Агрегат для добычи газогидратов

 

Изобретение относится к горной промышленности, геологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче, выщелачивании и опробовании полезных ископаемых. Агрегат содержит внешнюю колонну 1 с окнами 2, обсадную колонну 3 с кольцевым выступом 4 для размещения на нем цилиндрического стакана 9. Он выполнен с центральной камерой 14 смешения и образует с колонной 3 термокамеру 23 и с внешней колонной 1 кольцевую камеру 24 смешения. Внутренняя колонна 7 снабжена муфтой, состоящей из корпуса 15 и подпружиненных шаров 16 с каналами 17 для гидравлической связи акватории с внутренней колонной 7. Вода с повышенной температурой поступает через каналы 10 в термокамеру 23 и отдает часть тепла колонне 3, а она - пласту. Происходит разложение гидратов с выделением газа и воды. Газ поступает в камеру 24, а вода - в термокамеру 23, где смешивается с водой акватории. Через окна 13 она поступает в камеру 14. Из этой камеры охлажденная вода через каналы 11 поступает в камеру 24 и вместе с газом поступает на поверхность, где производят их разделение. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче, выщелачивании и опробовании полезных ископаемых.

Известен эрлифт для подъема металлосодержащей пульпы, включающей внешнюю колонну для выдачи двухфазной смеси, внутреннюю колонну для подачи рабочего агента с возможностью возвратно-поступательного движения относительно внешней колонны [1].

Недостатком такого эрлифта является невозможность его использования для разработки морских месторождений из-за течений и волнений в акватории, последствия которых приводят к авариям обсадных колонн.

Наиболее близким к предлагаемому является гидромониторный агрегат, содержащий внешнюю колонну для выдачи двухфазной смеси, обсадную колонну, снабженную приемными каналами для свободного газа и окнами для подачи воды из акватории с возможностью возвратно-поступательного движения относительно внешней колонны [2].

Недостатками агрегата являются значительные энергозатраты на приготовление и подачу рабочего агента, не позволяющие производить добычу полезных ископаемых с высокой рентабельностью.

Цель изобретения - снижение энергозатрат при переводе газа из гидратного в свободное состояние за счет нагрева пород пласта водой, подаваемой из акватории.

На чертеже показан агрегат в разрезе.

Агрегат для добычи газогидратов содержит внешнюю колонну 1, окна 2, обсадную колонну 3, выступ 4 обсадной колонны, каналы 5, окна 6, внутреннюю колонну 7, окна 8. Внутренняя колонна 7 снабжена стаканом 9, включающим каналы 10 и 11, уплотнительный элемент 12, окна 13, цилиндрическую камеру 14 смешения. Внутренняя колонна 7 снабжена муфтой гидравлической связи, состоящей из корпуса 15, шаров 16 с каналами 17, пружин 18. Внешняя колонна 1 в пределах акватории 19 выполнена из неметаллических материалов. Скважина 20, пройденная через пласт газогидратов 21 до кровли подстилающих пород 22, обсаживается металлической обсадной колонной 3, верхняя часть которой снабжена выступом 4 с каналами 5 для отвода свободного газа. В нижней части обсадной колонны 3 в непосредственной близости от торца выполнены окна 6 для отвода воды из пласта, образовавшейся при разложении газогидратов.

В непосредственной близости от окон 2 внутренняя колонна 7 снабжена муфтой гидравлической связи, в корпусе 15 которой установлены шары 16 с каналами 17. Шары 16 снабжены пружиной 18, которая прижимает их к внутренней поверхности колонны 1. Диаметр пружины превышает поперечный размер окон 8. Корпус 15 муфты выполнен подвижным относительно колонны 7 с возможностью регулирования совпадения окон 2 с каналами 17 при прохождении колонны 7 в крайнем нижнем положении. В корпусе стакана 9 конструктивно выполнены каналы 10 для подачи воды в термокамеру 23, образованную внутренней поверхностью обсадной колонны 3 и внешней поверхностью корпуса стакана 9. Гидравлическая связь термокамеры 23 с акваторией 19 обеспечивает сохранение высокой температуры воды при ее подаче по колонне 7, которая изолирована от акватории внешней колонной 1 и межтрубным пространством, заполненным водой с положительной температурой, и максимальную теплоотдачу обсадной колонне 3 за счет конструктивного выполнения термокамеры 23 в виде кольцевой полости. В корпусе стакана 9 выполнена цилиндрическая камера 14 смешения, которая гидравлически связана каналами 11 с камерой 24 смешения, образованной внутренней поверхностью внешней колонны 1 и наружной поверхностью корпуса стакана 9. Изоляция камеры 24 смешения от камер 23 и 14 осуществляется за счет уплотнительного элемента 12, установленного на корпусе стакана 9 и прижимаемого к выступу 4 обсадной колонны 3 весом колонны 7, стакана 9. Термокамера 23 сообщена с камерой 14 смешения посредством окон 13, которые прорезаны в нижнем торце стакана 9.

Агрегат работает следующим образом.

После спуска внутренней колонны 7 стакан 9 опирается на выступ 4 обсадной колонны 3, а окна 2 сообщаются через каналы 17 и окна 8 с внутренней полостью колонны 7. Вода из акватории 19 с более высокой, чем пласт 21, температурой через каналы 10 поступает в термокамеру 23 и отдает часть тепла обсадной колонне 3, которая, в свою очередь, отдает тепло пласту газогидратов. Происходит процесс разложения газогидратов с выделением свободного газа и воды. Свободный газ через каналы 5 поступает в камеру 24 смешения и производит эрлифтирование жидкости. Высвобожденная из газогидрата и массива пород вода через окна 6 поступает в термокамеру 23, где смешивается с водой акватории и через окна 13 поступает в камеру 14 смешения. Из камеры 14 смешения охлажденная вода через каналы 11 поступает в камеру 24 смешения и вместе с газом выдается на поверхность, где производят их разделение. При разложении газогидратов происходит образование в кровле пласта 21 потолочины 25 из мерзлых пород. Потолочина воспринимает гидростатическое давление воды акватории 19 и препятствует развитию деформаций массива, при этом исключается прорыв газа в акваторию. Мощность потолочины 25 регламентируется глубиной акватории 19, поэтому входные отверстия каналов 5 в выступе 3 располагают ниже границы потолочины с массивом газогидратного пласта, подлежащего разработке.

Использование изобретения позволит вовлечь в разработку газогидратные залежи с высокой эффективностью добычи.

Формула изобретения

1. АГРЕГАТ ДЛЯ ДОБЫЧИ ГАЗОГИДРАТОВ, содержащий внешнюю колонну для поступления двухфазной смеси, размещенную в ней внутреннюю колонну с каналами для подачи воды и установленную с возможностью возвратно-поступательного движения относительно внешней колонны и соединенную с последней обсадную колонну с приемными каналами для газа и окнами для воды, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрическим стаканом, установленным в обсадной колонне и связанным с нижней частью внутренней колонны, причем стакан выполнен с центральной камерой смешения и радиальными отверстиями в нижней части для поступления в нее воды, обсадная колонна - на внутренней поверхности с выступом, на котором размещен стакан, образующий своей верхней частью с внешней колонной кольцевую камеру смешения, а нижней частью с обсадной колонной под ее выступом термокамеру, при этом центральная камера смешения стакана гидравлически связана с кольцевой камерой смешения, а внутренняя колонна - с термокамерой.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что внутренняя колонна имеет муфту в виде корпуса с установленными в нем подпружиненными шарами с каналами для гидравлического сообщения пространства за внешней колонной с полостью внутренней колонны.

РИСУНКИ

Рисунок 1