Агрегат для разработки газогидратных залежей

 

Сущность изобретения: агрегат содержит внешнюю выдачную, центральную напорную и вспомогательную колонны с совмещенными боковыми окнами, к торцам которых присоединены верхние части стенок концентрических камер коллектора, имеющего выходные каналы. Обсадная труба с нижними и верхними отверстиями установлена вокруг коллектора, центральный канал которого сообщен с внешней кольцевой камерой, а внутренняя кольцевая камера сообщена посредством каналов с нижними отверстиями обсадной трубы. Верхние отверстия обсадной трубы посредством клапанов сообщены с межтрубным пространством колонн. Кроме того, полости камер м.б. заполнены тяжелой жидкостью, а в торцах внутренней кольцевой камеры м. б. установлены перфорированные перегородки, между которыми размещены металлические гранулы. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к геологии и горному делу и может быть использовано при разведке, пробной эксплуатации и разработке газогидратных залежей.

Известен скважинный гидромониторный агрегат, включающий внешнюю колонну для выдачи пульпы, обсадную колонну, размещенную в налегающих породах, внутреннюю колонну для подачи рабочего агента с возможностью вращения и осевого перемещения относительно внешней.

Недостатком этого агрегата являются значительные энергозатраты на осуществление процессов разработки при его промышленном использовании.

Прототипом к предлагаемому является гидромониторный агрегат, включающий пульповыдачную колонну с гидроэлеватором и коллектор, выполненный в виде камеры с всасом и по меньшей мере одним насосным рабочим органом, установленным в камере соосно буровой колонне.

Промышленное использование этого агрегата сопряжено с значительными энергетическими и материальными затратами, связанными с использованием энергоемкого насосного и металлоемкого добычного оборудования.

Цель изобретения - повышение эффективности разработки за счет использования воды акватории для нагрева пласта до температуры разложения газогидратов на свободный газ и пресную воду.

Указанная цель достигается тем, что минерализованная вода из акватории, имеющая более высокую, температуру, чем у пласта, подается через патрубок и центральную колонну на коллекторный узел, где при проходе через тяжелую жидкость отдает избыток тепла теплообменнику, с дальнейшим эрлифтированием с помощью выделенного газа в акваторию.

Агрегат отличается от прототипа тем, что он состоит из соосно расположенных внешней, внутренней и обсадной колонн с патрубком с возможностью перемещения шаровых подпружиненных клапанов, установленных в окнах обсадной колонны, коллекторного узла, выполненного в виде кольцевой термокамеры, заполненной тяжелой жидкостью, теплообменника из металлических гранул.

Таким образом, агрегат соответствует критерию "Новизна".

Сопоставительный анализ предлагаемого агрегата с известными в данной области техническими решениями с целью обнаружения в них признаков, отличающих заявленное устройство от прототипа, не выявил решений, обладающих сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии устройства критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 представлен предлагаемый агрегат, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Агрегат для разработки мощных газогидратных залежей включает внешнюю выдачную колонну 1, обсадную колонну 2, отверстия 3 и 4, шаровые клапаны 5, внутреннюю колонну 6, центральную напорную колонну 7, окна 8-10, патрубок 11. Кроме того, агрегат содержит коллектор 12, состоящий из кольцевой камеры 13, тяжелой жидкости 14, каналов 15, окон 16, кольцевой приемной камеры 17, каналов 18, нижней перегородки 19, отверстий 20, верхней перегородки 21, отверстий 22, гранул 23, каналов 24, пневмокамер 25 (фиг.2), отверстий 26 и 27, уплотнительных элементов 28 и 29.

Во внешней колонне 1 в непосредственной близости от поверхности акватории 30 выполнено окно 8, в котором закреплен патрубок 11, жестко закрепленный в окне 9 внутренней колонны 6 и окно 10 центральной колонны 7. Длина патрубка 11, расположенного в межтрубном пространстве колонн 1 и 6, регламентируется отрабатываемой мощностью М пласта 31 залежи газогидратов; при значительной мощности патрубок 11 укладывают в межтрубное пространство или выводят за пределы колонны 1, при этом торцовую его часть снабжают элементом плавучести (не показан). В обсадной колонне 2 выполнены отверстия 3 для выдачи газа и отверстия 4 для приема воды. Отверстия 3 и 4 снабжены шаровыми клапанами 5 и подпружинены, при этом отверстия 3 и 4 нормально закрыты для поступления газа и воды во внутреннюю полость колонны 2 в нерабочем положении коллектора 12.

Кольцевая камера 13 гидравлически сообщена через каналы 15 с внутренней полостью центральной колонны 7, а также через выпускные каналы с межтрубным пространством, образованным колоннами 1 и 6. Внутренние полости камеры 13 и центральной колонны 7 заполнены тяжелой жидкостью 14 с возможностью образования в верхней части камеры 13 кольцевой полости 32, служащей для объединения восходящих потоков элементарных струек воды акватории 30, проходящей через тяжелую жидкость за счет гидростатического давления столба воды акватории.

В основании кольцевой приемной камеры 17 установлена нижняя перегородка 19 с отверстиями 20, на которую уложены металлические гранулы 23. На поверхности гранул 23 установлена верхняя перегородка 21 с отверстиями 22, причем диаметр отверстий 20 и 22 меньше минимального размера гранул 23. Вертикальный размер кольцевой приемной камеры 17 меньше вертикального размера кольцевой камеры 13 на суммарную толщину перегородок 19 и 21. Камера 17 через каналы 18 гидравлически связана с отверстиями 4 обсадной колонны 2 и межтрубным пространством, образованным внутренней колонной 6 и центральной колонной 7.

В корпусе коллектора 12 выполнены пневмокамеры 25, которые через каналы 24 сообщены с отверстиями 3 обсадной колонны 2. Кроме того, пневмокамеры 25 через отверстия 26 сообщены с межтрубным пространством, образованным колоннами 6 и 7, а также через отверстия 27 - с межтрубным пространством, образованным колоннами 1 и 6.

Уплотнительные элементы 28 и 29 установлены с возможностью изоляции зазора между корпусом коллектора 12 и обсадной колонной 2 от поступления воды из акватории и пресной воды соответственно, что приведет к нарушению температурного режима и разложению газогидратов.

Работа агрегата рассматривается на примере отработки мощной газогидратной залежи, расположенной под акваторией слоями с одинаковой мощностью М₁ сверху вниз. К акватории приурочены течения с высокой температурой.

Из плавсредства (не показано) на колоннах 6 и 7 опускают коллекторный узел до совмещения каналов 18 и 24 с отверстиями 3 и 4 в обсадной колонне 2, при этом шаровые клапаны 5 сжимают пружину за счет вдавливания их корпусом коллектора 12 в отверстия 3 и 4, сообщая каналы 18 и 24 с затрубным пространством. Через патрубок 11 теплая вода из акватории 30 поступает во внутреннюю полость колонны 7. За счет гидростатического давления вода из акватории во внутренней полости колонны 7 в виде элементарных струек проходит через слой тяжелой жидкости 14, через каналы 15 поступает в основание камеры 13 и за счет меньшей плотности, чем плотность тяжелой жидкости 14, в виде элементарных струек восходящего потока подается в кольцевую полость 32, из которой через выпускные окна 16 поступает во внутреннюю полость, образованную колоннами 1 и 6. Тяжелая жидкость 14 при прохождении через нее теплой воды акватории нагревается и через корпус коллектора 12 передает тепло обсадной колонне 2 в заданном интервале, которая нагревает пласт 31 залежи до температуры разложения газогидратов на газ и пресную воду. Газ через отверстие 3 и каналы 24 поступает в пневмокамеры 25, из которых через отверстия 27 подается во внутреннюю полость, образованную колоннами 1 и 6, и эрлифтирует воду из акватории на поверхность, где производят их разделение. Эрлифтирования тяжелой жидкости 14 на поверхность не происходит вследствие ее высокой плотности. Газ накапливают для дальнейшего использования, а воду сбрасывают в акваторию.

Разложение газогидратов происходит с теплопоглощением, в результате чего образовавшаяся пресная вода и газ имеют высокую температуру. Пресная вода через отверстия 4 в обсадной колонне 2, каналы 18 и отверстия 20 нижней перегородки 19 поступает в приемную камеру 17 и нагревает металлические гранулы 23. При этом в кольцевой приемной камере 17 создается температурный демпфер, предохраняющий воду, поступающую из акватории, от быстрого охлаждения, что повышает температуру тяжелой жидкости 14. Затем пресная вода через отверстия 22 верхней перегородки 21 поступает в кольцевую полость, образованную колоннами 6 и 7 и эрлифтируется на поверхность газом, поступающим из пневмокамер 25 через отверстия 26. На поверхности пресную воду и газ разделяют для дальнейшего промышленного использования.

После отработки слоя коллектор опускают с последующим повторением технологических процессов. Разложение газогидратов сопровождается понижением температуры вмещающих пород с образованием льдопородного целика в кровле первого слоя, а при обработке нижележащего слоя вмещающие породы вышележащего слоя переходят в мерзлое состояние, воспринимая при этом нагрузку воды акватории, чем предупреждают возникновение стихийных явлений, связанных с прорывом газа в акваторию 30.

Формула изобретения

1. АГРЕГАТ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ, включающий внешнюю выдачную и центральную напорную колонны с боковыми окнами, коллектор, выполненный по меньшей мере с одной кольцевой камерой и выходными каналами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разработки подводных залежей за счет снижения энергозатрат и подводного разделения полезных компонентов, он снабжен обсадной трубой с нижними и верхними отверстиями, вспомогательной колонной с боковым окном, установленной между напорной и выдачной колоннами с совмещением их окон, при этом коллектор выполнен с концентричными кольцевыми камерами и центральным каналом, сообщенным с внешней кольцевой камерой в нижней части коллектора, верхние части стенок концентрических камер соединены с установленными над ними колоннами, межтрубное пространство которых сообщено посредством клапанов с верхними отверстиями обсадной трубы, а нижние отверстия указанной трубы посредством клапанов сообщены с внутренней кольцевой камерой коллектора.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что полости камер коллектора заполнены тяжелой жидкостью.

3. Агрегат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен перфорированными перегородками и металлическими гранулами, размещенными между перегородками, при этом перегородки установлены у торцов внутренней кольцевой камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3