Способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин

 

Изобретение относится к области обеспечения взрывобезопасности при добыче нефти и газа и позволяет упростить способ предупреждения взрывов при обеспечении непрерывности процесса бурения, освоения или эксплуатации скважины. Способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин заключается в вытеснении промывочной жидкости из скважины сжатой до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смесью. Газовую инертную смесь получают из атмосферного воздуха путем его предварительного сжатия и пропускания под давлением через установку, задерживающую кислород и пары воды. Содержание кислорода в полученной газовой инертной среде не превышает минимальную взрывоопасную концентрацию. Установка, задерживающая кислород и пары воды, состоит из нескольких циклически работающих абсорберов. Осуществляют предварительное сжатие и пропускание атмосферного воздуха под давлением через установку, задерживающую кислород и пары воды, содержащую не менее четырех абсорберов. Абсорберы последовательно включаются в режим отдельных циклов адсорбции, предварительной регенерации путем перепуска газа, оставшегося в адсорбере после выполнения режима адсорбции в адсорбер, завершивший режим регенерации, полной регенерации путем сброса избыточного давления десорбирующегося газа в атмосферу и заполнения адсорбера путем перепуска газа из преварительно регенерируемого адсорбера. Циклы адсорбции, перепуска газа из одного адсорбера в другой и полной регенерации в соответствующих адсорберах выполняются одновременно. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области обеспечения взрывобезопасности при добыче нефти и газа.

Удаление буровых растворов, промывочных растворов, ингибиторов коррозии и других жидкостей, используемых для обработки скважин, а также удаление песчаных и глиняных пробок, используемых при консервации скважин, производится путем подачи газа или воздуха в скважину. Подача газа или воздуха используется при компрессорной эксплуатации скважин, а также при осушении и обезвоживании стволов шахт.

Известен способ освоения скважин, заключающийся в вытеснении жидкости, находящейся в скважине, воздухом, подаваемым в затрубное пространство под давлением [1].

Указанный способ не обеспечивает защиты от возникновения пожара или взрыва скважины, поскольку подаваемый в скважину воздух, смешиваясь с парами нефти или газа, образует взрывоопасную смесь.

Известен способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных скважин, заключающийся в вытеснении жидкости, находящейся в скважине, например, промывочной жидкости, путем нагнетания в скважину инертного газа, в частности, азота [2].

Известен также способ предупреждения взрывов при закачке в скважину газообразных агентов, включающий вытеснение промывочной жидкости из скважины сжатой до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смесью с содержанием кислорода не превышающим минимальную взрывоопасную концентрацию [3]. Данные способы требуют доставки к скважине при помощи передвижной установки баллонов с азотом, что приводит к необходимости прерывания процесса освоения скважины для периодической дозаправки установки азотом.

Известен способ разделения газовых смесей, заключающийся в селективной адсорбции компонентов газовой смеси, производимой в трех или более адсорбционных камерах, которые последовательно включаются в цикл адсорбции и регенерации, причем камеры, не включенные в цикл регенерации, включены по меньшей мере в два отдельных цикла адсорбции (патент Германии N 1963876, кл. B 01 D 53/02, 1974) Недостатком данного способа являются большие потери газа при регенерации снижением давления в адсорбере. Увеличение количества отдельных циклов адсорбции до трех и более ограничено недопустимым уменьшением продолжительности регенерации при оптимальной продолжительности процесса адсорбции.

Известен также циклический способ разделения газообразных смесей, используемый, в частности, для обеднения кислородом воздуха (газовая инертная смесь), заключающийся в последовательном выполнении режимов адсорбции, регенерации и предварительного заполнения (патент США N 4168149, кл. B 01 D 53/02, 1979). Этот способ реализуется на трех адсорберах таким образом, чтобы в каждом цикле один адсорбер работал в режиме адсорбции, другой - в режиме регенерации, третий - в режиме предварительного заполнения. Предварительное заполнение, осуществляемое продуктовым газом, прекращается при достижении заданного давления в заполняемом адсорбере. Регенерация осуществляется заданное время. Продолжительность режима адсорбции равна сумме времен регенерации и предварительного заполнения.

Недостатками данного способа являются колебания давления продуктового газа в результате предварительного заполнения адсорберов, а также необходимость использования автоматики для регулирования давления.

Технической задачей данного изобретения является упрощение способа предупреждения взрывов при обеспечении непрерывности процесса бурения, освоения или эксплуатации скважины.

Поставленная задача достигается тем, что в способе предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации скважин, заключающемся в вытеснении промывочной жидкости из скважины сжатой до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смесью, газовую инертную смесь получают из атмосферного воздуха путем его предварительного сжатия и пропускания под давлением через установку, задерживающую кислород и пары воды, при этом содержание кислорода в полученной газовой инертной смеси не превышает минимальную взрывоопасную концентрацию.

Для обеспечения непрерывности процесса получения газовой инертной смеси установка, задерживающая кислород и пары воды, содержит не менее четырех адсорберов, которые последовательно включаются в режимы отдельных циклов адсорбции, предварительной регенерации путем перепуска газа, оставшегося в адсорбере после выполнения режима адсорбции в адсорбер, завершивший режим регенерации, полной регенерации путем сброса избыточного давления десорбирующегося газа в атмосферу и заполнения адсорбера путем перепуска газа из предварительно регенерируемого адсорбера, при этом циклы адсорбции, перепуска газов из одного адсорбера в другой и полной регенерации в соответствующих адсорберах выполняются одновременно.

Для обеспечения одновременности выполнения указанных циклов продолжительность цикла предварительной регенерации выбирается достаточной для выравнивания давления при перепуске газа из адсорбера в адсорбер, продолжительность цикла полной регенерации выбирается достаточной для сброса десорбирующегося газа в атмосферу, а количество адсорберов, одновременно находящихся в цикле адсорбции, выбирается из условия оптимального разделения атмосферного воздуха, обеспечивающего содержание кислорода в полученной газовой инертной смеси, не превышающего минимальную взрывоопасную концентрацию.

В частном случае выполнения способа предварительное сжатие атмосферного воздуха и сжатие газовой инертной смеси до рабочего давления подачи в скважину осуществляют многоступенчатым компрессором, при этом установку, задерживающую кислород и пары воды, включают между низкоатмосферными и высокоатмосферными ступенями компрессора, производительность низкоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу атмосферного воздуха, а производительность высокоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу газовой инертной смеси.

С целью упрощения способа переключение циклов производится автоматически.

На фиг. 1 изображена схема процесса подачи газовой инертной смеси в скважину; на фиг. 2 - схема установки для получения газовой инертной смеси; на фиг. 3 - схема установки для выработки и сжатия газовой инертной смеси; на фиг. 4 представлена диаграмма, иллюстрирующая последовательность циклов работы адсорберов.

При бурении скважины, ее освоении, обработке, удалении песчаных и глиняных пробок, при осушении и обезвоживании нефтяной или газовой скважины требуется подача в скважину газа. Например, для предотвращения возможности взрыва вытеснение промывочной жидкости производится нагнетанием в кольцевое пространство между обсадной колонной 1 и насосно-компрессорными трубами 2, либо нагнетанием по насосно-компрессорным трубам сжатой газовой инертной смеси.

Для этого используется передвижная многоступенчатая компрессорная станция, оснащенная установкой 3 выработки газовой инертной смеси из воздуха путем обеднения его кислородом и осушения. Компрессорная станция содержит несколько ступеней компрессора 4-7, в которых происходит последовательное сжатие атмосферного воздуха до значений 2,3-3,0 кг/см2 в первой ступени 4, 9,7-11,9 кг/см2 - во второй ступени 5, 30-40 кг/см2 - в третьей ступени 6, и до 100 кг/см2 - в четвертой ступени 7. Давление, получаемое в четвертой ступени, является достаточным для эффективного вытеснения из скважины жидкости.

Оптимальные условия работы установки 3 для выработки газовой инертной смеси обеспечиваются при подаче на ее вход атмосферного воздуха под давлением порядка 12 кг/см2 поэтому установка 3 включена между низкоатмосферными и высокоатмосферными ступенями компрессора. Для обеспечения непрерывности работы компрессорной системы и установки выработки газовой инертной смеси производительность низкоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу атмосферного воздуха, а производительность высокоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу газовой инертной смеси.

Установка для получения газовой инертной смеси содержит несколько циклически работающих адсорберов, поглощающих кислород и пары воды. На фиг. 3 изображена установка, содержащая четыре адсорбера 8-11. Установка может содержать и большее количество адсорберов. Использование нескольких адсорберов необходимо для обеспечения непрерывности получения газовой инертной смеси, т. к. выработка ее каждым адсорбером происходит циклически.

Каждый из адсорберов 8-11 последовательно находится в режимах адсорбции, перепуска газов из одного адсорбера в другой и полной регенерации. Цикличность работы адсорберов поясняется диаграммой, представленной на фиг. 4.

Особенностью установки является одновременность выполнения указанных режимов (циклов) в соответствующих адсорберах. При нахождении адсорбера 8 в режиме адсорбции атмосферный воздух через вентиль 12 поступает в адсорбер. Одновременно открыт и вентиль 13', обеспечивающий перепуск газов из адсорбера 9 в адсорбер 11, в процессе которого давление в указанных адсорберах выравнивается. Таким образом, давление в адсорбере 9 снижается, т. е. происходит частичная (предварительная) регенерация адсорбера. В адсорбер 11 поступает газовая смесь, частично обедненная кислородом, из адсорбера 9. Одновременно происходит регенерация адсорбера 10 путем сброса избыточного давления через вентиль 14" в атмосферу. Таким образом, по окончании указанных циклов адсорбер 11 заполнен до некоторого давления и заполнение до требуемого для адсорбции давления атмосферным воздухом через вентиль 12''' потребует значительно меньше времени. Кроме того, в адсорбере 9 уже частично выполнен процесс регенерации, и полная регенерация также займет значительно меньше времени.

Далее производится переключение циклов в каждом адсорбере: адсорбер 9 переходит в режим регенерации, адсорбер 11 - адсорбции, а из адсорбера 8 производится перепуск газа в адсорбер 10 через вентиль 13.

Выход готовой газовой инертной смеси происходит во время режима адсорбции через открытые вентили 15 - 15'''.

Все адсорберы выполнены идентично. Равенство времени полной регенерации, времени перепуска и времени адсорбции, необходимое для обеспечения максимальной производительности установки, достигается путем расчета расходов питающих и выходных трубопроводов и вентилей с учетом объемов адсорберов и скорости адсорбции.

Установка может содержать и большее количество адсорберов. В этом случае одновременно в режиме адсорбции находится несколько адсорберов, причем количество адсорберов, одновременно находящихся в цикле адсорбции, выбирается из условия оптимального разделения атмосферного воздуха, обеспечивающего содержание кислорода в полученной газовой инертной смеси, не превышающего минимальную взрывоопасную концентрацию.

Предложенный способ получения газовой инертной смеси обеспечивает возможность полной автоматизации работы установки.

Предложенные способы не требуют доставки к скважине баллонов или резервуаров с инертным газом, подача инертного газа в скважину производится с использованием мобильной установки, имеющей достаточную производительность для эффективной подачи инертного газа в скважину и предупреждения взрывов при различных видах работ.

Формула изобретения

1. Способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, включающий вытеснение промывочной жидкости из скважины сжатой до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смесью с содержанием кислорода, не превышающим минимальную взрывоопасную концентрацию, отличающийся тем, что газовую инертную смесь получают из атмосферного воздуха путем его предварительного сжатия, пропускания под давлением через установку, задерживающую кислород и пары воды, и сжатия до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют установку, задерживающую кислород и пары воды, содержащую не менее четырех адсорберов, которые последовательно включаются в режимы отдельных циклов адсорбции, предварительной регенерации путем перепуска газа, оставшегося в адсорбере после выполнения режима адсорбции в адсорбер, завершивший режим регенерации, полной регенерации путем сброса избыточного давления десорбирующегося газа в атмосферу и заполнения адсорбера путем перепуска газа из предварительно регенерируемого адсорбера, при этом циклы адсорбции, перепуска газов из одного адсорбера в другой и полной регенерации в соответствующих адсорберах выполняют одновременно.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что продолжительность цикла предварительной регенерации выбирают достаточной для выравнивания давления при перепуске газа из адсорбера в адсорбер, продолжительность цикла полной регенерации выбирают достаточной для сброса десорбирующегося газа в атмосферу, а количество адсорберов, одновременно находящихся в циклах адсорбции, выбирают из условия оптимального разделения атмосферного воздуха, обеспечивающего содержание кислорода в полученной газовой инертной смеси, не превышающего минимальную взрывоопасную концентрацию.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что предварительное сжатие атмосферного воздуха и сжатие газовой инертной смеси до рабочего давления подачи в скважину осуществляют многоступенчатым компрессором, при этом установку, задерживающую кислород и пары воды, включают между низкоатмосферными и высокоатмосферными ступенями компрессора, производительность низкоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу атмосферного воздуха, а производительность высокоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу газовой инертной смеси.

5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что переключение циклов производят автоматически.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к противоположной технике, в частности к устройствам для устранения пожаров в нефтяных скважинах

Изобретение относится к устройствам для тушения пожаров на нефтяных скважинах (класс МКИ E 21 B 35/00)

Изобретение относится к пожаротушению горящих фонтанов на газонефтяных скважинах

Изобретение относится к пожарной технике и может использоваться для предотвращения и тушения пожаров нефтяных, газовых и газонефтяных фонтанов, а также разлитых нефтепродуктов

Изобретение относится к тушению горящих фонтанирующих скважин и ликвидации пожарных ситуаций на промыслах углеводородного сырья

Изобретение относится к тушению горячих нефтяных и нефтегазовых фонтанирующих скважин

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано для тушения пожаров на газовых, нефтяных и газоняфтяных скважинах

Изобретение относится к пожарной технике и может быть использовано для тушения пожаров газовых и нефтяных фонтанов

Изобретение относится к газонефтедобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для выполнения аварийных работ по ликвидации открытых газовых и нефтяных фонтанов

Изобретение относится к пожарной технике, а именно к способам, устройствам и системам тушения горящих фонтанов (факелов) на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах

Изобретение относится к способам тушения пожаров, возникающих при возгорании легковоспламеняющихся материалов, в частности жидких нефтепродуктов, и может быть использовано для обеспечения пожаробезопасности аппаратов и емкостей, предназначенных для хранения и переработки жидких нефтепродуктов, например для первичной обработки нефти (дегазация, деэмульгация и т.д.) Известен способ тушения пожаров при возгорании емкостей с жидкими нефтепродуктами, заключающийся в подаче огнетушащего состава через распылители, расположенные над резервуарами (патент США N 2295571, кл

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли промышленности

Изобретение относится к технологии тушения и предупреждения пожаров на нефтегазовых промылах, в частности, на скважинах и транспортирующих магистралях

Изобретение относится к нефтегазодобывающей, геологоразведочной промышленности и предназначено для перекрытия труб в аварийных ситуациях

Изобретение относится к горному делу, в частности к средствам защиты фонтанной арматуры в беспакерных скважинах при зарезке второго ствола

Изобретение относится к устройствам противопожарной защиты трубопроводов для подачи легковоспламеняемых рабочих сред, конкретно - для защиты буровых скважин при добыче нефти и газа

Изобретение относится к бурению и может быть использовано при ликвидации открытых фонтанов в скважинах при наличии грифонов, ликвидации перетоков нефти и газа через нарушения, порывы обсадных колонн
Наверх