Устройство для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах

Авторы патента:

Колосов Виктор Владимирович (RU)

Лунев Александр Сергеевич (RU)

Бирих Руслан Александрович (RU)

Павлова Прасковья Леонидовна (RU)

E21B36/00 - Нагревательные, охлаждающие, изолирующие устройства для буровых скважин, например для использования в зоне вечной мерзлоты (бурение с использованием тепла E21B 7/14; способы вторичной добычи нефти с использованием тепла E21B 43/24)

Владельцы патента RU 2500880:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) (RU)

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности, в частности к охлаждающим устройствам буровых скважин, и предназначено для эксплуатации скважин в районах кавернозных, многолетнемерзлых пород (ММП). Техническим результатом предложенного изобретения является предотвращение образования провалов, сохранение устойчивости скважины. Устройство содержит теплопередающие трубки-контейнеры с хладагентом, соединенные кожухом, расположенные внутри промежуточной колонны, скважина оснащена термопарой, блоком управления и регистрации температуры, а также элементом, состоящем из токопроводящего кабеля-троса и корпуса, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье. 7 ил.

Известен стабилизатор для пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы [патент RU №2231595, МПК E02D 3/115, опубл. 01.10.2002 г.] для аккумуляции холода в основании инженерных сооружений, включающий подземную и наземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, имеющим термоэлектрические модули в виде элементов Пельтье.

В данном стабилизаторе модуль Пельтье применяется исключительно для циркуляции хладагента и не имеет непосредственного отношения к охлаждению ММП.

Известен способ теплоизоляции устьевой зоны добывающей скважины в многолетнемерзлых породах и устройство для его осуществления [патент RU №2127356, МПК Е21В 36/00, опубл. 10.03.1999 г.]. Вокруг верхнего участка колонны труб размещают теплоизолирующий элемент, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры. С помощью этих трубок-контейнеров осуществляют отвод тепла от теплоизолирующего элемента. В трубки-контейнеры, размещенные непосредственно за трубой направления, устанавливают с возможностью извлечения и замены сезонно действующие термостабилизаторы. Эти термостабилизаторы осуществляют перенос естественного природного холода от воздуха к границе теплоизолирующий элемент - многолетнемерзлые породы. Количество и взаиморасположение трубок-контейнеров и термостабилизаторов по периметру трубы направления определяют путем решения двумерного нестационарного уравнения теплопроводности. Расчетная область представляет собой сегмент сечения, плоскость которого параллельна поверхности земли. Величина расчетной области может меняться от 1×1 м до 30×30 м, а шаг разбиения на элементарные блоки неравномерный и может меняться от 0,01 до 5 м.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является система стабилизации вечной мерзлоты вокруг добывающей скважины [патент США №3763931, МПК Е21В 43/00, 1973 г.]. В данной системе вокруг верхнего участка добывающей скважины размещают колонну труб теплоизолирующего элемента, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры соединенные кожухом. С их помощью осуществляют отвод тепла от теплоизолирующего элемента.

Однако упомянутые способы недостаточно надежно обеспечивают термоизоляцию ММП в устьевой зоне добывающей скважины, так как при их использовании не учитываются возможные сезонные перепады температур.

Техническим результатом предложенного изобретения является предотвращение образования провалов, сохранение устойчивости скважины.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах, содержащем теплопередающие трубки-контейнеры с хладагентом, соединенные кожухом, расположенные внутри промежуточной колонны, новым является то, что скважина дополнительно оснащена термопарой, блоком управления и регистрации температуры, а также элементом, состоящем из токопроводящего кабеля-троса и корпуса, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показан температурный график при перемещении трубки-контейнера к стенке промежуточной колонны; на фиг.2 - температурный график при установке элемента; на фиг.3 - элемент, состоящий из корпуса, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца, внутри которого имеются термоэлектрические модули Пельтье, и токопроводящего кабеля-троса; на фиг.4 - элемент, состоящий из корпуса, выполненного в виде сегментов цилиндрического кольца, внутри которого имеются термоэлектрические модули Пельтье, и токопроводящего кабеля-троса; на фиг.5 изображена компоновка скважины; на фиг.6 - разрез А-А на фиг.1, когда корпус элемента выполнен в виде сплошного цилиндрического кольца; на фиг.7 - разрез А-А на фиг.1, когда корпус элемента выполнен в виде сегментов цилиндрического кольца;

Устройство содержит элемент, состоящий из корпуса 1, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье 2, термопару 3, токопроводящие кабеля-троса 4, трубки-контейнеры 6 с циркулирующим хладагентом 7, теплоизолирующий материал 9, заполняющий кольцевое пространство между эксплуатационной 8 и промежуточной 5 колоннами, блок управления и регистрации температуры 10.

На фиг.1 приведен температурный график при перемещении трубки-контейнера к стенке промежуточной колонны без элемента, содержащего термоэлектрические модули Пельтье. Из данного графика видно, что при эксплуатации скважины летом положительная температура (Т>0) выйдет за наружную поверхность промежуточной колонны, что приведет к потере устойчивости скважины в следствии протаивания ММП. В зимнее время года отрицательная температура опустится ниже температуры ММП, вследствие увеличения расстояния между изоляцией и эксплуатационной колонной.

Снижение температуры в зимнее время является положительным эффектом, а повышение температуры в летнее время - нежелательным. Чтобы устранить повышение температуры в летнее время, колонну оснащают элементом с корпусом 1, выполненным в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье 2.

При установке элемента в результате эффекта Пельтье температурный график летнего периода будет иметь отрицательное значение с наружной стороны колонны, а с внутренней - положительное (фиг.2), причем из-за повышения температуры между поверхностью трубки-контейнера и модулем Пельтье будет происходить свободная или принудительная циркуляция хладагента, что является эффективным способом поддержания температуры ММП по всей длине скважины.

Устройство для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах работает следующим образом.

Элемент с корпусом 1, выполненный в виде сплошного цилиндрического кольца (фиг.3) или его сегментов (фиг.4), внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье 2, и термопарой 3 опускают с помощью токопроводящих кабелей-тросов 4 (фиг.5) в промежуточную колонну 5 (фиг.5, 6, 7) и размещают на внутренней поверхности данной колонны на глубину, где имеются зоны ММП. В зависимости от мощности ММП подбирают высоту элемента. Зоны, мощность и глубины распространения ММП определяют известными способами, например, бурением параметрических скважин с отбором керна и его последующим исследованием. Далее опускают трубки-контейнеры 6, которые заполняют циркулирующим хладагентом 7. Количество трубок-контейнеров и глубина их установки зависят от конкретных условий распространения ММП. В кольцевое пространство между эксплуатационной 8 и промежуточной 5 колоннами закачивают теплоизолирующий материал 9. Затем осуществляют процесс эксплуатации скважины.

Термопара 3 (фиг.4), расположенная между промежуточной колонной 5 и элементом, фиксирует изменение температуры ММП и подает сигнал на блок управления и регистрации температуры 10, расположенный на устье скважины. С блока управления 10 через кабели-тросы 4 подается электрический ток определенной мощности к элементу с термоэлектрическими модулями Пельтье 2. Модули Пельтье 2 охлаждают корпус 1 с наружной стороны, вследствие чего происходит охлаждение ММП, и нагревают с внутренней. Трубки-контейнеры 6 с циркулирующим хладагентом 7 создают отвод тепла с горячей стороны корпуса 1, чтобы обеспечить максимальную разность температур между наружной и внутренней поверхностями элемента.

В зимнее время элемент работает как дополнительный источник электроэнергии, так как трубки-контейнеры 6 обеспечивают необходимое охлаждение ММП. В результате разности температур между ММП и трубкой-контейнером 6 возникнет электрический ток, который поступает через кабели-тросы 4 в блок управления 10, который содержит преобразователь электрической энергии (не показан). Преобразователь электрической энергии предназначен для регулирования параметров электрической энергии, поступающей от элемента через кабели-тросы 4.

Устройство для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах позволяет предотвратить образование провалов и сохранить устойчивость скважины.

Устройство для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах, содержащее теплопередающие трубки-контейнеры с хладагентом, соединенные кожухом, расположенные внутри промежуточной колонны, отличающееся тем, что скважина дополнительно оснащена термопарой, блоком управления и регистрации температуры, а также элементом, состоящим из токопроводящего кабеля-троса и корпуса, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье.

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и предназначено для активизации и возобновления притоков в нефтяных и газовых скважинах. .

Способ предохранения устья нагнетательной скважины от замораживания // 2483198

Глубинный твердотопливный нагреватель // 2472921

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к тепловой обработке призабойной зоны скважин, и может быть использовано в нефтегазодобывающей и горнорудной промышленности.

Способ теплового воздействия на пласт // 2471064

Изобретение относится к горному делу и может применяться для тепловой обработки продуктивного пласта высоковязкой нефти, восстановления гидравлической связи пласта со скважиной, увеличения нефтеотдачи пластов с высоковязкой нефтью и дебита скважин.

Укрытие над устьем нагнетательной скважины // 2459929

Изобретение относится к нефтяной промышленности, а именно к конструкции, которая может быть использована в качестве укрытия над устьем нагнетательной скважины. .

Способ интенсификации нефтепритоков в скважинах сложного профиля и состав для его осуществления // 2456440

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано для активизации или возобновления нефтяных и газовых скважин. .

Высокопрочные сплавы // 2455381

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным сплавам, используемым при производстве систем нагревателей подземных углеводородсодержащих пластов.

Способ предотвращения замерзания устьевой арматуры водонагнетательной скважины и клапан для его осуществления // 2438005

Изобретение относится к способам предотвращения замерзания устьевой арматуры и водовода водонагнетательной скважины. .

Способ выявления газогидратных пород в криолитозоне // 2428559

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности и может быть использовано для выявления газогидратных пород в криолитозоне при строительстве и эксплуатации скважин в криолитозоне.

Способ определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине // 2424420

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы (ТЛТ) в скважине, имеющейся в составе конструкций нефтяных, газовых, термальных и других скважин.

Способ и система для переохлаждения добываемого углеводородного флюида для транспортировки // 2509205

Группа изобретений относится к области устранения или уменьшения отложений твердых частиц, таких как твердые частицы парафина, в подводном трубопроводе, по которому транспортируют углеводородные флюиды. Обеспечивает повышение эффективности технологии в режиме холодного потока. Сущность изобретений: система для получения суспензии твердых частиц и добываемого флюида из подводной скважины включает: насос с впускным отверстием и выпускным отверстием; обводной трубопровод, который соединяет выпускное отверстие насоса и впускное отверстие насоса, выполненное для отведения части потока из выпускного отверстия насоса; охлаждающее устройство, расположенное в обводном трубопроводе и выполненное с возможностью охлаждения добываемого флюида внутри охлаждающего устройства до температуры, при которой гидраты могут выпасть в осадок из добываемого флюида, для получения суспензии частиц гидратов и добываемого флюида, и контрольно-измерительную аппаратуру, выполненную с возможностью регулирования потока через обводной трубопровод на основе сигнала, соответствующего, по меньшей мере, одной характеристике суспензии. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование саморегулирующихся ядерных реакторов при обработке подземного пласта // 2518649

Группа изобретений относится к способам и системам, предназначенным для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов. Система тепловой обработки внутри пласта для добычи углеводородов из подземного пласта содержит саморегулирующийся ядерный реактор, трубопровод, по меньшей мере, частично расположенный в активной зоне саморегулирующегося ядерного реактора, с первой теплообменной средой, циркулирующей через трубопровод, и теплообменник, через который проходит указанная первая теплообменная среда и нагревает вторую теплообменную среду. При этом вторая теплообменная среда используется для повышения температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры, при которой происходит мобилизация флюида, легкий крекинг и/или пиролиз углеводородсодержащего материала, с тем, чтобы в пласте образовывались мобилизованные флюиды, флюиды легкого крекинга и/или флюиды пиролиза. Причем саморегулирующийся ядерный реактор выполнен с возможностью регулирования его температуры путем регулировки давления водорода, подаваемого в саморегулирующийся ядерный реактор. При этом указанное давление регулируется на основе пластовых условий. Техническим результатом является снижение количества энергии, требуемой для добычи продуктов из подземных пластов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Применение саморегулирующихся ядерных реакторов при обработке подземного пласта // 2518700

Изобретение относится к системам и способам для обработки подземного пласта. Система термической обработки in situ для добычи углеводородов из подземного пласта, содержит саморегулирующийся ядерный реактор; систему труб, по меньшей мере, частично расположенную в активной зоне саморегулирующегося ядерного реактора, с первым теплоносителем, циркулирующим через систему труб и теплообменник. Теплообменник предназначен для прохождения через него первого теплоносителя для нагрева второго теплоносителя. При этом второй теплоноситель предназначен для повышения температуры, по меньшей мере, части пласта выше температуры, обеспечивающей образование подвижного флюида, легкий крекинг и/или пиролиз углеводородсодержащего материала, приводящих к образованию в пласте подвижных флюидов, флюидов, являющихся результатом легкого крекинга, и/или флюидов, являющихся результатом пиролиза. Причем поступление тепла в, по меньшей мере, часть пласта в течение времени, по меньшей мере, приблизительно соотносится со скоростью затухания саморегулирующегося ядерного реактора. Техническим результатом является повышение эффективности прогрева пласта. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ интенсификации добычи нефти в нефтегазодобывающих скважинах и устройство для его реализации // 2520672

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, преимущественно к добыче вязкой и сверхвязкой нефти, а также может быть использовано для интенсификации добычи нефти, осложненной вязкими составляющими и отложениями. Создают высокочастотный импульсный ток в группе двухпроводных линий передачи электрической энергии, расположенных в группе скважин и состоящих из двух изолированных проводников или из одного изолированного проводника и использованного в качестве второго проводника металла трубопроводов группы скважин, посредством группы генераторов высокочастотного импульсного тока. Воздействуют высокочастотным импульсным электромагнитным полем, создаваемым высокочастотным импульсным током проводников группы двухпроводных линий передачи, на поверхность металла трубопроводов группы скважин. Осуществляют термическое и акустическое воздействие на внутритрубную жидкость в группе скважин и через нее на пласт нефтяной залежи посредством нагрева и механических вибраций металла трубопроводов, возникающих при прохождении высокочастотного импульсного тока по двухпроводной линии передачи электрической энергии. Осуществляют дополнительное термическое и акустическое воздействия на внутритрубную жидкость в группе скважин и через нее на пласт нефтяной залежи посредством нагрева и колебаний давлений, возникающих на конце двухпроводной линии передачи в результате высокочастотного импульсного разряда через внутритрубную жидкость. При этом генераторы высокочастотного импульсного тока настраивают так, чтобы создавать импульсы высокочастотного импульсного тока с одинаковой длительностью и частотой следования. Техническим результатом является увеличение интенсивности добычи нефти. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Подводное устьевое устройство // 2523273

Изобретение относится к подводным устьевым устройствам, обеспечивающим проведение потока углеводородов из нефтяной и/или газовой скважины. Техническим результатом является снижение требований к подводному устьевому оборудованию в отношении стойкости к механическим воздействиям в сочетании с повышенными температурами, исключая тем самым использование дорогостоящих компонентов. Подводное устьевое устройство имеет внутренний канал для проведения добываемых углеводородов, впускное окно и выпускное окно. Впускное и выпускное окна расположены соответственно на концах впускного канала и выпускного канала и предназначены для присоединения к охлаждающей текучей среде. При этом указанные впускной и выпускной каналы проходят в указанное устройство к участку, пригодному для охлаждения компонентов, нагреваемых теплым потоком углеводородов. 1 з.п ф-лы, 1 ил.

Способ мониторинга теплового взаимодействия скважин с многолетнемерзлыми породами // 2526435

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности и может быть использовано при освоении северных месторождений, а также при контроле теплоизолирующей способности конструкций скважин, смыкания ореолов протаивания многолетнемерзлых пород (ММП) на соседних скважинах куста разрабатываемых месторождений. Определение теплофизических условий на скважинах осуществляют на двух соседних скважинах месторождения, характеризующихся наличием в разрезе просадочных ММП, приводящих к осложнениям при их протаивании. При этом в каждой скважине термометрические устройства устанавливают за наружными обсадными колоннами для измерения температуры в заколонном пространстве скважины вблизи ММП и на устье скважины для регистрации температуры флюида внутри каждой скважины в первый и второй текущие моменты времени для каждой скважины, которые отсчитывают от начала ее эксплуатации до момента времени наступления протаивания ММП вокруг каждой из них. Полученные значения измеренных температур в указанные моменты времени, а также значение момента времени наступления протаивания ММП вводят в выражение, с помощью которого определяют эмпирический коэффициент, зависящий от температуропроводности пород. Сравнивая в процессе мониторинга изменяющиеся во времени значения радиусов зон протаивания и ширину сквозной талой щели с их реальными значениями, измеренными в процессе проникновения газа, образующегося при протаивании газогидратосодержащих пород, прогнозируют техническое состояние скважин. Техническим результатом является повышение эффективности интенсификации добычи нефти. 1 табл., 1 ил.

Способ (варианты) и система регулирования эксплуатационной температуры в стволе скважины // 2527972

Группа изобретений относится к способу и системам регулирования температуры текучих сред, добываемых из коллектора для предотвращения перегрева смежного геологического пласта. Охлаждающая текучая среда подается через кольцевое пространство, образованное между эксплуатационной колонной насосно-компрессорных труб и эксплуатационной обсадной колонной, сообщающимися текучей средой с коллектором. Охлаждающая текучая среда смешивается с текучей средой коллектора, и текучие среды получают через эксплуатационную колонну насосно-компрессорных труб. Температура добываемых текучих сред регулируется или уменьшается теплообменом с охлаждающей текучей средой, подаваемой через кольцевое пространство для предотвращения чрезмерного рассеяния тепла в геологический пласт. Техническим результатом является повышение эффективности тепловой защиты пласта и регулирования температуры текучих сред. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

Системы для обработки подземного пласта с циркулируемой теплопереносящей текучей средой // 2529537

Группа изобретений относится к системам и способам для добычи продукции из подземных пластов. Способ нагрева подземного пласта включает подведение тепла от множества нагревателей по меньшей мере к одному участку подземного пласта путем циркуляции теплопереносящей текучей среды через по меньшей мере один трубопровод по меньшей мере в одном из указанных нагревателей. При этом обеспечивают возможность для части по меньшей мере одного из указанных трубопроводов по меньшей мере одного из нагревателей перемещаться относительно устья скважины с соответствующим нагревателем с использованием одного или более скользящих уплотнений в указанном устье скважины с тем, чтобы скомпенсировать тепловое расширение трубопровода. Техническим результатом является повышение эффективности нагрева пласта. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 24 ил.

Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин // 2534879

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при освоении и эксплуатации месторождений, расположенных в зоне многолетнемерзлых пород. Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин включает совокупность размещенных вокруг устья скважины термостабилизаторов, соединенных через общий коллектор в верхней их части с конденсатором. При этом нижняя часть термостабилизаторов также объединена общим коллектором, а коэффициент оребрения и площадь поверхности неоребренного конденсатора подбираются такими, чтобы обеспечить выполнение приведенного математического выражения. Техническим результатом является обеспечение возможности беспрепятственной эксплуатации и ремонта скважины при эффективной стабилизации теплового состояния приустьевой зоны скважины в многолетнемерзлых породах. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Нагрев подземных углеводородных пластов циркулируемой теплопереносящей текучей средой // 2537712

Группа изобретений относится к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов. Способ нагрева подземного пласта характеризуется тем, что вводят расплавленную соль в первый канал нагревателя типа «труба в трубе» в первом месте. При этом ввод расплавленной соли в первый канал включает в себя ввод расплавленной соли во внутреннюю трубу нагревателя типа «труба в трубе» и пропускание расплавленной соли через переключатель потока для перенаправления потока из внутренней трубы к кольцевой области между внутренней трубой и внешней трубой. Пропускают расплавленную соль через нагреватель типа «труба в трубе» в пласте ко второму месту, находящемуся на расстоянии от первого места, причем во время прохода расплавленной соли через нагреватель типа «труба в трубе» происходит перенос тепла от расплавленной соли к обрабатываемому участку. Выводят расплавленную соль из нагревателя типа «труба в трубе» в указанном втором месте. Техническим результатом является повышение эффективности прогрева пласта. 6 н. и 15 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.