Устройство для термоизоляции скважин в многолетнемёрзлых породах

Авторы патента:

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 2625830:

Кондрашов Петр Михайлович (RU)
Павлова Прасковья Леонидовна (RU)

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных и газовых скважин в районах с многолетнемерзлыми породами и предназначено для сохранения отрицательной температуры вокруг ствола скважины в течение всего срока ее эксплуатации. Технический результат заключается в повышении эффективности термоизоляции скважин, предотвращении оттаивания многолетнемерзлой породы в течение всего срока эксплуатации скважины, включая летний период, в управлении тепловым потоком и его уменьшении. Для достижения технического результата предложено устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах, включающее теплоизолирующую конструкцию (1) между цементной стенкой скважины и эксплуатационной трубой, содержащую коаксиально расположенные две трубы (12, 13) и вертикальную теплоизоляционную перегородку (15) между ними, образующую в межтрубном пространстве две камеры со средой, обеспечивающей отвод теплового потока. Новым является то, что в межтрубном пространстве теплоизолирующей конструкции (1) с помощью вертикальной теплоизоляционной перегородки (15), установленной на пакерный элемент (14), расположенный на границе глубины оттаивания многолетнемерзлой породы, образованы внешняя (16) и внутренняя (17) изолированные камеры. Внешняя камера заполнена незамерзающей средой, являющейся антифризом, а внутренняя камера заполнена теплоносителем для отвода внутренней теплоты скважины и оборудована системой принудительной циркуляции теплоносителя. Кроме того, вертикальная теплоизоляционная перегородка (15) дополнительно снабжена внешним теплопроводящим слоем (22) с термоэлектрическими элементами (23), установленными с возможностью прохождения через них электрического тока и контактирующими со средой теплоносителя внутренней камеры (17). 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известно рефрижераторное шахтовое направление, состоящее из аккумулятора холода с полостью, заполненной замерзающей жидкостью, и торцевыми крышками, в корпусе аккумулятора коаксиально вмонтирована внутренняя труба с теплоизоляцией, под верхней торцевой крышкой установлен теплообменник радиаторного типа и генератор холода с наружным газопроводом и с циркуляционными трубами, пропущенными до нижней торцевой крышки (авт. свид. СССР №1809001 А1, дата приоритета 01.06.1991, дата публикации 15.04.1993, авторы: Быков И.Ю. и др.).

Недостатком известного аналога является использование в крупногабаритной конструкции большого объема замерзающей жидкости и повышенный расход хладоносителей.

Известно устройство, состоящее из коаксиально установленных трех труб, для реализации способа транспортировки нефти или газа в многолетнемерзлой породе, по которому углеводородный газ, предпочтительно природный газ, циркулирует между многолетнемерзлой породой и горячим флюидом (Патент США №3674086, дата приоритета 07.08.1970, дата публикации 04.07.1972).

Недостатком этого аналога является установка дополнительной трубы, обеспечивающей создание зазора между трубами для циркуляции газа, что способствует увеличению диаметра скважины и необходимости установки оборудования на поверхности скважины, а также приводит к существенным экономическим затратам.

Известно термоизолирующее направление, используемое при забуривании скважины в районах многолетней мерзлоты для предотвращения ее растепления, состоящее из сборно-разборных секций, содержащих внутреннюю и наружную коаксиальные трубы, межтрубное пространство между которыми заполнено теплоизолирующим материалом (Патент РФ №158353 U1, дата приоритета 28.09.2015, дата публикации 27.12.2015, авторы: Жилин А.С. и др.).

Недостатком известного термоизолирующего направления буровой скважины является низкая эффективность его использования в летний период из-за вероятности растепления околосвайного пространства в связи с отсутствием возможности управления тепловым потоком в системе скважина-многолетнемерзлая порода.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах, принятое в качестве прототипа, содержащее коаксиально расположенные трубы, теплоизоляционную перегородку с зазорами в верхней и нижней частях, обеспечивающими естественную циркуляцию охлаждающей жидкости, которой заполнены кольцевые полости, разделенные теплоизоляционной перегородкой, при этом верхняя часть устройства сообщается с атмосферой и выполняет функцию теплообменника (авт. свид. СССР №1767162 А1, дата приоритета 13.08.1990, дата публикации 07.10.1992, авторы: Носков Н.А. и др., прототип).

Недостатком прототипа также является низкая эффективность его использования в летний период из-за отсутствия принудительной циркуляции охлаждающей жидкости и необходимости накопления устройством в зимний период достаточного количества холода в многолетнемерзлой породе для того, чтобы она не оттаяла летом.

Задачей изобретения является повышение эффективности термоизоляции скважин для предотвращения оттаивания многолетнемерзлой породы в течение всего срока эксплуатации скважины, включая летний период, путем управления тепловым потоком и его уменьшения.

Для решения поставленной задачи предложено устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах, включающее теплоизолирующую конструкцию между цементной стенкой скважины и эксплуатационной трубой, содержащую коаксиально расположенные две трубы и вертикальную теплоизоляционную перегородку между ними, образующую в межтрубном пространстве две камеры со средой, обеспечивающей отвод теплового потока. Новым является то, что в межтрубном пространстве теплоизолирующей конструкции с помощью вертикальной теплоизоляционной перегородки, установленной на пакерный элемент, расположенный на границе глубины оттаивания многолетнемерзлой породы, образованы внешняя и внутренняя изолированные камеры. Внешняя камера заполнена незамерзающей средой, а внутренняя камера заполнена теплоносителем для отвода внутренней теплоты скважины и оборудована системой принудительной циркуляции теплоносителя. Кроме того, вертикальная теплоизоляционная перегородка дополнительно снабжена внешним теплопроводящим слоем с термоэлектрическими элементами, установленными с возможностью прохождения через них электрического тока и контактирующими с теплоносителем внутренней камеры.

Согласно изобретению, в устройстве между эксплуатационной трубой и внутренней стенкой теплоизолирующей конструкции расположены промежуточные трубы с цементными кольцами, обладающие температурным сопротивлением, способствующим уменьшению теплового потока.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах.

Устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах включает теплоизолирующую конструкцию 1, расположенную в шахте 2, выполненной с цементными стенками 3 в многолетнемерзлом грунте 4, кондуктор 5, промежуточную колонну 6, эксплуатационную трубу 7, насосно-компрессорную трубу 8 и промежуточные цементные кольца 9, создающие тепловое сопротивление между насосно-компрессорной трубой 8 с добываемой жидкостью 10 и теплоизолирующей конструкцией 1. На указанных трубах установлена фонтанная арматура 11.

Теплоизолирующая конструкция 1 является основным сборочным элементом устройства для термоизоляции скважин и содержит коаксиально расположенные наружную 12 и внутреннюю 13 трубы, образующие межтрубное пространство с торцевыми крышками, в котором на границе глубины оттаивания многолетнемерзлой породы установлен пакерный уплотнительный элемент 14, а на него герметично установлена вертикальная теплоизоляционная перегородка 15, образующая в межтрубном пространстве две изолированные кольцевые камеры. Внешняя камера 16 заполнена незамерзающей средой, являющейся антифризом, например этиленгликолем, а внутренняя камера 17 заполнена средой жидкого или газообразного теплоносителя, например дизтопливом или воздухом, для отвода внутренней теплоты скважины. При этом внутренняя камера 17 оборудована системой обеспечения принудительной циркуляции теплоносителя, содержащей трубопроводы подачи 18 теплоносителя и отвода 19 со встроенными в них насосом 20 для жидкой среды, компрессором для газообразной среды и теплообменным устройством 21. В наружной же камере 16 с незамерзающей средой принудительная циркуляция отсутствует.

Для повышения эффективности работы теплоизолирующей конструкции 1 вертикальная теплоизоляционная перегородка 15 дополнена обладающей высокой теплопроводностью металлической трубой 22 с термоэлектрическими элементами 23, контактирующими одной стороной со средой теплоносителя внутренней камеры 17. Для подключения термоэлектрических элементов 23 из теплоизолирующей конструкции 1 выведен кабельный отвод 24. В качестве термоэлектрических элементов могут быть использованы, например, элементы Пельтье (http:/www.chipdip.ru/catalog-show/thermoelectric-modules/, дата просмотра 05.04.2016).

Устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах работает следующим образом.

При необходимости охлаждения среды в наружной камере 16, преимущественно в летний период, через кабельный отвод 24 подается напряжение и сила тока на термоэлектрические элементы 23. Среда в наружной камере 16 охлаждается за счет работы термоэлектрических элементов до необходимой температуры предотвращения оттаивания многолетнемерзлой породы 4. Система обеспечения принудительной циркуляции, содержащая опущенный во внутреннюю камеру 17 трубопровод подачи 18 среды теплоносителя, трубопровод отвода 19 в верхней части камеры 17, насос 20 и теплообменное устройство 21, нагнетает среду теплоносителя, способствуя отводу выделяемой теплоты от горячих сторон термоэлектрических элементов 23 и добываемой жидкости 10. Нагнетаемая среда после охлаждения на поверхности закачивается обратно во внутреннюю камеру 17.

Во время зимнего периода эксплуатации газовых и нефтяных скважин термоэлектрические элементы 23 можно отключить для экономии потребляемой электроэнергии. В таком случае устройство будет работать за счет естественной конвекции среды теплоносителя.

При необходимости термоэлектрические элементы 23 можно включить для обогрева скважины, а путем изменения направления тока в них можно регулировать режимы нагревания или охлаждения в камерах со средами.

Данное устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах можно монтировать на действующих и строящихся скважинах, что позволит предотвратить оттаивание мерзлой породы, увеличит срок их эксплуатации.

1. Устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах, включающее теплоизолирующую конструкцию между цементной стенкой скважины и эксплуатационной трубой, содержащую коаксиально расположенные две трубы и вертикальную теплоизоляционную перегородку между ними, образующую в межтрубном пространстве две камеры со средой, обеспечивающей отвод теплового потока, отличающееся тем, что в межтрубном пространстве теплоизолирующей конструкции с помощью вертикальной теплоизоляционной перегородки, установленной на пакерный элемент, расположенный на границе глубины оттаивания многолетнемерзлой породы, образованы внешняя и внутренняя изолированные камеры, причем внешняя камера заполнена незамерзающей средой, а внутренняя камера заполнена теплоносителем для отвода внутренней теплоты скважины и оборудована системой принудительной циркуляции теплоносителя, кроме того, вертикальная теплоизоляционная перегородка дополнительно снабжена внешним теплопроводящим слоем с термоэлектрическими элементами, установленными с возможностью прохождения через них электрического тока и контактирующими с теплоносителем внутренней камеры.

2. Устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах по п. 1, отличающееся тем, что в устройстве между эксплуатационной трубой и внутренней стенкой теплоизолирующей конструкции расположены промежуточные трубы с цементными кольцами.

Изобретение относится к области добычи нефти и газа, конкретно - к добыче вязкой нефти, керогеносодержащей нефти из глинистых пластов. Устройство для разработки месторождения трудноизвлекаемой нефти содержит бак горючего и систему подачи воздуха на поверхности, скважинный газогенератор, установленный в горизонтальной части обсадной колонны нагнетательной скважины, соединенный колтюбингом горючего с баком горючего.

Установка для получения парогазовой смеси // 2617655

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для парогазового воздействия на нефтяной пласт. Установка для получения парогазовой смеси содержит турбокомпрессор, включающий в себя компрессор и турбину, рабочие колеса которых закреплены на одном валу, водяной насос, расположенный со стороны компрессора и вал которого соединен с валом турбокомпрессора.

Установка для термогазохимического воздействия на нефтяной пласт // 2616960

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для термогазохимической обработки призабойной зоны нефтяного пласта.

Устройство гидроразрыва пласта // 2616955

Группа изобретений относится к способам и устройствам для гидравлического разрыва пласта. Устройство гидроразрыва пласта содержит по существу трубчатый корпус, стыковочное устройство подачи нагнетаемой текучей среды и по меньшей мере один парогазогенератор высокого давления.

Установка для получения парогазовой смеси // 2613997

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для парогазового воздействия на нефтяной пласт. Установка для получения парогазовой смеси содержит газотурбинный двигатель, дополнительную камеру сгорания, полости которой сообщены с одной стороны с выходом свободной турбины газотурбинного двигателя и топливной магистралью, а с другой стороны - со входом теплообменного аппарата.

Парогазогенератор // 2613995

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам работы и конструированию парогазогенераторов. Парогазогенератор содержит охлаждаемую балластирующим компонентом камеру сгорания и смесительную головку.

Аккомодация теплового расширения для систем с циркулирующей текучей средой, используемых для нагревания толщи пород // 2612774

Группа изобретений относится к способам и системам для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов, таких как пласты, содержащие углеводороды.

Способ внутрипластовой молекулярной модификации тяжелых углеводородов и устройство для его осуществления // 2611873

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована для необратимой внутрипластовой молекулярной модификации тяжелой или битуминозной нефти в нефти, имеющие меньшую вязкость и плотность.

Установка для получения парогазовой смеси // 2611777

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для парогазового воздействия на нефтяной пласт. Установка для получения парогазовой смеси характеризуется тем, что она содержит парогазогенератор, состоящий из смесительной головки, охлаждаемой водой камеры сгорания и камеры смешения.

Генерация пара // 2610084

Изобретение относится к области добычи углеводородов. Оборудование для добычи углеводородов содержит: скважину, проходящую от поверхности до содержащего углеводороды пласта.

Устройство и способ добычи углеродосодержащих веществ из нефтеносного песка // 2627791

Группа изобретений относится к устройству и способу для добычи углеродосодержащих веществ, в частности битума, из нефтяных песков. Устройство содержит по меньшей мере два отдельных паровых контура. Причем первый паровой контур содержит по меньшей мере один первый парогенератор и соединенную с первым парогенератором паровую турбину (3) с промежуточным пароотбором. Второй паровой контур содержит по меньшей мере один второй парогенератор, в частности, в виде первого теплообменника, инжекционный трубопровод, продуктовый трубопровод и водоочистительную установку. Причем по инжекционному трубопроводу пар подается в нефтяной песок. По продуктовому трубопроводу углеродосодержащие вещества отводятся из нефтяного песка. В водоочистительной установке битум отделяется от воды. При этом промежуточный пароотбор из первого парового контура находится в кинематической связи с первым теплообменником второго парового контура. Техническим результатом является повышение эффективности добычи углеродосодержащих веществ. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Активное управление подводными охладителями // 2636073

Изобретение относится к системе охлаждения. Система подводного охлаждения потока в скважине посредством морской воды содержит вход (А) и выход (В), а также по меньшей мере первый охладитель и второй охладитель . Причем первый охладитель и второй охладитель соединены друг с другом последовательно. При этом система охлаждения дополнительно содержит по меньшей мере третий охладитель, соединенный параллельно с первым охладителем и вторым охладителем. Система охлаждения дополнительно содержит по меньшей мере один регулятор потока для направления потока по меньшей мере через один охладитель. При этом по меньшей мере один из охладителей содержит перепускной контур и/или контур рециркуляции. Причем охладители содержат средства контроля температуры и датчики, позволяющие оператору контролировать систему охлаждения и охладители и осуществлять перепуск всего потока или части потока через перепускной контур. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения потока и обеспечение поддержания температуры охлажденного потока в заданном диапазоне значения. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Подводная обработка скважинных текучих сред // 2638199

Группа изобретений относится к подводной обработке или очистке скважинных текучих сред при добыче нефти и газа из подводных скважин. Элемент регулирования парафинов для подводной обработки скважинных текучих сред в потоке скважины содержит пучок промысловых трубопроводов внутри натяжной конструкции, которая образует входные и выходные концы и имеет средства охлаждения и нагрева для использования на промысловых трубопроводах, чтобы способствовать отложению парафинов в трубопроводах и последующему вовлечению парафинов в поток скважины. Техническим результатом является повышение эффективности подводной обработки скважинных текучих сред. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Способ аккумуляции холода в пласте // 2642611

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при разработке нефтегазоконденсатных месторождений. Способ аккумуляции холода в пласте включает использование двухтрубной компоновки в двуствольной горизонтальной скважине, спуск первой лифтовой трубы с установкой пакера для отделения затрубного пространства и добычи нефти, спуск второй лифтовой трубы меньшего диаметра. Осуществляют циркуляцию хладагента посредством закачки во вторую лифтовую трубу и подъем по затрубному пространству. При этом охлаждение пласта проводится одновременно с добычей нефти из скважины, в результате чего обеспечиваются условия для сохранения гидратов на границе газонефтяного контакта. Техническим результатом является повышение нефтеотдачи нефтегазоконденсатных месторождений за счет наличия гидратного барьера на границе контакта газа и нефти. 1 ил.