Регулировки осуществляются согласно природе и величине различия измерений. В большинстве случаев требуются дополнительные добавки для уменьшения или исключения дополнительных образований отложений. Другой путь определения того, делать ли изменения или регулировки обработки, пример как, химическую инжекцию, состоит в сравнении измерений изменения показателя преломления на поверхности зонда в пути потока с эталонным материалом. Предпочтительно, эталонный материал представляет собой образец флюида продуктивного нефтеносного пласта, в котором образование отложений находится на приемлемом уровне. В лаборатории используется много различных химических, физических и спектроскопических способов детектирования и измерения образования отложений в пластовом флюиде. Предпочтительны локальные измерения образования отложений в режиме реального времени или почти в режиме реального времени, которые обеспечиваются в настоящем изобретении. Для целей настоящего изобретения локальное средство, находящееся вблизи пластового флюида, контролируется способами согласно настоящему изобретению. Хотя любой из известных из уровня техники способов выполнения таких измерений образования отложений может быть использован с настоящим изобретением для определения приемлемых диапазонов, эталонных материалов и т.д., способы согласно настоящему изобретению осуществляются на практике с использованием оптического зонда, имеющего поверхность зонда, которая может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда для детектирования образования отложений пластовых флюидов. Предпочтительно использовать волоконно-оптический зонд и, в частности, предпочтительно использовать зонд ослабленного полного внутреннего отражения с фотометром для прямого из-3 005707 мерения величин образования отложений в пластовом флюиде посредством измерения коэффициента преломления в диапазоне волн 400 нм-1500 нм и затем передавать результаты в схему или в модуль сбора и обработки данных, например модуль, основанный на микропроцессоре, или компьютер для анализа данных. Фотометры, применимые с настоящим изобретением, включают фотометры с одной длиной волны, спектрофотометры, спектрофотометры ультрафиолетовой - видимой - ближней инфракрасной области и т.д. Для целей настоящего изобретения термин ATR (ОПВО) обозначает прибор с использованием ослабленного полного внутреннего отражения, включающий зонд и средство для измерения коэффициента преломления материла, находящегося в контакте с зондом. ОПВО зонд представляет собой предпочтительный оптический зонд для реализации настоящего изобретения, поскольку он легко доступен и позволяет проводить лабораторные измерения и прямые измерения в режиме реального времени спектральной поглощательной способности непрозрачных и цветных флюидов или жидкостей в пределах процесса. Пластовые флюиды, такие как сырая нефть,обычно являются непрозрачными и темными. ОПВО зонды, применимые с настоящим изобретением,могут помещаться в различных местоположениях на путях потока пластового флюида, для сбора данных образования отложений, будь то в буровой скважине, в трубопроводе или в других линиях транспортировки. Необходимо, чтобы зонд был способен противостоять условиям внутри нефтяной скважины. Например, для использования с настоящим изобретением, особенно предпочтительны ОПВО зонды,имеющие сапфировые окна. Также предпочтительными оптическими зондами для использования с настоящим изобретением являются ОПВО зонды, имеющие специальную геометрию для увеличения чувствительности к изменениям показателя преломления, обусловленным осаждением отложений на поверхности зонда. Трапецеидальная по форме поверхность ОПВО зонда помещается на торце зонда, который контактирует с пластовым флюидом. Поверхности наконечника трапецеидального ОПВО зонда, которые открыты воздействию пластового флюида, являются верхними и находящимися под углом сторонами. Основа наконечника трапециидального ОПВО зонда прикреплена к телу зонда. Свет, исходящий из источника на противоположном конце детектора, направляется через ОПВО зонд. Отсчеты спектров поглощения типичного пластового флюида, такого как приток к скважине, выполняются на длине волны в диапазоне 400-1500 нм, обычно упоминаемом как видимая и инфракрасная область. Для настоящего изобретения предпочтительным диапазоном длин волн является диапазон 400 1500 нм. Более предпочтительным является диапазон длин волн 630-900 нм, и наиболее предпочтительным - 650-670 нм. Вторым предпочтительным диапазоном длин волн является диапазон 800-900 нм,предпочтительно 850-900 нм и наиболее предпочтительно 870-890 нм. В соответствие с практикой настоящего изобретения образец анализируется ОПВО зондом, в котором световое излучение, форма электромагнитной волны, из источника направляется в датчик с экспонируемой поверхностью, установленной с обеспечением контактирования с пластовым флюидом, в котором преломленный свет направляется обратно в детектор. Внутри траектории возвращения назад в детектор могут быть помещены фильтры для устранения или изолирования ненужного света, возникающего в результате флюоресценции пластового флюида, фосфоресценции или отражения. С надлежащими соединениями, инструментами и электроникой сигналы, полученные в результате измеренной преломляющей способности, обусловленные изменением показателя преломленияна поверхности датчика, могут удобно передаваться с использованием оптических волокон для управления модулем для хранения,анализа и сравнения спектральных данных. Интенсивность преломленного света, полученная с использованием ОПВО зонда, анализируется и сравнивается с помощью подходящих компьютерных программ или другого процессора. Длина пути может варьироваться в зависимости от длины волны используемого света. Важно, что ОПВО зонд выбирался таким образом, чтобы его можно было использовать в прикладной задаче настоящего изобретения. Например, в буровой скважине зонд может подвергаться воздействию коррозийных условий и высоких температур и/или давлений. Оптика зонда должна быть такой, чтобы она не распадалась и не становилась постоянно окклюдированной. Предпочтительно, чтобы оптика зонда, предпочтительно для настоящего изобретения, была изготовлена из сапфира. Преломляющая способность отложений из пластового флюида может быть выражена различными способами. Она может определяться в единственной точке на выбранной длине волны, на множестве длин волн внутри раскрытого здесь диапазона, как полный спектр между двумя длинами волн или их комбинацией. Для системы настоящего изобретения предпочтительно, чтобы было по меньшей мере два зонда для получения по меньшей мере двух сигналов прямых ОПВО измерений. Например, в случае системы настоящего изобретения, используемой для контроля нефтяной скважины, по меньшей мере один зонд помещается в потоке флюида, извлекаемого на буровой площадке, на пути потока флюида до сбора пластового флюида для обработки и транспортировки. Обычно имеется локальный процессор для обработки данных. Данные, полученные из прямых ОПВО измерений образования отложений из пластового флюида, входящего в перфорации буровой скважины, выходящего из устья скважины, и на пути потока флюида, собираются, анализируются и сравниваются. Данные зонда предпочтительно обрабатываются на бу-4 005707 ровой площадке для определения степени образования отложений в пластовом флюиде, которая сравнивается с ожидаемой величиной. Сравнение относительного образования отложений может выполняться с использованием процессора. Ожидаемая величина и скорость образования отложений могут определяться из анализа предыдущих образцов флюида и/или из моделирования. Если величина образования отложений в пластовом флюиде, извлекаемом в устье скважины, больше, чем ожидаемая величина, то можно обоснованно сделать вывод, что образование отложений уже началось или скоро возникнет. В зависимости от величины и скорости осажденных минеральных отложений может быть необходимость изменения или настройки различных видов обработки смягчения, управления или ингибирования, как, например, ведение добавок,или менее предпочтительно изменение температур или других условий пластового флюида. Хотя образование отложений вообще нежелательно, может существовать диапазон, в пределах которого образование отложений может допускаться. Для системы, контролирующей трубопровод, транспортирующий пластовый флюид, также предпочтительно, чтобы было по меньшей мере два ОПВО зонда. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один первый зонд помещался в местоположение для измерения первого уровня образования отложений выше по течению в трубопроводной системе транспортирования. Также предпочтительно, чтобы был, по меньшей мере, один второй зонд ниже по течению от первого зонда для измерения второго уровня образования отложений. В рамках изобретения находится тот факт, что для контроля длинного трубопровода используется множество зондов и/или их соответствующее оборудование для определения того: (а) возникли ли отложения; (б) где возникло образование отложений; (в) необходима ли обработка или потребности нужно изменить; и (г) какой правильный уровень обработки. Как обсуждалось выше, для контроля образования отложений в одной и той же скважине или трубопроводе может быть установлено множество зондов. Также в рамках варианта реализации настоящего изобретения можно иметь множество зондов, контролирующих несколько скважин или трубопроводов в одно и то же время. Сигналы, соответствующие преломляющей способности, могут быть направлены в один и тот же или в разные модули обработки данных, которые сравнивают сигналы для определения того, существует ли разница в образовании отложений между пластовым флюидом, входящим в буровую скважину или трубопровод, и флюидом в других местах скважины или трубопровода. Если разницы нет или она мала и находится в заданном диапазоне, то в один или более контроллеров отправляются команды, поддерживающие текущую обработку без изменений. Если разница является большей и выходит за пределы заданного диапазона, то в контроллер или контроллеры отправляются команды для настройки их выходного сигнала или сигналов для изменения текущей обработки согласно разнице. Примеры видов обработки включают введение добавок, ингибирующих образование отложений, настройку температур или давлений трубопроводов, клапанов и различного другого оборудования и их комбинации. Существуют и другие эталоны, которые могут использоваться для определения степени образования отложений в пластовых флюидах. Одним из таких эталонов может быть расчетная диаграмма. Указанная диаграмма может быть получена, например, теоретическим вычислением экстраполяцией или интерполяцией калибровочной кривой, или другими способами. Другим и предпочтительным эталоном является лабораторный анализ образования отложений в реальном флюиде, который должен контролироваться. Если трудно или неэкономично помещать зонд в скважину, то приемлемым эталоном настоящего изобретения является периодический забор образцов и анализ пластового флюида в буровой скважине. Также, в рамках варианта реализации настоящего изобретения можно использовать предыдущий анализ из такой же или другой системы контроля в качестве эталона для определения степени образования отложений, возникающих в исследуемом пластовом флюиде. В практике настоящего изобретения заданный диапазон изменения относительного образования отложений флюида используется для того, чтобы запускать или не запускать действия, предназначенные для управления осаждением отложений из пластового флюида. Указанный заданный диапазон может предписываться различными способами или даже комбинацией способов, поскольку он зависит от точки,в которой отложения будут выпадать в осадок из пластового флюида, который сам подвержен действию многих факторов. Факторы, влияющие на осаждение отложений, включают состав пластового флюида,концентрацию составов, вызывающих отложения, в конкретном пластовом флюиде, флюктуацию указанных составов в пластовом флюиде, оборудование, динамику развития скважины, точность используемого ОПВО зонда, опыт работы с конкретной скважиной или трубопроводом или средством хранения и многие другие факторы. Факторы, которые могут оказывать воздействие на точность ОПВО зонда,включают, но не ограничены следующими: однородность кристаллической решетки сапфира, квантовый выход детектора, ширина полосы пропускания источника света и режим расщепления пучка. Поскольку все этапы и измерения настоящего изобретения не требуют вмешательства оператора, за исключением проверки точности датчиков или зондов, настоящее изобретение может быть автоматизировано с помощью соответствующих вычислительных приборов, таких как компьютеры, передатчики и приемники сигналов, вычислительные программы или программное обеспечение для выполнения необходимых вычислений и сравнения данных и другие необходимые механические приборы, которые могут-5 005707 управляться не вручную при приеме различных электромагнитных, электрических, электронных или механических команд, инструкций или сигналов. Хотя датчики или зонды используются для обеспечения прямых измерений образования отложений в режиме реального времени, не требуется и необязательно, чтобы измерения осуществлялись непрерывно. Для настоящего изобретения датчики или зонды могут использоваться во многих различных режимах, непрерывном, квазинепрерывном, периодическом, пакетном или их комбинации. Состав пластового флюида, изменения в составе, опыт работы и требование обслуживания представляют собой часть факторов, которые влияют на выбор того, как часто выполняются измерения. Кроме того, в рамках настоящего изобретения разные сигналы могут передаваться в машину или в компьютер, или какой-то другой модуль обработки данных, то есть процессор, находящийся в отдаленном местоположении, и в ответ на наблюдаемую разницу решение настройки выхода устройства относительно специфической обработки отправляется в указанное устройство непосредственно или обратно в контроллер, который отправляет соответствующую команду в устройство. Одним из аспектов способов настоящего изобретения, который важен для его практической реализации, является тот факт, что поверхности зонда, используемого для измерения скорости образования отложений, становятся окклюдированными, когда происходит образование отложений. При возникновении указанной окклюзии необходимо очистить поверхность зонда. Хотя такую чистку можно выполнять вручную, предпочтительно, чтобы она выполнялась автоматически. При автоматическом режиме чистки можно использовать такие системы, как Welker AID-1 система, которая предпочтительно запускается контролером, отслеживающим детектор ОПВО зонда. Чистка также может выполняться по расписанию. В дополнение к чистке также может использоваться прибор для калибровки, изъятия и вставки поверхности зонда. Независимо от того, чистятся ли зонды вручную или автоматически, удаление отложений может осуществляться с соответствующими реагентами и растворителями. Например, если отложения на зонде представляют собой карбонат кальция, то они могут удаляться с использованием разбавленной кислоты. Со способами настоящего изобретения можно использовать любой способ очистки отложений с поверхностей, известный специалистам. В практике настоящего изобретения в пластовые флюиды вводится добавка для управления или смягчения образованием отложений. Для предотвращения образования отложений в настоящем изобретении может быть использована любая добавка, известная специалистам в области обработки флюидов нефтедобычи. Предпочтительно, используемыми добавками являются: сложный эфир фосфата, фосфонаты, полималеиновая кислота, полиакриловая кислота или другие гомополимеры, сополимеры и тройные полимеры, причем эти примеры могут составляться в различных пропорциях в зависимости от применения. Со ссылкой на фиг. 1 будет осуществляться пошаговое описание одного из вариантов реализации согласно настоящему изобретению. Фиг. 1 изображает схему системы (100), в которой образование отложений контролируется двумя ОПВО зондами (102 АВ). Первый ОПВО зонд (102 А) расположен в буровой скважине (101), а второй ОПВО зонд (102 В) расположен в трубопроводе (113). В одном аспекте показано, что система (100) включает буровую скважину (101), которая протягивается в продуктивную зону (116). Пластовый флюид (117) из продуктивного пласта (115) течет в буровую скважину (101), а затем течет вверх к поверхности (118). Затем пластовый флюид проходят через устье(109) скважины и далее вытекает через насадку (108) устья скважины в соединение (114) трубопровода, и затем в трубопровод (113) или в другие подходящие системы транспортирования. ОПВО зонды(102 АиВ) соединены с линиями (110 А и В) связи передачи данных/питания, которые отправляют сигналы в контроллер (103) буровой площадки. Сигналы из ОПВО зондов (102 А и В) отправляются в контроллер (процессор) (103) буровой площадки, который взаимодействует с различными программами и моделями. Контроллер (103) буровой площадки определяет степень отложений, возникающих в пластовом флюиде (117) на основе программ,обеспеченных для него. Затем образования отложений сравниваются с заданными диапазонами. На основе этих сравнений программы и модели также определяют, (а) являются ли они различными; (b) выходит ли разница за пределы заданного диапазона; и (с) какая регулировка обработки необходима в ответ на разницу, если она вообще необходима. Если разницы нет или если разница не превышает заданный диапазон, то контроллер не делает никакой регулировки или изменений в скорости насоса (104), обеспечивающего добавки (119) из источника(105). Если разница превышает диапазон, то контроллер (103) изменяет скорость насоса (104), используя активную линию управления (111) для регулировки количества добавок (119) до требуемого количества,увеличивая или уменьшая количество добавок (119) из источника (105) добавок, чтобы подавлять,управлять или смягчать чрезмерное образование отложений. Добавки (119) загружаются в насадку (108) устья скважины через линию (107) подачи после того, как сначала они были поданы в насос (104) через линию (106) загрузки. Все сигналы и/или инструкции из компьютеров или контроллеров могут быть переданы обычными способами, такими как, например, подходящие кабели, оптические волокна и т.д. Альтернативно, в вари-6 005707 анте реализации настоящего изобретения также можно использовать беспроводные линии связи. Все измерения, сравнения и другие операции могут быть автоматизированы с помощью надлежащих устройств. Система 100 может быть полностью автоматизированной системой. Она также может иметь ручное управление оператором на буровой площадке и/или в удаленном местоположении. Кроме того, там,где используется удаленный контроллер или процессор, или второй контроллер или процессор (не показаны), программы и модели, которые имеются в тех же или в других вычислительных системах, могут использоваться в качестве взаимных операций резервного копирования. Связь со вторым контроллером или процессором может осуществляться с использованием удаленной линии (112) передачи данных. Для осуществления управлением различными добавками, химикатами или растворителями не обязательно иметь множество химических источников и соответствующих насосов и устройств измерения. Они могут управляться индивидуально или совместно друг с другом одним или более контроллерами,такими как контроллер (103). Также для управления функционированием двух или более скважин в одно и то же время в рамках настоящего изобретения можно использовать одну и ту же или же другую буровую площадку (локальную) и/или удаленные процессоры контроллера. Фиг. 2 изображает альтернативный и предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения, в котором система содержит устройство для очистки зонда (102 А). Зонд (102 А) заключен внутри устройства, которое вытаскивает зонд через стену буровой скважины (101), а затем очищает зонд, дополнительно используя чистящий агент из источника (не показан), осуществляющего подачу через линию (202) подачи, и далее протягивает зонд обратно в буровую скважину и приводит в контакт с пластовым флюидом. В другом варианте реализации второй прибор используется для очистки второго зонда(102 В). Сигналы посылаются с зонда с использованием линии (110 А) передачи данных/питания, а очистка зонда активизируется с использованием линии (201) передачи данных/питания. Далее следует отметить, что хотя часть предшествующего описания направлена на некоторые предпочтительные варианты реализации или вариант реализации изобретения, изображенные на сопровождающих чертежах, специалистам будут очевидны различные модификации. Подразумевается, что все такие вариации в рамках формулы изобретения охвачены предшествующим описанием. Примеры Следующие примеры обеспечиваются с целью иллюстрации настоящего изобретения. Примеры предназначены не для того, чтобы ограничить рамки настоящего изобретения, и они не должны так интерпретироваться. Величины представлены в весовых частях или мас.%, если не указано иначе. Пример 1. Состав соляного раствора делится на анионный (AW, AB) соляной раствор и катонный(CW, KB) соляной раствор, где каждый соляной раствор содержит только ионы образования отложений и хлорида натрия, соответственно. Показатель рН анионной АВ части соляного раствора регулируют с использованием ледяной (кристаллической) уксусной кислоты для достижения желательной точки. Катионную воду KB смешивают и используют без дальнейшей модификации. Все экспериментальные данные получают при стандартных условиях температуры и давления. Длина волны, используемая для указанного эксперимента, составляет 660 нм. Данные собирают как для зонда, так и для устройства динамического тестирования отложений, а затем сохраняют и анализируют с частотой дискретизации 1 образец/с. Фиг. 3 представляет результаты лабораторных измерений, использующие спектрофотометр ультрафиолетовой/видимой области и волоконно-оптический ОПВО зонд с деионизированной водой в качестве эталона. Скорость образования отложений определяется для двух уникальных соляных растворов, содержащих 16,2 ммоль/л сульфата бария и 10,7 ммоль/л карбоната кальция, соответственно. Различия откликов зонда, изображенные на фиг. 3, показывают чувствительность зонда к различным типам отложений. Экспериментальное устройство датчика отложений состоит из открытого химического стакана емкостью 2 л, который помещают в магнитную мешалку/нагреваемую область печи. Датчик отложений помещают приблизительно в сантиметре от дна и стенки стакана. KB вливают непосредственно в стакан,и затем начинается сбор данных. Как только начался сбор данных, в стакан добавляют АВ. Данные показаны на фиг. 3. Пример 2. Фиг. 4 показывает корреляцию между скоростью отклика детектора и различными эффективностями ингибитора отложений для данного соляного раствора отложений карбоната кальция. Указанные эксперименты, производящие корреляцию увеличения давления в контуре потока с откликом зонда, выполняются посредством соединения устройства динамического тестирования отложений с зондом. Каждый из шланговых насосов, работающих с общим расходом 600 мл/ч, отдельно качает АВ и KB через трубы из нержавеющей стали, которые погружены в водяную ванну. В водяной ванне оба трубопровода флюидов (АВ и KB) объединяются и впадают в трубопровод из нержавеющей стали с наружным диаметром 1/16 дюйма (16 мм), внутренний диаметр которого 1,6 мм и длина 1 м. Преобразователь давления расположен выше по течению от точки смешивания АВ и KB для измерения роста абсолютного давления, обусловленного осаждением отложений, закупоривающих линию течения. Зонд помещают на выпускном отверстии трубопровода, в котором текут объединенные АВ и KB над наконечником зонда.-7 005707 Ингибиторы отложений, показанные на фиг. 4, являются доступными от компании-производителя BakerPetrolite. Данные давления и отклика зонда отображены на фиг. 4. Пример 3. Пример 3 выполняется по существу так же, как и пример 2, за исключением того, что используется один ингибитор отложений при различных концентрациях. Данные для давления и отклика зонда отображены на фиг. 5. Пример 4. Пример 4 выполняется по существу так же, как и пример 1, за исключением того, что после добавления АВ в 2 л химический стакан в раствор добавляют сырую нефть. Сырая нефть являлась образцом из скважины в Мексиканском заливе и использовалась без модификации. Данные отображены на фиг. 6. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения осаждения минеральных отложений из пластового флюида в режиме реального времени, содержащий следующие этапы: помещают оптический зонд, способный измерять изменение показателя преломления на своей поверхности при контакте с пластовым флюидом, в добытый или добываемый пластовый флюид; измеряют изменения показателя преломления на поверхности зонда и определяют точки начала и скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида из функции изменения показателя преломления на поверхности зонда, при этом поверхность зонда состоит из материала, который может противостоять длительному периоду контакта с пластовым флюидом при температурах и давлении, присутствующих в нефтяных скважинах. 2. Способ по п.1, в котором оптический зонд, имеющий поверхность зонда, которая может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда, представляет собой зонд с ослабленным полным внутренним отражением (ОПВО). 3. Способ по п.2, в котором ОПВО зонд содержит средство измерения показателя преломления, связанного с материалом, находящимся в контакте с зондом, являющемся фотометром. 4. Способ по п.3, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 400 до 1500 нанометров. 5. Способ по п.4, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 500 до 700 нанометров. 6. Способ по п.5, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 630 до 690 нанометров. 7. Способ по п.4, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 800 до 900 нанометров. 8. Способ по п.7, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 850 до 900 нанометров. 9. Способ по п.8, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 870 до 890 нанометров. 10. Способ по п.1, который дополнительно содержит использование автоматизированного прибора очистки зонда, предназначенного для очистки, калибровки, вставки и извлечения поверхности зонда. 11. Способ управления осаждением минеральных отложений из пластового флюида, способ, содержащий следующие этапы: помещают оптический зонд, способный измерять изменение показателя преломления на своей поверхности при контакте с пластовым флюидом, в добытый или добываемый пластовый флюид; измеряют изменения показателя преломления на поверхности зонда и определяют точки начала и скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида из функции изменения показателя преломления на поверхности зонда,производят сравнение скорости осаждения минеральных отложений с заданным диапазоном приемлемых скоростей осаждения минеральных отложений и осуществляют изменение скорости добавления в пластовый флюид добавок, эффективных для предотвращения осаждения минеральных отложений из пластового флюида, при этомi) поверхность зонда состоит из материала, который может противостоять длительному периоду контакта с пластовым флюидом при температурах и давлении, присутствующих в нефтяных скважинах;ii) определение скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида происходит в режиме реального времени; иiii) скорость добавления в пластовый флюид добавок, эффективных для предотвращения осаждения минеральных отложений из пластового флюида: увеличивают, если детектируется точка начала осаждения минеральных отложений или скорость осаждения минеральных отложений превышает диапазон приемлемых скоростей осаждения минеральных отложений;-8 005707 уменьшают, если не детектируется осаждение минеральных отложений или скорость осаждения минеральных отложений ниже диапазона приемлемых скоростей осаждения минеральных отложений; и не изменяют, если не детектируется осаждение минеральных отложений или скорость осаждения минеральных отложений находится в пределах диапазона приемлемых скоростей осаждения минеральных отложений. 12. Способ по п.11, в котором оптический зонд, имеющий поверхность зонда, которая может измерять изменения показателя преломления на поверхности зонда, представляет собой ОПВО зонд. 13. Способ по п.12, в котором ОПВО зонд содержит средство измерения изменения показателя преломления материала, находящегося в контакте с зондом, который является фотометром. 14. Способ по п.13, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 400 до 1500 нанометров. 15. Способ по п.14, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 500 до 700 нанометров. 16. Способ по п.15, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 630 до 690 нанометров. 17. Способ по п.14, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 800 до 900 нанометров. 18. Способ по п.17, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 850 до 900 нанометров. 19. Способ по п.18, в котором фотометр измеряет световое излучение в диапазоне длин волн от 870 до 890 нанометров. 20. Способ по п.11, который дополнительно включает использование автоматизированного прибора очистки зонда, предназначенного для очистки, калибровки, вставки и извлечения поверхности зонда. 21. Система для управления осаждением минеральных отложений из пластового флюида, содержащая маршрут потока флюида для течения пластового флюида, извлекаемого из подповерхностного пласта; оптический зонд, способный измерять изменения показателя преломления на своей поверхности при контакте с пластовым флюидом на пути потока флюида с получением данных, соответствующих скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида на пути потока флюида; и процессор для определения из полученных данных скорости осаждения минеральных отложений из пластового флюида.
МПК / Метки
МПК: E21B 37/06, G01N 21/55
Метки: реального, отложений, управление, минеральных, времени, осаждением, флюидов, пластовых, режиме, интерактивный, данных, сбор
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/12-5707-interaktivnyjj-sbor-dannyh-i-upravlenie-v-rezhime-realnogo-vremeni-osazhdeniem-mineralnyh-otlozhenijj-iz-plastovyh-flyuidov.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Интерактивный сбор данных и управление в режиме реального времени осаждением минеральных отложений из пластовых флюидов</a>
Предыдущий патент: Устройство для измерения уровня загружаемого материала в резервуаре
Следующий патент: Многоцелевая беспроводная система связи
Случайный патент: Композиции моноглицеридов жирных кислот