Обогрев фонтанной арматуры

Сезонный обогрев фонтанной арматуры применяется для сохранения работоспособности датчиков, запорной арматуры, трубопроводов. Ежегодно происходит увеличение количества примесей в нефти, приводящих к отложению на внутренних стенках НКТ и выкидной линии. Снижается и полностью перекрывается сечение каналов, требуется остановка скважин для очистки.

Нагрев трубопроводов, обратных клапанов, задвижек, дросселей позволяет снизить вязкость пластовой жидкости, предотвратить образование соляных, парафиновых, асфальтовых пробок. Для энергоснабжения нагревателей может использоваться, как имеющаяся сеть 380 В, так и альтернативные источники энергии.

Проблемы эксплуатации скважин в зимний период

В процессе добычи не возобновляемых полезных ископаемых, рано или поздно, встает проблема увеличения трудоемкости процессов при снижении качества сырья. Другими словами, нефти становится, все меньше, разрабатываются месторождения с трудноизвлекаемым флюидом высокой вязкости. В арматуре и трубопроводах появляются асфальто-смоло-парафиновые АСПО отложения.

Сокращается межремонтный период и производительность, повышается трудоемкость и себестоимость нефти, соответственно. В зимний период флюид с высоким содержанием воды может замерзнуть, даже при наличии циркуляции. Всего существует три метода борьбы с АСПО:

• очистка труб скребками – ликвидация последствий отложений механическим способом;
• добавление в нефть реагентов – предотвращение отложений, что гораздо более эффективно предыдущего варианта;
• тепловая обработка – паром, кипятком, греющими элементами при одновременном укутывании проблемных зон теплоизоляционными материалами.

В последнем случае обогрев фонтанной арматуры должен быть выполнен до температуры, чуть выше точки кристаллизации. Для парафинов, например, это +35°С … +50°С, то есть, технология актуальна и в летний период эксплуатации.

Способы обогрева устьевых арматур

В качестве нагревательного элемента используется либо гибкий электрод – греющий кабель, либо индуктор. В первом случае тепло передается при непосредственном контакте электрода с объектом методом теплообмена. Во втором варианте применяется технология магнитной индукции:

• на защищаемый от холода объект навивается несколько витков индуктора;
• во время прохождения по обмоткам провода индуцируется магнитное поле;
• арматура или участок трубопровода фактически становится сердечником трансформатора;
• происходит нагрев в магнитном поле металлических элементов самого объекта.

Прямой обогрев фонтанной арматуры менее эффективен, но проще в исполнении. Кабель легко наматывается на трубы и задвижки, может встраиваться в чехлы из утеплителя нужной формы.

Индукционные нагреватели

Особенностью индукционного оборудования является необходимость изготовления внешней кольцевой обмотки на защищаемом объекте. То есть, провод должен быть уложен вокруг трубы, задвижки в форме типовой индукционной печи. Поэтому обычно используются нагреватели четырех типов:

• корпусные ИНК – коробка с встроенными индукторами и чехлом из теплоизоляционного материала;

• универсальные ИНУ – кабель с силовым блоком;

• гибкие ИНГ – широкая лента с несколькими кабельными линиями;

• ленточные ИНЛ – протягиваются вдоль труб, наматываются на узлы и детали сложной формы.

Индукционный обогрев фонтанной арматуры эффективнее теплообменного, так как магнитное поле разогревает стальные корпуса задвижек и элементы трубопровода на порядок сильнее. При использовании сети 220 В мощность 3 кг ИНЛ достигает 300 – 2000 Вт, при подключении к линии 380 В до 5000 кВт, соответственно. Длина обогреваемого участка при этом составляет максимум 100 м.

Однако этот способ теплового воздействия применим только к элементам устьевой арматуры. То есть, ликвидируются только последствия АСПО, и только в верхней, наземной части скважины. Колонну НКТ по-прежнему приходится чистить от асфальта и парафина скребками.

Термочехлы

Изначально обогрев фонтанной арматуры будет эффективен, только при сохранении тепловой энергии возле объекта. Поэтому наиболее популярным вариантом на скважинах являются термочехлы, совмещающие в себе принцип термоса и электрического нагревателя.

Кроме того, существуют защитные термочехлы, предохраняющие персонал от контакта с горячими тубами, задвижками, нагревшихся при прохождении по ним пластовой жидкости с высокой температурой.

Дополнительно чехлы служат защитой от шума работающего оборудования, вибраций, передающихся на трубопроводы. Конструкция термочехла многослойная:

• внутренний слой – пропитанный фторопластом стеклохолст;
• средняя прослойка – утеплитель из кремнеземного, базальтового волокна, вспененный каучук Промат, Аэрогель. Сохраняющие эластичность до -80°С;
• наружная оболочка – стеклоткань с металлическим или силиконовым покрытием или гибкий полимер с 10% содержанием стекловолокна в качестве армирующей добавки.

В качестве застежек применяется термостойкая лента-липучка изнутри и ременные стяжки с D-кольцами снаружи. Дополнительно торцы чехла могут иметь пазогребневое соединение. Кроме электрических систем обогрева термочехлов могут использоваться водяные и паровые контуры з труб или силиконового термостойкого шлнга.

Установка ЭУПС

Сезонный обогрев фонтанной арматуры установкой электрического прогрева скважины УЭПС обладает следующими техническими и конструкционными особенностями:

• греющий кабель опускается в скважину;
• возможно размещение в затрубном, внутритрубном пространстве или внутри колонны НКТ;
• максимальная глубина обогрева 1 800 м;
• область применения – фонтанные, насосные, газлифтные скважины;
• безостановочная работа насоса позволяет вдвое повысить ресурс эксплуатационного оборудования.

Поступающий на поверхность теплый флюид не успевает остыть в выкидной линии и манифольде, даже при температуре воздуха -40°С, если расстояние до АГЗУ не превышает 500 м. поэтому снижаются расходы на тепловую обработку трубопроводов, выкидных линий, запорной, регулирующей арматуры.

Однако обогрев фонтанной арматуры установками УЭПС возможен лишь при достаточной выделенной мощности линии энергоснабжения куста/скважины. Каждый метр греющего кабеля потребляет от 60 Вт электроэнергии. Соответственно, резервная мощность сети для одной скважины 2000 м составляет 120 кВт, а для куста из 5 скважин от 600 кВт.

Поэтому часто используются альтернативные источники энергии – ветроэлектрические ВЭУ, погружные турбины мини ГЭС. Греющий кабель работает на постоянном токе, в комплект оборудования добавляется шкаф управления со встроенным преобразователем AC/DC. 

Таким образом, выбор системы обогрева зависит от характеристик скважины и пластовой жидкости, сезонной температуры воздуха в регионе, способа добычи и вида используемого устьевого, внутрискважинного оборудования.