SK288888B6

SK288888B6 - Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte a spôsob na odstraňovanie

Info

Publication number: SK288888B6
Application number: SK1222017A
Authority: SK
Inventors: RNDr. Horváth Gabriel, PhD.; Mgr. Kučera Marek, PhD.; RNDr. Dvonč Lukáš, PhD; Ing. CSc. Kočiš Ivan; Mgr. Szalay Zsolt, PhD.; Ing. Šimo František, PhD.; Ing. Beňovský Peter
Original assignee: Ga Drilling, A. S.
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2021-08-25
Also published as: EP3717734A1; WO2019108139A1; SK1222017A3; US20200355036A1

Abstract

Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry (10) vo vrte je mechanicky pripojené prostredníctvom BHA na prívod (12) elektrickej energie, prívod (13) chladiaceho média, dátový kábel (14) a ovládaciu jednotku (15). Zariadenie (X) je bezkontaktne umiestnené vnútri produkčnej rúry (10) a obsahuje prívod (11) tekutého prekurzora, ktorý vstupuje do generátora (5) plazmotvorného média napojeného na vstup (6) sústavy dýz spojený so sústavou dýz (7). Sústava dýz (7) je umiestnená v priestore medzi dvoma cylindrickými mechanicky pohyblivými elektródami, hornou elektródou (1) a dolnou elektródou (2), a horná elektróda (1) a dolná elektróda (2) sú umiestnené axiálne proti sebe po obvode zariadenia (X) a koaxiálne proti produkčnej rúre (10), pričom v osi hornej elektródy (1) a dolnej elektródy (2) je okolo vstupu (6) sústavy dýz umiestnený minimálne jeden magnet (4) nad sústavou dýz (7) a/alebo pod sústavou dýz (7). Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte pôsobením zariadenia (X) sa uskutočňuje tak, že zariadenie (X) je vložené do produkčnej rúry (10) vo vrte a je doň cez prívod (11) tekutého prekurzora dodávaný tekutý prekurzor (Y), ktorý vstupuje do generátora (5) plazmotvorného média, ktorý ho mení na plazmotvorné médium (Z), ktoré prechádza cez vstup (6) sústavy dýz do sústavy dýz (7) a je vystrekované zo sústavy dýz (7) do priestoru medzi dvoma cylindrickými mechanicky pohyblivými elektródami, hornou elektródou (1) a dolnou elektródou (2) pri pôsobení tlaku v rozmedzí 0,1 – 70 MPa a teplote plazmotvorného média (Z) v rozmedzí 1 – 1 000 °C, medzi hornou elektródou (1) a dolnou elektródou (2) je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk (3).

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka zariadenia na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte a spôsobu na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte.

Doterajší stav techniky

Tisíce vrtov na ťažbu ropy a zemného plynu vybudovaných v 20. storočí sa ocitlo na pokraji svojej životnosti. V súčasnosti sa v dôsledku nedostatočnej rentability ťažby z týchto vrtov zvažuje ich dočasné uzavretie alebo aj úplné odstavenie. Odhaduje sa, že približne 30 000 vrtov po celom svete sa bude musieť uzavrieť počas nasledujúcich pätnástich rokov.

„Decommissioning“ je termín používaný na vyradenie inštalácie/platformy (čo je konštrukcia, z ktorej prebieha ťažba) z prevádzky, ktoiý vyžaduje bezpečné utesnenie otvoru na zemskom povrchu a zneškodnenie zariadení používaných na ťažbu ropy na mori. Vyradenie inštalácie z prevádzky je lýchlo sa rozvíjajúci sektor trhu v oblasti ropného priemyslu, ktoiý má veľký potenciál rozvoja, ale nesie aj veľké riziká. Procesu decommissioningu treba dobre porozumieť, ak má byť zvládaný s efektívnym vynakladaním finančných prostriedkov.

Najdrahšou operáciou decommissioningu je Plug&Abandonment.

Plug&Abandonment (ďalej len P&A) je uzatvorenie a trvalá izoláciu vrtu. Existujú legislatívne a regulačné požiadavky spojené s procesom P&A, s cieľom zabezpečiť dostatočnú izoláciu a utesnenie celého vrtu proti úniku tekutín, ako aj na ochranu zdrojov pitnej vody proti kontaminácii uhľovodíkmi. Vo väčšine prípadov P&A sa vo vrte umiestni séria cementových zátok/upchávok, pričom sa v každej úrovni vykoná skúška na potvrdenie izolačnej funkcie týchto cementových zátok.

P&A sa skladá z niekoľkých krokov: z odstránenia produkčnej rúry z vrtu, z upchatia/utesnenia vrtu a nakoniec z odstránenia infraštruktúry nad zemským povrchom, resp. na dne mora.

Úlohou P&A je vytvorenie bariéry brániacej úniku uhľovodíkov na zemský povrch. Výška takejto bariéry je daná miestnou legislatívou, pričom napríklad v britskej časti Severného mora sa ako obvyklá požiadavka v praxi uvádza aspoň 100 stôp (cca 30 metrov) nepretržitej vrstvy betónu brániacej axiálnemu i radiálnemu toku uhľovodíkov. Uhľovodíky by mohli unikať na zemský povrch pozdĺž pôvodného paženia, resp. betónu. Preto je potrebné precízne realizovať odstavenie vrtu. Uzatvorenie vrtu pozostáva - pri použití konvenčných mechanických metód - z nasledujúcich krokov:

- prípravné práce a osadenie potrebnej infraštruktúry,

- odstránenie „production tree“ a osadenie „blow out preventer“ (BOP),

- odrezanie a vybratie produkčnej rúry,

- frézovanie určitej sekcie oceľového paženia vrtu,

- frézovanie betónu, ktoiý oddeľuje paženie a horninový masív,

- vloženie zátky do danej sekcie vrtu a

- na záver injektáž nového betónu uzatvárajúceho danú sekciu vrtu.

Blowout preventer (ďalej len BOP) je veľký ventil navrchu vrtu, ktoiý sa zatvorí, ak obsluha vrtu stratí kontrolu nad tlakom vo vrte. Uzavretím tohto ventilu (zvyčajne ovládaného diaľkovo pomocou hydraulických pohonov) vrtná obsluha nadobudne kontrolu nad vrtom a následne sa môžu začať aplikovať postupy na zvýšenie hustoty výplachovej tekutiny (mud), až kým nie je možné otvoriť BOP a udržať kontrolu nad tlakom vo vrte.

BOP má kritickú dôležitosť pre bezpečnosť obsluhy vrtnej súpravy, vrtného výstroja a vrtu samotného.

V praxi sa používa termín „production tree“, čo je názov na súbor ventilov, vedení a prírub (spools & fittings) spojených s vrchnou časťou vrtu na riadenie a ovládame toku tekutín vznikajúcich vo vrte. Production tree sa používa len počas produkcie, nepoužíva sa počas vŕtania.

Časovo najnáročnejším krokom procesu decommissioningu sú iniciačné operácie, t. j. osadenie potrebnej infraštruktúry, odstránenie production tree a osadenie BOP, vybratie produkčnej rúry a frézovanie paženia. Tieto operácie prinášajú najviac potenciálnych komplikácií.

Oceľové paženie a betón nie je potrebné frézovať v prípade, ak je betón, ktoiý oddeľuje paženie a horninový masív, dostatočne kvalitný. Táto kvalita sa zisťuje najmä konvenčnými ultrazvukovými metódami známymi ako „cement-bond log“. „Cement-bond log“ (ďalej len CBL) je termín používaný na systém, pri ktorom akustické záznamy poskytujú prostriedok na hodnotenie mechanickej integrity a kvality cementovej väzby. Akustické záznamy merajú kvalitu cementu priamo, pričom sa táto hodnota odvodzuje od stupňa akustickej väzby cementu k paženiu a hornine. Správne realizované a interpretované záznamy cementovej väzby (CBL) poskytujú vysoko spoľahlivé odhady integrity vrtu a izolácie jednotlivých zón.

Keďže tieto metódy nedokážu analyzovať cement cez dve vrstvy oceľového materiálu, je pri konvenčných metódach potrebné odrezať produkčnú rúru a vybrať ju z vrtu von. Táto operácia trvá bežne niekoľko dní a vyžaduje si prítomnosť konvenčnej vrtnej súpravy s dostatočnou kapacitou na vytiahnutie produkčnej rúry (ktorá môže byť dlhá aj niekoľko kilometrov).

Odlišný technický problém rieši procedúra uzatvorenia vrtu, ktorá sa nazýva Perľorate&Wash&Cement (PWC), pri ktorej nedochádza k odstráneniu produkčnej rúry z vrtu, ale len k jej perforácii. Vytvorené otvory nemôžu byť použité na overenie kvality cementu metódou CBL, čo je značná nevýhoda. S metódou PWC sú spojené tiež následne ďalšie nedostatky, ako je nerovnomerná distribúcia cementu pri procese cementácie, a tým nedostatočná izolácia, ktorá môže viesť až k úniku uhľovodíkov.

Náklady na P&A sú nákladom bez generovania obratu. Prirodzene, ťažobné spoločnosti po celom svete preto hľadajú efektívne riešenia, ktoré by pomohli znížiť tieto masívne výdavky.

Výskum a vývoj sa v ťažobnom segmente zameral predovšetkým na progresívne materiály a metódy v oblasti vŕtania a kompletizácie vrtu, zatiaľ čo vývoj inovatívnych technológií v oblasti P&A bol dlhodobo zanedbávaný.

Doteraz sa v oblasti P&A používali najmä konvenčné mechanické technológie.

Konvenčnú metódu, založenú na použití hydraulicky ovládaného nástroja - frézy, aktuálne rozvíja v dokumente WO2016085899 A1 spoločnosť Deltide Energy Services, LLC. Ide o mechanický frézovací nástroj (s názvom Medusa), ktoiý je okrem štandardného axiálneho posunu schopný meniť polohu aj v radiálnom smere, čím dosiahne odstránenie materiálu aj z vyosených produkčných rúr.

Obdobne v dokumente AU2014280087 spoločnosti Welltec A/S sa opisuje nástroj, ktoiý dokáže prispôsobiť pozíciu nožov geometrii produkčnej rúry, teda radiálne pritlačiť nože a kotviace ramená zabezpečujúce stabilizáciu.

Nevýhody konvenčných mechanických metód sú predovšetkým:

(1) potreba ťažkej rotačnej vrtnej súpravy na vytiahnutie produkčnej rúry, pričom prenájom súpravy je finančne náročný, (2) môže dôjsť k poškodeniu a uviaznutiu nástroja, resp. uviaznutiu niektorej jeho časti vo vrte počas rezania produkčnej rúry, (3) náročné a nákladné spracovanie a recyklácia produkčného potrubia, ktoré navyše častokrát vykazuje nízke hodnoty rádioaktivity spôsobenej dlhodobým umiestnením vo vrte.

Z dôvodu eliminovania nedostatkov konvenčných metód sa stále častejšie kombinujú konvenčné metódy s nekonvenčnými, ako je to napríklad v patentovej prihláške WO2016170048 spoločnosti Welltec A/S. Vynález používa konvenčnú mechanickú frézovaciu technológiu vylepšenú pridaním korozívneho aditíva, ktoré oslabuje a odleptá stenu produkčnej rúry vo vrte. Frézovacie nože potom odstraňujú stenčenú stenu, t. j. fréza odoberá menej materiálu z produkčnej rúry.

Vývoju alternatívnej metódy na báze riadenej explózie sa venuje aj spoločnosť Spex Engineering Ltd. V dokumentoch GB2532609A, GB2533844A a US2016290082A1 sa rozvíja myšlienka využitia detonačného mechanizmu na odstraňovanie materiálov vo vrte. Použitie nosných materiálov umožňuje tvorbu tepelnej energie a expanziu plynov zameraných na konkrétne miesto degradácie materiálu. Typ explozívneho materiálu použitého v zariadení určuje interakčnú zónu a zároveň množstvo a umiestnenie potrebných segmentov.

Dokument GB2532609A detailnejšie opisuje ako nosný/explozívny materiál palivá do raketových motorov, ktoré zabezpečujú detonáciu a potrebnú tepelnú a kinetickú energiu na odstraňovanie materiálov. Prítomnosť kyslíka zlepšuje mechanizmus detonácie. Hlavným využívaným mechanizmom je spaľovací proces a následná detonácia.

Alternatívou na báze exotermických chemických reakcií, napr. explózie, sa tiež zaoberá spoločnosť Interwell Technology AS, napr. v dokumente WO2013135583 A2. Mechanizmom odstraňovania produkčnej rúry je tavenie materiálu s využitím teplo generujúcej zmesi termita. Proces prebieha samovoľne, nie je možné ho po inicializácii kontrolovať. Vrt sa permanentne uzavrie stuhnutím taveniny.

Technológia exotermických chemických reakcií je tiež využívaná pri technológii „Radial Cutting Torch“. Typickým príkladom tejto technológie je patent US6598679 B2. Opisuje technológiu, ktorá perforuje produkčnú rúru po obvode a rozdelí ju na dve časti.

Základom technológie sú horľavé/palivové pelety, ktoré sú zabudované v cylindrickom tele rezáka. Po elektrickom zapálení horľaviny/paliva horúce tekuté prostredie expanduje a vzniká vysokoiýchlostaý a vysokoteplotný tok cez výtokové dýzy umiestnené v jednej rovine po obvode. Spomínaná technológia sa používa na rezanie a ide o proces, ktoiý prebehne vždy len raz (nakoľko množstvo výbušniny v tele rezáka je limitované). Nejde sa o kontinuálny proces.

Ďalším alternatívnym smerom ku konvenčnej metóde mechanického frézovania je využitie lasera opísané napr. v patente AU2015203686 spoločnosti Halliburton Energy Services Inc. Laserový zväzok, ktoiý je privádzaný do priestoru, je možné usmerniť do zvolenej pozície a polohovať ho do blízkeho okolia. V nastavenej pozícii laserový zväzok postupne reže materiál produkčnej rúry a paženia až do materiálu horniny.

Nevýhody alternatívnych technológií: technológie problém

explozívne	- komplikovanosť opakovania procesu - môžu sa tvoriť väčšie špony/triesky (explosive cutting firmy Spex)
laserové	Prenos energie signálu na veľké vzdialenosti - útlm (attenuation) signálu - nečistoty/kazy v optickom vlákne, ktoré sa zahrievajú pri prenose signálu - komplikovanosť opakovania procesu

Veľkosť, resp. nevhodný tvar spôn komplikuje proces „frézovania“, najčastejšie pri klasických mechanických technológiách, ale väčšie spony sa môžu vyskytnúť aj pri niektoiých kombinovaných alternatívnych technológiách (napr. explosive cutting firmy Spex).

Ako najperspektívnejší alternatívny smer ku konvenčnej metóde mechanického frézovania je technológia založená na využití plazmy.

Technológia plazmového rezania kovových materiálov pri atmosférických podmienkach sa realizuje prostredníctvom tzv. plazmového rezáka (plasma cutter).

Pri tomto spôsobe rezania dochádza k sústreďovaniu plazmového toku do malého prierezu (na úrovni jednotiek mm²). To je najvýraznejší nedostatok takéhoto zariadenia, pretože ide o bodové pôsobenie, a nie plošné.

Plazmové rezáky využívajú na svoju činnosť prúdenie plynného média, čím sú závislé od fýzikálno-chemických vlastností tohto média.

Pre vysokotlakové plynné médium na základe dnešného poznania nie je možné technicky zabezpečiť dostatočnú hustotu energetického toku pre plazmový rezák. Dôvodom sú napäťové obmedzenia zdrojov, konštrukčné elektroizolačné limity a obmedzenia dané účelom použitia v prostredí vrtu. Navyše, pri superkritickej fázovej premene média, súvisiacej so zvýšením tlaku okolia, sa tieto vlastnosti menia skokovo, čo znemožňuje využívame princípov plazmového rezáka pre toto prostredie.

Základ technológie frézovania s využitím plazmy je opísaný v dokumente WO2014137299 A1 spoločnosti GA Drilling, a.s., kde je všeobecne opísané využitie plazmy na tepelné odstraňovanie vodivých a nevodivých materiálov prednostne v axiálnom smere. Zariadenie využíva špirálovité rotujúci elektrický oblúk vynesený z centrálnej elektródy na povrch vonkajšej elektródy. Opísané riešenie vyžaduje vytvorenie relatívne dlhého elektrického oblúka s dostatočným tepelným pôsobením realizovateľného pri atmosférickom tlaku.

Existencia špirálovité rotujúceho elektrického oblúka s danou geometriou zariadenia pri tlakoch vyšších ako atmosférických, ako aj samotná realizácia procesu odstraňovania materiálov pri použití súčasnej techniky a poznania je veľmi problematická, resp. otázna, nakoľko vo vyšších tlakoch pri zdroji s rovnakými parametrami rádovo poklesne maximálna udržateľná dĺžka elektrického oblúka, s čím súvisí aj dosah procesu.

Optimalizácia technológie na odstraňovanie kovového materiálu je opísaná v patentovej prihláške WO2016105279 spoločnosti GA Drilling, a.s., kde účinnosť odstraňovania materiálu je zvyšovaná predlžovaním oblúka (teda zvyšovaním elektrického, a tým aj tepelného výkonu) princípom previazaného oblúka, teda lokalizáciou tepelného výkonu, kde oblúk horí medzi elektródou a odstraňovaným kovovým potmbím. Takýto režim však vyžaduje kvalitné elektrické prepojenie pólu zdroja s odstraňovaným kovovým potrubím.

Nevýhodou takého riešenia sú aj výrazne vyššie napäťové nároky na udržanie previazaného (dlhého) oblúka v kvapalnom prostredí pri zvýšených tlakoch, ktoré obmedzujú jeho využiteľnosť v prostredí vrtu.

Podstata vynálezu

Požiadavkou vrtného priemyslu je v súčasnosti technológia, ktorá by eliminovala nedostatky doterajších technických riešení v oblasti odstraňovania produkčnej rúry, t. j. technológia, pri ktorej nie je potrebné vyberať produkčnú rúru z vrtu a na jej prevádzkuje možné použiť jednoduchú, ľahkú, a tým aj lacnú vrtnú súpravu.

Moderná technika vŕtania zahŕňa použitie „coiled tubing“ (vinuté stúpačky) namiesto bežných rotujúcich vrtných rúr. Výhoda spočíva v tom, že vinuté stúpačky ponúkajú jednoduchší proces spustenia a vytiahnutia z vrtu v porovnaní s vrtnými rúrami, ktoré musia byť spájané a neskôr rozoberané počas procesu spúšťania a vyberania.

Ďalšou výhodou je, že vinuté stúpačky vstupujú do vrtu cez „stripper“, upevnený pod „injector head“. Stripperje zariadenie, ktoré zabezpečuje primáme prevádzkové utesnenie medzi natlakovanými kvapalinami vo vrte a povrchovým prostredím, a teda poskytuje dynamické utesnenie okolo „coiled tubing“ počas prevádzky. Týmto ponúka možnosti kontroly vrtu nad rámec tých, ktoré sú možné s klasickým vriacim potmbím, a dáva tým možnosť vŕtať aj tzv. „underbalanced vrty“, pri ktoiých je tlak nižší ako optimálny.

Injector Head poskytuje hnaciu silu na vsunutie a vybratie vinutých stúpačiek z vrtu. Významnou výhodou vinutých stúpačiek sú výrazne nižšie finančné náklady na obstaranie alebo prenájom v porovnaní s konvenčnou rotačnou vrtnou súpravou.

Riešenie podľa predkladaného vynálezu eliminuje nedostatky doteraz známych riešení.

Pre potreby opisu vynálezu a jednoznačnej definície orientácie zariadenia v produkčnej rúre sa uvádza, že zariadenie je pripojené na zdroj elektrickej energie, prívod chladiaceho média, prívod tekutého prekurzora, dátový kábel a ovládaciu jednotku, ktoré sa na zariadenie pripájajú na hornej strane zariadenia (teda zo strany povrchu vrtu).

Zariadenie je možné klasifikovať aj ako frézovaciu hlavu, ktorá je časťou „Bottom Hole Assembly“ (ďalej BHA). BHA je tá časť vrtnej súpravy, ktorá sa spúšťa do vrtu a umožňuje upravovať potrebné vstupy pre frézovaciu hlavu priamo nad miestom frézovania.

Vynález rieši odstraňovanie produkčnej rúry prostredníctvom dýzy s elektrickým oblúkom rotujúcim v tekutom prostredí za prítomnosti plazmotvomého média, výhodne zmesi superkritickej vody a superkritického kyslíka. Odstraňovanie produkčnej rúry sa uskutočňuje bez priameho kontaktu zariadenia s potrubím, čo má za následok odstránenie nežiaducej degradácie materiálu frézovacích nástrojov a odstránenie nutnosti výmeny frézovacích nástrojov počas procesu odstraňovania produkčnej rúry.

Zariadenie dokáže v produkčnom potrubí vytvoriť otvor, cez ktorý sa môže realizovať CBL merame.

Výhodou takéhoto riešenia je, že nie je potrebné vyberať niekoľkokilometrovú produkčnú rúru, a okrem šetrenia nákladov je nezanedbateľná aj eliminácia zdravotných rizík z dôvodu kontaktu obslužného personálu s produkčnou rúrou.

Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte je umiestnené bezkontaktné vnútri produkčnej rúry a obsahuje prívod tekutého prekurzora, ktorý vstupuje do generátora plazmotvomého média a generátor plazmotvomého média je napojený na vstup sústavy dýz spojený so sústavou dýz, pričom sústava dýz je umiestnená v priestore medzi dvoma cylindrickými mechanicky pohyblivými elektródami, hornou elektródou a dolnou elektródou. Horná elektróda a dolná elektróda sú umiestnené axiálne proti sebe po obvode zariadenia a sú koaxiálne umiestnené proti produkčnej rúre. Obe elektródy sú pripojené na štandardný pohybový mechanizmus, ktorý umožňuje od seba nezávislý posuv elektród. V osi elektród je okolo vstupu sústavy dýz umiestnený minimálne jeden magnet. Magnet môže byť umiestnený pod sústavou dýz nad sústavou dýz, alebo súčasne pod aj nad sústavou dýz. Magnet je permanentný magnet alebo elektromagnet.

Zariadenie je vložené do produkčnej rúry vo vrte, pričom jeho priemer v priereze je prispôsobený priemeru produkčnej rúry tak, že medzi zariadením a produkčnou rúrou je voľný priestor a zariadenie sa produkčnej rúry nedotýka. Zariadenie je v produkčnej rúre teda umiestnené bezkontaktné, no v prípade veľkej dĺžky zariadenia je na zariadení umiestnený jeden alebo viac centralizátorov, ktoré sú v mechanickom kontakte s produkčnou rúrou.

Zariadenie je mechanicky spojené so zvyšnou časťou BHA a je štandardným spôsobom prostredníctvom prepojovacích jednotiek pripojené na zdroj elektrickej energie, prívod chladiaceho média, prívod tekutého prekurzora, dátový kábel a ovládaciu jednotku.

Generátor plazmotvomého média pozostáva minimálne z jednej komory alebo z viacerých vzájomne prepojených komôr, pričom každá komora má aspoň jeden vstup a jeden výstup. V prípade viacerých komôr sú tieto usporiadané za sebou sériovo, paralelne, alebo kombináciou týchto spôsobov. Sú tri možnosti obsahu komory, a to: - katalyzátor

- alebo aspoň jeden pár elektród, pričom prvá elektróda je na zápornom elektrickom potenciáli a druhá elektróda je na kladnom elektrickom potenciáli,

- alebo odporový vodič, prípadne je komora obklopená odporovým vodičom.

Výhodným riešením je, ak aspoň jedna komora generátora obsahuje aspoň jeden pár elektród, pričom prvá elektróda je na zápornom elektrickom potenciáli a druhá elektróda je na kladnom elektrickom potenciáli.

Sústavu dýz tvorí 3 až 150 kanálikov umiestnených radiálnym smerom proti produkčnej rúre alebo pod uhlom 1 - 90° od radiálneho smeru.

Na vonkajšej strane zariadenia môže byť medzi zariadením a produkčnou rúrou umiestnený minimálne 10 mm nad úrovňou sústavy dýz horný dynamický obmedzovač prietoku a/alebo môže byť na vonkajšej strane zariadenia medzi zariadením a produkčnou rúrou umiestnený minimálne 10 mm pod úrovňou sústavy dýz dolný dynamický obmedzovač prietoku.

Použitie obmedzovačov v zariadení nie je nutné, ale má pre proces rozrušovania nasledujúce výhody. Horný dynamický obmedzovač prietoku (upper dynamic flow restrictor)

- zabraňuje úniku prehriateho plazmotvomého média, ktoré želateľne predhrieva produkčnú rúru na vyššiu iniciačnú teplotu,

- zabraňuje výplachu triesok do priestoru medzi zariadením a produkčnou rúrou,

- zabraňuje prieniku okolitej vrtnej kvapaliny (voda, soľanka, „mud“...) do procesu,

- udržaním plazmotvomého média s nižšou hustotou v priestore procesu sa zvyšuje radiálny dosah procesu. Dolný dynamický obmedzovač prietoku (lower dynamic flow restrictor)

- udržaním plazmotvomého média s nižšou hustotou v priestore procesu sa zvyšuje radiálny dosah procesu, - usmerňuje tok prehriateho plazmotvomého média smerom na produkčnú rúru.

Na spodnej časti zariadenia sa môže nachádzať elektromagnet (M), ktorého úlohou je zber triesok vytvorených počas procesu odstraňovania produkčnej rúry.

Zariadenie pracuje v širokom rozsahu tlakov 0,1 MPa - 70 MPa. Výhodou je kontinuálny chod zariadenia bez nutnosti výmeny/úpravy komponentov v rôznych hĺbkach vrtu.

Proces odstraňovania produkčnej rúry vo vrte pôsobením opísaného zariadenia začína vložením zariadenia do produkčnej rúry bez kontaktu s produkčnou rúrou.

Následne je do zariadenia cez prívod tekutého prekurzora privádzaný tekutý prekurzor. Tekutý prekurzor je zmes etanolu a vody v akomkoľvek pomere alebo zmes peroxidu vodíka a vody v akomkoľvek pomere, voda alebo vodný roztok hydroxidu alkalických kovov s hmotnostnou koncentráciou 0,01 - 5 %.

Generátor plazmotvomého média mení vstupujúci tekutý prekurzor na plazmotvomé médium tepelným, elektrochemickým alebo chemickým rozkladom, alebo kombináciou minimálne dvoch týchto rozkladov v závislosti od typu zariadenia, pričom sa môže uvoľniť dodatočná energia.

Plazmotvomé médium má vlastnosti:

- pre tlaky 0,1 až 5,03 MPa: vody obohatenej o kyslík alebo zmesi vodnej pary a kyslíka,

- pre tlaky 5,04 až 22,05 MPa: zmesi vody a superkritického kyslíka alebo zmesi vodnej pary a superkritického kyslíka,

- pre väčšie tlaky 22,06 až 70 MPa (s teplotou 374 - 1 000 °C): zmesi superkritickej vody a superkritického kyslíka (SCW + SCO).

Po svojom vzniku plazmotvomé médium prechádza cez vstup sústavy dýz do sústavy dýz a je vystrekované zo sústavy dýz do medzielektródového priestoru pri pôsobení tlaku prostredia v rozmedzí 0,1-70 MPa. Teplota plazmotvomého média sa pohybuje v rozmedzí 1- 1 000 °C.

Použité plazmotvomé médium má pre proces nasledujúce výhody:

- expanzia pri premene tekutého prekurzora na plazmotvomé médium - zväčšenie dosahu pôsobenia procesu,

- vytvára lepšie podmienky na iniciáciu aj pre stabilitu oblúka (nízkoenergetický proces), - vyššia miera oxidácie odstraňovaného materiálu.

Hlavná úloha plazmotvomého média je zabezpečenie vhodných podmienok na vytvorenie a existenciu plazmy na plazmové odstraňovanie materiálov/frézovanie. Zvýšená koncentrácia kyslíka v plazmotvomom médiu zvýhodňuje proces degradácie materiálu, pričom sa uvoľní aj dodatočná tepelná energia. Časť uvoľnenej dodatočnej energie sa spotrebuje na zvýšenie termodynamickej teploty plazmotvomého média prechádzajúceho cez elektrický oblúk, kde sa ďalej zvyšuje teplota média dopadajúceho na povrch materiálu produkčnej rúry, zvyšná časť energie sa spotrebuje na objemovú expanziu rozloženého média. Vyššia termodynamická teplota mýchľuje proces oxidácie a celkovej degradácie materiálu produkčnej rúry. Expanzia zvyšuje vzdialenosť v radiálnom smere, na ktorú je zariadenie schopné dezintegrovať materiál produkčnej rúry, a zároveň sa expanziou zvyšuje efektivita odstraňovania rozmšeného materiálu produkčnej rúry.

Plazmotvomé médium má 3 určujúce vlastnosti vzhľadom na elektrické parametre a stabilitu elektrického oblúka:

- nízka permitivita - čím je nižšia permitivita, tým sú nižšie napäťové nároky na oblúk,

- nízka hustota - čím je hustota nižšia, tým sú nižšie napäťové nároky na oblúk; pri nižšej hustote sa ľahšie pohybuje médiom a toto vykazuje menšie napäťové a tvarové fluktuácie,

- nad kritickým bodom vody prítomnosť oblúka nevyvolá ďalšiu fázovú zmenu, a preto je to energeticky výhodnejšie na udržanie elektrického oblúka.

Pred začatím procesu P&A je v mnohých prípadoch vrt naplnený tekutinou, ako je napríklad soľanka alebo morská voda, v ktorej sa môžu nachádzať reziduálne uhľovodíky alebo zvyšky tekutiny používanej pri vŕtaní (na vodnej alebo olejovej báze).

Proces pokračuje následným zapálením elektrického oblúka v tekutine vo vysokom tlaku prostredia vrtu (do 70 MPa) medzi hornou elektródou a dolnou elektródou, ktoré sú umiestnené koaxiálne proti produkčnej rúre. Oblúk je zapálený buď pomocou kontaktného zápalu, alebo pomocou napäťového zápalu.

Kontaktný zápal je uskutočnený pomocou približovania, dotyku oboch elektród a ich následným oddialením do požadovanej vzdialenosti (obr. 1).

Pri napäťovom zápale sa tiež plne využíva výhoda mechanicky pohyblivých elektród a na uskutočnenie elektrického prierazu sa používa fixná hodnota elektrického napätia v rozsahu 0,1 kV - 1 MV, ktoré nemá pulzný charakter. Zápal elektrického oblúka prebieha pri konštantnom elektrickom napätí, začne sa meniť medzielektródová vzdialenosť a po dosiahnutí minimálnej vzdialenosti potrebnej na vytvorenie vodivého kanála medzi oboma elektródami nastáva elektrický prieraz. V tomto prípade sa elektródy nedotknú. Po zápale elektrického oblúka sa elektródy oddialia do požadovanej vzdialenosti.

Hlavným zámerom použitia tohto spôsobu inicializácie elektrického oblúka je zabezpečiť spoľahlivosť a vyššiu účinnosť procesu zapálenia elektrického oblúka v širokom rozsahu tlakov a v tekutom prostredí.

Po zapálení elektrického oblúka dochádza k predĺženiu oblúkového kanála na dĺžku 0,1 až 20 mm prostredníctvom oddialenia elektród v axiálnom smere. Elektrický oblúk je následne udržiavaný konštantným elektrickým prúdom.

Medzielektródová vzdialenosť sa počas frézovania udržiava približne konštantná na zvolenej hodnote v rozsahu od 0,1 do 20 mm.

Elektrický oblúk horí výhradne medzi dvojicou elektród rovnakého tvaru a dĺžka elektrického oblúka je prispôsobená parametrom elektrického zdroja. Detekcia dĺžky elektrického oblúka prebieha sústavným sledovaním požadovaného stredného napätia potrebného na udržanie elektrického oblúka. Príkon elektrického oblúka je 10 - 10 000 kW.

Pri uvedenom režime udržiavania elektrického oblúka sa - na rozdiel od starších riešení - dosahuje rovnomernejšie opotrebovanie elektród, čím sa zjednodušuje riadenie posuvu elektród.

Elektrický oblúk horí medzi dvoma cylindrickými elektródami v tekutom prostredí pri tlaku prostredia v rozmedzí 0,1 - 70 MPa a je Lorentzovou silou rovnomerne rolovaný po kružnici, pričom os rotačného pohybu oblúka je totožná s osou symetrie elektród, čím odpadá nutnosť rotácie komponentov zariadenia. V tomto prípade sa pod pojmom rolovaný po kružnici myslí pohyb oboch koreňov elektrického oblúka po kružnici.

Rotácia elektrického oblúka je zabezpečená magnetickým poľom permanentného magnetu alebo elektromagnetu a/alebo interakciou elektrického oblúka s tokom plazmotvomého média.

Keďže samotný proces rozrušovania si nevyžaduje mechanický kontakt rozrušovaného materiálu a zariadenia, nedochádza k mechanickému opotrebeniu funkčných častí zariadenia a účinnosť zariadenia v čase neklesá. Proces navyše funguje aj v rozpätí tlakov 0,1-70 MPa, a preto nie je potrebná výmena zariadenia počas procesu frézovania v rôznych hĺbkach. Nevyhnutné opotrebenie elektród, ku ktorému počas procesu dochádza, sa kompenzuje zväčšením objemu opotrebovávanej časti, samotným materiálovým zložením a konštrukciou elektród, ako i vzájomným axiálnym pohybom elektród. Tým je zabezpečené, že nie je potrebné počas odstraňovania produkčnej rúry meniť frézovací nástroj ani jeho časti z dôvodu opotrebenia alebo rôznych tlakov okolitého prostredia.

Materiál produkčnej rúry je degradovaný tepelným tokom vytvoreným spoločným pôsobením rotujúceho elektrického oblúka a plazmotvomého média, pričom vytvorený tepelný tok má charakter plošného pôsobenia.

Proces rozrušovania produkčnej rúry zahŕňa viaceré súčasne pôsobiace mechanizmy.

Spúšťacím prvkom každého mechanizmu je zvýšená teplota.

Teplota vyvoláva prvý mechanizmus, ktoiým je proces tavenia, čím priamo dochádza k mechanickému oddeleniu degradovaného materiálu vo forme taveniny od produkčnej rúry.

Druhým mechanizmom degradácie je vysokoteplotná oxidácia, priama exotermická reakcia tuhého, resp. roztaveného materiálu produkčnej rúry s kyslíkom alebo iným oxidačným činidlom dodávaným v plazmotvomom médiu.

Dodatočná energia je do procesu rozrušovania dodávaná prostredníctvom toku plazmotvomého média z dýz smerom na stenu produkčnej rúry, cez medzielektródový priestor, pričom médium prechádza cez elektrický oblúk. Radiálna zložka prúdenia prispieva k efektívnemu prenosu tepelného výkonu na dezintegrovaný materiál produkčnej rúry.

Následne je rozmšený materiál produkčnej rúry od produkčnej rúry oddelený a je z miesta rozrušovania odstránený. Materiál je rozrušovaný predovšetkým na častice s veľkosťou 0,01-5 mm.

Miera drsnosti zostávajúceho materiálu produkčnej rúry po frézovaní neprevyšuje veľkosť vytváraných častíc.

Rozmšený materiál produkčnej rúry je z miesta rozrušovania odstraňovaný hydrodynamickou silou generovanou tokom plazmotvomého média, chladiaceho média a výplachovej kvapaliny pôsobiacou na rozmšené častice alebo gravitačnou silou.

Častice rozmšeného materiálu - triesky:

(1) sú vyplachované výplachovým médiom na povrch alebo (2) sú usmernené prúdením médií na dno vrtu alebo iného uzávem vrtu, alebo (3) sú zachytené elektromagnetom na spodnej časti zariadenia, keďže vzniknuté triesky sú magnetické. Tým sa zabezpečuje intenzívnejšie odstraňovanie triesok z miesta rozrušovania produkčnej rúry a zároveň sa zabezpečí redukcia zachytávania triesok na magnete zodpovednom za roztáčame elektrického oblúka, čím sa predlžuje jeho životnosť. Po ukončení činnosti zariadenia je možné elektromagnet vypnúť a zachytené triesky padnú do spodnej časti vrtu.

Použitie konkrétneho typu odstraňovania triesok závisí od požiadaviek prevádzkovateľa vrtu.

Po odľrézovaní požadovaného úseku produkčnej rúry je proces odstraňovania produkčnej rúry vo vrte ukončený zhasnutím oblúka. Zariadenie je následne vytiahnuté mimo priestoru vrtu.

Zariadenie je možné umiestniť v produkčnej rúre centrický aj excentrický na odstraňovanie nesymetrickej časti produkčného potrubia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je zobrazený proces vzniku kontaktného zápalu.

Na obr. 2 je zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry s dvoma magnetmi, s horným a dolným dynamickým obmedzovačom prietoku, elektromagnetom na záchyt triesok, umiestnené centrický v produkčnej rúre v bočnom reze a v priereze pri pohľade zhora.

Na obr. 3 je zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry s jedným magnetom, bez dynamických obmedzovačov prietoku a bez elektromagnetu na záchyt triesok, umiestnené centrický v produkčnej rúre v bočnom reze.

Na obr. 4 je zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry s dvoma magnetmi, bez dynamických obmedzovačov prietoku a bez elektromagnetu na záchyt triesok, umiestnené excentrický v produkčnej rúre v bočnom reze a v priereze pri pohľade zhora.

Na obr. 5 je zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry s jedným magnetom, s horným dynamickým obmedzovačom prietoku a s elektromagnetom na záchyt triesok, umiestnené centrický v produkčnej rúre v bočnom reze.

Na obr. 6 je zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry s jedným magnetom, s dolným dynamickým obmedzovačom prietoku a bez elektromagnetu na záchyt triesok, umiestnené centrický v produkčnej rúre v bočnom reze.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zariadenie X na odstraňovanie produkčnej rúry 10 vo vrte je mechanicky pripojené prostredníctvom BHA na prívod 12 elektrickej energie, prívod 13 chladiaceho média, dátový kábel 14 a ovládaciu jednotku 15. Zariadenie X je bezkontaktné umiestnené vnútri produkčnej rúry 10 a obsahuje prívod 11 tekutého prekurzora, ktoiý vstupuje do generátora 5 plazmotvomého média napojeného na vstup 6 sústavy dýz spojený so sústavou dýz 7, pričom sústava dýz 7 je umiestnená v priestore medzi dvoma cylindrickými mechanicky pohyblivými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2, a horná elektróda 1 a dolná elektróda 2 sú umiestnené axiálne proti sebe po obvode zariadenia X a koaxiálne proti produkčnej rúre 10, pričom v osi hornej elektródy 1 a dolnej elektródy 2 je okolo vstupu 6 sústavy dýz nad sústavou dýz 7 a/alebo pod sústavou dýz 7 umiestnený minimálne jeden magnet 4. Magnet 4 je permanentný magnet alebo elektromagnet. Generátor 5 plazmotvomého média pozostáva z jednej komory 18 alebo z viaceíých vzájomne prepojených komôr 18, pričom každá komora 18 má aspoň jeden vstup a jeden výstup. V prípade viaceíých komôr 18 sú tieto vzájomne prepojené a usporiadané za sebou sériovo, paralelne, alebo kombináciou týchto spôsobov. Sú tri možnosti obsahu komory 18, a to: - katalyzátor

- alebo aspoň jeden pár elektród, pričom prvá elektróda 16 generátora je na zápornom elektrickom potenciáli a druhá elektróda 17 generátora je na kladnom elektrickom potenciáli,

- alebo odporový vodič, prípadne je komora 18 obklopená odporovým vodičom.

Výhodným riešením je, ak aspoň jedna komora 18 generátora obsahuje aspoň jeden pár elektród, pričom prvá elektróda 16 je na zápornom elektrickom potenciáli a druhá elektróda 17 je na kladnom elektrickom potenciáli.

Sústavu dýz 7 tvorí 3-150 kanálikov umiestnených proti produkčnej rúre 10 radiálnym smerom alebo pod uhlom 1 - 90°od radiálneho smeru.

Zariadenie je v produkčnej rúre 10 umiestnené bez kontaktu s produkčnou rúrou, no v prípade dlhšieho zariadenia je na vonkajšej strane zariadenia X umiestnený jeden alebo viac centralizátorov C, ktoré sú v mechanickom kontakte s produkčnou rúrou 10.

Na spodnej časti zariadenia X sa môže nachádzať elektromagnet M.

Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický alebo excentrický.

Medzi zariadením X a produkčnou rúrou 10 môžu byť umiestnené obmedzovače, a to horný dynamický obmedzovač prietoku 8 a/alebo dolný dynamický obmedzovač prietoku 9.

Zariadenie X a všetky jeho časti sú uspôsobené na pôsobenie tlaku v rozmedzí 0,1 - 70 MPa.

Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte pôsobením zariadenia X sa uskutočňuje tak, že zariadenie X je vložené do produkčnej rúry 10 vo vrte a do zariadenia X je cez prívod 11 tekutého prekurzora dodávaný tekutý prekurzor Y, ktorý vstupuje do generátora 5 plazmotvomého média a mení sa v ňom na plazmotvomé médium Z, ktoré prechádza cez vstup 6 sústavy dýz do sústavy dýz 7 a je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku v rozmedzí 0,1-70 MPa a teplote plazmotvomého média Z v rozmedzí 1 - 1 000 °C, a medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk 3, buď pomocou kontaktného zápalu, alebo pomocou napäťového zápalu. Elektrický oblúk 3 je rovnomerne rolovaný po kružnici, pričom os rotačného pohybu elektrického oblúka 3 je totožná s osou symetrie hornej elektródy 1 a dolnej elektródy 2, a rotáciu elektrického oblúka 3 zabezpečuje magnetické pole magnetu 4 a/alebo interakcia elektrického oblúka 3 s tokom plazmotvorného média Z. Príkon elektrického oblúka 3 je v rozmedzí 10 - 10 000 kW. Materiál produkčnej rúry 10 je degradovaný tepelným tokom vytvoreným spoločným pôsobením rotujúceho elektrického oblúka 3 a plazmotvomého média Z, následne je rozmšený materiál od produkčnej rúry 10 oddelený a je z miesta rozrušovania odstránený, a potom je elektrický oblúk 3 zhasnutý a zariadenie X je vytiahnuté z produkčnej rúry 10 mimo priestoru vrtu.

Generátor 5 plazmotvomého média mení tekutý prekurzor Y na plazmotvomé médium Z tepelným rozkladom, elektrochemickým rozkladom, chemickým rozkladom alebo kombináciu minimálne dvoch týchto rozkladov.

Pre tlaky 22,06 - 70 MPa a teploty 374 - 1 000 °C má plazmotvomé médium Z vlastnosti zmesi superkritickej vody a superkritického kyslíka, pre tlaky 5,04 až 22,05 MPa má plazmotvomé médium Z vlastnosti zmesi vody a superkritického kyslíka alebo zmesi vodnej pary a superkritického kyslíka, a pre tlaky 0,1 až 5,03 MPa má plazmotvomé médium Z vlastnosti zmesi vody a kyslíka (oxidačného činidla) alebo zmesi vodnej pary a kyslíka.

Tekutý prekurzor Y je voda, zmes etanolu s vodou v akomkoľvek pomere, zmes vody a peroxidu vodíka v akomkoľvek pomere alebo vodný roztok hydroxidu alkalických kovov s hmotnostnou koncentráciou 0,01 5 %.

Po zapálení elektrického oblúka 3 je prostredníctvom oddialenia elektród, hornej elektródy 1 a dolnej elektródy 2, v axiálnom smere predĺžený oblúkový kanál na dĺžku 0,1 až 20 mm. Medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je po stabilizovaní elektrického oblúka 3 udržiavaná na konštantnej hodnote zvolenej z intervalu od 0,1 - 20 mm.

Častice rozmšeného materiálu produkčnej rúry 10 môžu byť zachytené elektromagnetom M umiestneným v spodnej časti zariadenia X.

Rozmšený materiál produkčnej rúry 10 je z miesta rozrušovania odstraňovaný hydrodynamickou silou generovanou tokom plazmotvomého média Z, chladiaceho média 13 a výplachovej kvapaliny pôsobiacou na rozmšené častice alebo gravitačnou silou.

Príklad 1

Zariadenie X má dva magnety 4 a oba magnety sú permanentné magnety.

Na vonkajšej strane zariadenia X je medzi zariadením a produkčnou rúrou 10 umiestnený 10 mm nad úrovňou sústavy dýz 7 horný dynamický obmedzovač prietoku 8.

Sústavu dýz 7 tvorí 36 kanálikov umiestnených pod uhlom 26° od radiálneho smem proti produkčnej rúre.

V spodnej časti zariadenia X sa nachádza elektromagnet M.

Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok peroxidu vodíka s hmotnostnou koncentráciou 69 %.

Tento vstupuje do generátora 5 plazmotvomého média a mení sa v ňom elektrochemickým rozkladom na plazmotvomé médium Z, a toto prechádza cez vstup 6 sústavy dýz do sústavy dýz 7.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými mechanicky pohyblivými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 30 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 400 °C a vlastnosti zmesi superkritickej vody a superkritického kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený pomocou napäťového zápalu v tekutom prostredí elektrický' oblúk 3. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 3 mm.

Rozmšený materiál produkčnej rúry 10 je z miesta rozrušovania odstraňovaný hydrodynamickou silou generovanou tokom plazmotvomého média Z pôsobiacou na rozmšené častice. Následne sú častice rozmšeného materiálu (triesky) zachytené elektromagnetom M v spodnej časti zariadenia X.

Po skončení procesu je elektrický oblúk 3 zhasnutý, elektromagnet M sa vypne a zachytené triesky padnú do spodnej časti vrtu. Potom je zariadenie vytiahnuté z produkčnej rúry 10 mimo priestoru vrtu.

Príklad 2

Zariadenie X na obr. 2 má dva magnety 1 a oba sú permanentné magnety.

Na vonkajšej strane zariadenia X je medzi zariadením a produkčnou rúrou 10 umiestnený minimálne 10 mm nad úrovňou sústavy dýz 7 horný dynamický obmedzovač prietoku 8.

Na vonkajšej strane zariadenia X je medzi zariadením a produkčnou rúrou 10 umiestnený minimálne 10 mm pod úrovňou sústavy dýz 7 dolný dynamický obmedzovač prietoku 9.

Na vonkajšej strane zariadenia X je medzi zariadením a produkčnou rúrou 10 umiestnený jeden centralizátor C, ktorý je v mechanickom kontakte s produkčnou rúrou 10.

Sústavu dýz 7 tvorí 24 kanárikov umiestnených radiálne proti produkčnej rúre.

V spodnej časti zariadenia X sa nachádza elektromagnet M. Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok peroxidu vodíka s hmotnostnou koncentráciou 35 %.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 19 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 200 °C a vlastnosti zmesi vody a superkritického kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený pomocou napäťového zápalu v tekutom prostredí elektrický oblúk 3. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je udržiavaná na konštantnej hodnote 10 mm.

Rozrušený materiál produkčnej rúry 10 je z miesta rozrušovania odstraňovaný hydrodynamickou silou generovanou tokom plazmotvomého média Z pôsobiacou na rozrušené častice. Následne sú častice rozrušeného materiálu (triesky) zachytené elektromagnetom M v spodnej časti zariadenia X.

Po skončení procesu je elektrický oblúk 3 zhasnutý, elektromagnet M vypnutý a zachytené triesky padnú do spodnej časti vrtu. Následne je zariadenie vytiahnuté z produkčnej rúry 10 mimo priestoru vrtu.

Príklad 3

Zariadenie X je dlhé, a preto má na vonkajšej strane zariadenia X medzi zariadením a produkčnou rúrou 10 umiestnené dva centralizátory C, ktoré sú v mechanickom kontakte s produkčnou rúrou 10.

Zariadenie X má dva magnety 4 a oba sú permanentné magnety.

Na vonkajšej strane zariadenia X je medzi zariadením a produkčnou rúrou 10 umiestnený 10 mm pod úrovňou sústavy dýz 7 dolný dynamický obmedzovač prietoku 9.

Sústavu dýz 7 tvorí 8 kanárikov umiestnených pod uhlom 60° od radiálneho smeru proti produkčnej rúre. Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok etanolu s hmotnostnou koncentráciou 96 %.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 15 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 30 °C a vlastnosti zmesi vody a superkritického kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený pomocou kontaktného zápalu v tekutom prostredí elektrický oblúk 3. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 7,5 mm.

Príklad 4

Zariadenie X na obr. 4 má dva magnety 4 a oba sú elektromagnety.

Sústavu dýz 7 tvorí 120 kanárikov umiestnených pod uhlom 5° od radiálneho smem proti produkčnej rúre.

Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 excentrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok hydroxidu draselného s hmotnostnou koncentráciou 3 %.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 70 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 100 °C a vlastnosti zmesi vody a superkritického kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk 3 pomocou napäťového zápalu. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 0,8 mm.

Príklad 5

Zariadenie X na obr. 3 má jeden magnet 4, ktorý je permanentný. Magnet 4 je umiestnený okolo vstupu 6 sústavy dýz nad sústavou dýz 7.

Sústavu dýz 7 tvoria 3 kanáliky umiestnené radiálne proti produkčnej rúre.

Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok peroxidu vodíka s hmotnostnou koncentráciou 80 %.

Tento vstupuje do generátora 5 plazmotvomého média a mení sa v ňom chemickým rozkladom na plazmotvomé médium Z, a toto prechádza cez vstup 6 sústavy dýz do sústavy dýz 7.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 50 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 500 °C a vlastnosti zmesi superkritickej vody a superkritického kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený pomocou napäťového zápalu v tekutom prostredí elektrický' oblúk 3. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 1 mm.

Príklad 6

Zariadenie X na obr. 5 má jeden magnet 4, ktorý je permanentný. Magnet 4 je umiestnený pod sústavou dýz 7.

Sústavu dýz 7 tvorí 90 kanálikov umiestnených pod uhlom 45° od radiálneho smeru proti produkčnej rúre 10. V spodnej časti zariadenia X sa nachádza elektromagnet M. Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok hydroxidu sodného s hmotnostnou koncentráciou 0,01 %.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 0,1 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 1 °C a vlastnosti zmesi vody a kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk 3 pomocou napäťového zápalu. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 4 mm.

Rozmšený materiál produkčnej rúry 10 je z miesta rozrušovania odstraňovaný hydrodynamickou silou generovanou tokom plazmotvomého média Z pôsobiacou na rozmšené častice. Následne sú častice rozrušeného materiálu (triesky) zachytené elektromagnetom M v spodnej časti zariadenia X.

Po skončení procesu je elektrický oblúk 3 zhasnutý. Následne sa elektromagnet M vypne a zachytené triesky padnú do spodnej časti vrtu. Následne je zariadenie vytiahnuté z produkčnej rúry 10 mimo priestoru vrtu.

Príklad 7

Zariadenie X má jeden magnet 4, ktorý je elektromagnet a je umiestnený okolo vstupu 6 sústavy dýz nad sústavou dýz 7.

Sústavu dýz 7 tvorí 48 kanálikov umiestnených pod uhlom 80° od radiálneho smeru proti produkčnej rúre. Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok peroxidu vodíka s hmotnostnou koncentráciou 1 %.

Tento vstupuje do generátora 5 plazmotvomého média a mení sa v ňom tepelným rozkladom a elektrochemickým rozkladom na plazmotvomé médium Z, a toto prechádza cez vstup 6 sústavy dýz do sústavy dýz 7.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 3 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 270 °C a vlastnosti zmesi vodnej pary a kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk 3 pomocou kontaktného zápalu. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 20 mm.

Príklad 8

Zariadenie X má jeden magnet 4, ktoiý je elektromagnet a je umiestnený okolo vstupu 6 sústavy dýz nad sústavou dýz 7.

Sústavu dýz 7 tvorí 12 kanálikov umiestnených radiálne proti produkčnej rúre. Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický.

Tekutý prekurzor Y je voda. Voda vstupuje do generátora 5 plazmotvomého média a mení sa v ňom elektrochemickým rozkladom na plazmotvomé médium Z, a toto prechádza cez vstup 6 sústavy dýz do sústavy dýz 7.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestore medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 25 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 50 °C a vlastnosti zmesi vody a superkritického kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk 3 pomocou kontaktného zápalu. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 1 mm.

Príklad 9

Zariadenie X má jeden magnet 4, ktoiý je permanentný magnet elektromagnet a je umiestnený okolo vstupu 6 sústavy dýz nad sústavou dýz 7.

Sústavu dýz 7 tvorí 60 kanálikov umiestnených radiálne proti produkčnej rúre. Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre 10 centrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok peroxidu vodíka s hmotnostnou koncentráciou 10 %. Tento vstupuje do generátora 5 plazmotvomého média a mení sa v ňom tepelným rozkladom na plazmotvomé médium Z, a toto prechádza cez vstup 6 sústavy dýz do sústavy dýz 7.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 5,03 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 100 °C a vlastnosti zmesi vody a kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk 3 pomocou napäťového zápalu. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 15 mm.

Príklad 10

Zariadenie X má dva permanentné magnety. Na vonkajšej strane zariadenia X je medzi zariadením a produkčnou rúrou 10 umiestnený minimálne 10 mm nad úrovňou sústavy dýz 7 horný dynamický obmedzovač prietoku 8.

Sústavu dýz tvorí 150 kanálikov umiestnených 90° od radiálneho smeru proti produkčnej rúre. Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre centrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok hydroxidu sodného s hmotnostnou koncentráciou 5 %.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestore medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 60 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 374 °C a vlastnosti zmesi superkritickej vody a superkritického kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk 3 pomocou napäťového zápalu. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 0,1 mm.

Príklad 11

Zariadenie X má dva magnety 4 a oba magnety sú permanentné magnety.

Sústavu dýz tvorí 18 kanálikov umiestnených 1° od radiálneho smere proti produkčnej rúre. Zariadenie X je umiestnené v produkčnej rúre excentrický.

Tekutý prekurzor Y je vodný roztok peroxidu vodíka s hmotnostnou koncentráciou 90 %.

Plazmotvomé médium Z je vystrekované zo sústavy dýz 7 do priestoru medzi dvoma cylindrickými elektródami, hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 pri pôsobení tlaku prostredia 22,06 MPa. Plazmotvomé médium Z má teplotu 1 000 °C a vlastnosti superkritickej vody a superkritického kyslíka.

Medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 je zapálený pomocou napäťového zápalu v tekutom 5 prostredí elektrický' oblúk 3. Po stabilizovaní elektrického oblúka 3 je medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou 1 a dolnou elektródou 2 udržiavaná na konštantnej hodnote 2 mm.

Priemyselná využiteľnosť

Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte a spôsob na odstraňovanie produkčnej rúiy vo vrte podľa tohto vynálezu sa uplatnia v ťažobnom priemysle, hlavne v oblasti ropného priemyslu pri vykonávam operácií na vyradenie inštalácií z prevádzky.

Zoznam vzťahových značiek

- horná elektróda

- dolná elektróda

- elektrický oblúk

- magnet

- generátor plazmotvomého média

- vstup sústavy dýz

- sústava dýz

- horný dynamický obmedzovač prietoku (upper dynamic flow restrictor)

- dolný dynamický obmedzovač prietoku (lower dynamic flow restrictor)

- produkčná rúra

- prívod tekutého prekurzora

- prívod elektrickej energie

- prívod chladiaceho média

- dátový kábel

- ovládacia jednotka

- prvá elektróda generátora

- druhá elektróda generátora

- komora generátora

X - zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry

Y - tekutý prekurzor

Z - plazmotvomé médium

M - elektromagnet na zber častíc degradovaného materiálu

C - centralizátor

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry (10) vo vrte mechanicky pripojené prostredníctvom BHA na prívod (12) elektrickej energie, prívod (13) chladiaceho média, dátový kábel (14) a ovládaciu jednotku (15), vyznačujúce sa tým, že obsahuje prívod (11) tekutého prekurzora, ktoiý vstupuje do generátora (5) plazmotvomého média napojeného na vstup (6) sústavy dýz spojený so sústavou dýz (7), pričom sústava dýz (7) je umiestnená v priestore medzi dvoma cylindrickými mechanicky pohyblivými elektródami, hornou elektródou (1) a dolnou elektródou (2), a horná elektróda (1) a dolná elektróda (2) sú umiestnené axiálne proti sebe po obvode zariadenia (X) a koaxiálne proti produkčnej rúre (10), pričom v osi hornej elektródy (1) a dolnej elektródy (2) je okolo vstupu (6) sústavy dýz umiestnený minimálne jeden magnet (4) nad sústavou dýz (7) a/alebo pod sústavou dýz (7), pričom konštrukcia zariadenia je uspôsobená na umiestnenie vnútri produkčnej rúry (10) bez kontaktu s produkčnou rúrou (10).
2. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že na jeho vonkajšej strane je umiestnený jeden alebo viac centralizátorov (C), ktoré sú v mechanickom kontakte s produkčnou rúrou (10).
3. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že generátor (5) plazmotvomého média pozostáva z jednej alebo z viaceíých vzájomne prepojených komôr (18), pričom každá komora (18) má aspoň jeden vstup a jeden výstup, a aspoň jedna komora (18) obsahuje minimálne jeden pár elektród, pričom prvá elektróda (16) generátora je na zápornom elektrickom potenciáli a druhá elektróda (17) generátora je na kladnom elektrickom potenciáli.
4. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že magnet (4) je permanentný magnet alebo elektromagnet.
5. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že sústavu dýz (7) tvorí 3 - 150 kanárikov umiestnených proti produkčnej rúre (10) radiálnym smerom alebo pod uhlom 1 - 90° od radiálneho smeru.
6. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že všetky jeho časti sú uspôsobené na pôsobenie tlaku v rozmedzí 0,1 - 70 MPa.
7. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nárokov 1-6, vyznačujúce sa tým, že na jeho vonkajšej strane je medzi ním a produkčnou rúrou (10) umiestnený minimálne 10 mm nad úrovňou sústavy dýz (7) horný dynamický obmedzovač prietoku (8).
8. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nárokov 1-7, vyznačujúce sa tým, že na jeho vonkajšej strane je medzi ním a produkčnou rúrou (10) umiestnený minimálne 10 mm pod úrovňou sústavy dýz (7) dolný dynamický obmedzovač prietoku (9).
9. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nárokov 1-8, vyznačujúce sa tým, že na jeho spodnej časti sa nachádza elektromagnet (M).
10. Zariadenie na odstraňovanie produkčnej rúry vo vrte podľa nárokov 1-9, vyznačujúce sa tým, že konštrukcia zariadenia je uspôsobená na umiestnenie vnútri produkčnej rúry (10) excentrický proti produkčnej rúre (10).
11. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte pôsobením zariadenia (X) podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že zariadenie (X) je vložené do produkčnej rúry (10) vo vrte a je doň cez prívod (11) tekutého prekurzora dodávaný tekutý prekurzor (Y), ktoiý vstupuje do generátora (5) plazmotvomého média, ktoiý ho mení na plazmotvomé médium (Z), ktoré prechádza cez vstup (6) sústavy dýz do sústavy dýz (7) a je vystrekované zo sústavy dýz (7) do priestoru medzi dvoma cylindrickými mechanicky pohyblivými elektródami, hornou elektródou (1) a dolnou elektródou (2) pri pôsobení tlaku v rozmedzí 0,1 - 70 MPa a teplote plazmotvomého média (Z) v rozmedzí 1 - 1 000 °C, medzi hornou elektródou (1) a dolnou elektródou (2) je zapálený v tekutom prostredí elektrický oblúk (3), buď pomocou kontaktného zápalu, alebo pomocou napäťového zápalu, a elektrický oblúk (3) je rovnomerne rolovaný po kružnici pôsobením magnetického poľa magnetu (4) a/alebo interakciou elektrického oblúka (3) s tokom plazmotvomého média (Z), pričom os rotačného pohybu elektrického oblúka (3) je totožná s osou symetrie hornej elektródy (1) a dolnej elektródy (2), a príkon elektrického oblúka (3) je v rozmedzí 10 - 10 000 kW, materiál produkčnej rúry (10) je degradovaný tepelným tokom vytvoreným spoločným pôsobením rotujúceho elektrického oblúka (3) a plazmotvomého média (Z), následne je rozrušený materiál od produkčnej rúry (10) oddelený a je z miesta rozrušovania odstránený, a potom je elektrický oblúk (3) zhasnutý a zariadenie (X) je vytiahnuté z produkčnej rúry (10) mimo priestoru vrtu.
12. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že generátor (5) plazmotvomého média mení tekutý prekurzor (Y) na plazmotvomé médium (Z) tepelným rozkladom, elektrochemickým rozkladom, chemickým rozkladom alebo kombináciu minimálne dvoch týchto rozkladov.
13. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že pre tlaky 22,06 - 70 MPa a teploty 374 - 1 000 °C má plazmotvomé médium (Z) vlastnosti zmesi superkritickej vody a superkritického kyslíka.
14. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že pre tlaky 5,04 až 22,05 MPa má plazmotvomé médium (Z) vlastnosti zmesi vody a superkritického kyslíka alebo zmesi vodnej pary a superkritického kyslíka.
15. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že pre tlaky 0,1 až 5,03 MPa má plazmotvomé médium (Z) vlastnosti vody obohatenej o kyslík alebo zmesi vodnej pary a kyslíka.
16. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že tekutý prekurzor (Y) je voda, zmes etanolu s vodou v akomkoľvek pomere, zmes vody a peroxidu vodíka v akomkoľvek pomere, alebo vodný roztok hydroxidu alkalických kovov s hmotnostnou koncentráciou 0,01 -5 %.
17. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že po zapálení elektrického oblúka (3) je prostredníctvom oddialenia elektród (1) a (2) v axiálnom smere predĺžený oblúkový kanál na dĺžku 0,1 až 20 mm, pričom medzielektródová vzdialenosť medzi hornou elektródou (1) a dolnou elektródou (2) je po stabilizovaní elektrického oblúka (3) udržiavaná na konštantnej hodnote zvolenej z intervalu od 0,1 - 20 mm.
18. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že častice rozmšeného materiálu produkčnej rúry (10) sú zachytené elektromagnetom (M) v spodnej časti zariadenia (X).
19. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že po ukončení procesu rozrušovania produkčnej rúry (10) je elektromagnet (M) vypnutý na uvoľnenie zachytených častíc rozrušeného materiálu produkčnej rúry (10) do spodnej časti vrtu.
20. Spôsob odstraňovania produkčnej rúry vo vrte podľa nárokov 11-19, vyznačujúci sa tým, že rozrušený materiál produkčnej rúry (10) je z miesta rozrušovania odstraňovaný hydrodynamickou silou generovanou tokom plazmotvomého média (Z), chladiaceho média (13) a výplachovej kvapaliny, alebo gravitačnou silou.

6 výkresov