Способ предотвращения замерзания устья водонагнетательной скважины

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и позволяет поддерживать устьевую арматуру водонагнетательной скважины в работоспособном состоянии в условиях отрицательных температур при плановых и аварийных остановках закачки воды, а также при снижении уровня воды в скважинной арматуре или при падении приемистости скважины. Для этого используют низкотемпературное тепло грунта. Для чего обвязку устья водонагнетательной скважины выполняют в форме замкнутого контура. При этом левые верхнее и нижнее плечи контура располагают под углом к оси скважины, а левое нижнее плечо прокладывают в грунте и вводят в подводящий водовод под углом к оси водовода. На правом и левом нижнем плечах контура обвязки, от нижней границы промерзания грунта до центральной задвижки водовода (для правого плеча) и до дневной поверхности грунта (для левого нижнего плеча) устанавливают нагревательные элементы. На наземное оборудование скважины до нижней границы промерзания грунта наносится гидрофобный пенополиэтилен с кратностью вспенивания от 5 до 30. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности способам предотвращения замерзания устья водонагнетательных скважин.

Известен способ по патенту РФ 2136495. В данном способе согласно изобретению предотвращение замерзания в водоводе достигается за счет термоизоляции трубы путем наложения пенополиуретана. Недостатком данного способа является хрупкость и гидрофильность термоизоляционного материала пенополиуретана, а также отсутствие каких-либо источников тепла и, как следствие этого, невозможность предупреждения замерзания устья водонагнетательной скважины при использовании этого способа в случае длительных остановок скважины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ по патенту РФ 2160824, Е 21 В 36/00, включающий использование тепла грунта, в котором использование низкотемпературного тепла грунта с температурой от 0^oС и выше достигается за счет преобразования энергии потока закачиваемой воды в электрическую, ее аккумулирования и последующего использования для принудительной циркуляции воды.

Недостатком известного способа является то, что для его осуществления необходимо выполнение двух условий. Скважинная арматура должна быть заполнена водой и скорость потока закачиваемой воды должна быть достаточной для приведения в действие электрогенератора. В случае остановки закачки уровень воды в скважинной арматуре может упасть настолько, что сделает невозможным принудительную циркуляцию воды. В случае снижения приемистости скважины скорость потока закачиваемой воды может снизиться так, что приведение в действие электрогенератора станет невозможным.

Целью предлагаемого технического решения является поддержание устьевой арматуры водонагнетательной скважины в работоспособном состоянии в условиях отрицательных температур при плановых и аварийных остановках закачки воды, в том числе со снижением уровня воды в скважинной арматуре, а также при падении приемистости скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в способе предотвращения замерзания устья водонагнетательной скважины, включающем использование низкотемпературного тепла грунта, согласно изобретению изменяется конструкция обвязки устья водонагнетательной скважины. Кроме того, на правом и левом нижнем плечах контура обвязки, от нижней границы промерзания грунта до центральной задвижки водовода (для правого плеча) и до дневной поверхности грунта (для левого нижнего плеча) устанавливаются электрические нагревательные элементы, а на наземное оборудование скважины до нижней границы промерзания грунта наносится гидрофобный пенополиэтилен с кратностью вспенивания от 5 до 30.

Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что при падении температуры воды в замкнутом контуре обвязки устья водонагнетательной скважины ниже +4^oС автоматически включаются электрические нагревательные элементы, установленные на правом и левом нижнем плечах контура обвязки, от нижней границы промерзания грунта до центральной задвижки водовода (для правого плеча) и до дневной поверхности грунта (для левого нижнего плеча). При повышении температуры воды в контуре обвязки и установлении теплового режима на уровне, при котором возможна циркуляция воды за счет сил конвекции, например +5^oС, происходит автоматическое отключение нагревательных элементов. Использование предлагаемого способа позволяет предотвратить замерзание устья водонагнетательной скважины в течение неограниченного времени при плановых и аварийных остановках закачки воды, в том числе со снижением уровня воды в скважинной арматуре, а также при падении приемистости скважины. В этом отличие предлагаемого технического решения от известных способов применения конвективных теплообменников. Нанесение на наземное оборудование скважины, включая левое и правое плечи контура обвязки скважины, до нижней границы промерзания грунта гидрофобного пенополиэтилена с кратностью вспенивания от 5 до 30, а также использование низкотемпературного тепла грунта позволяет существенно снизить потребление электроэнергии, так как она расходуется только на поддержание температуры в контуре обвязки скважины более +4 ^oС (т.е. поддержание температуры, при которой возможна циркуляция воды за счет сил конвекции). Применение пенополиэтилена с кратностью вспенивания от 5 до 30 по сравнению с использованием пенополиуретана (по патенту РФ 2136495) обеспечивает плотную, без оставления зазоров укладку теплоизоляционного материала на устьевое оборудование любой конфигурации. Пенополиэтилен с кратностью вспенивания от 5 до 30 выдерживает относительное удлинение на разрыв в продольном направлении не менее 130-300%, в поперечном направлении не менее 100-210%, при циклических изменениях температуры от минус (30±3)^oС до плюс (65±3)^oС. Пенополиуретан крошится при незначительных деформациях, что снижает его долговечность и исключает плотную посадку на устьевое оборудование, особенно при многократном использовании. Пенополиэтилен с кратностью вспенивания от 5 до 30 на 28-40% поглащает меньше влаги, чем пенополиуретан, ввиду неполярного характера связей в звеньях макромолекул и отсутствия капиллярной пропитки. Это приводит к сохранению низкой первоначальной теплопроводности, что не наблюдалось у пенополеуретана, поскольку устье скважины постоянно подвергается воздействию влаги из-за негерметичности устьевого оборудования и выделения росы вследствие разности температур труб и окружающей среды. Кроме того, установка электрических нагревательных элементов на правом и левом нижнем плечах контура обвязки, от нижней границы промерзания грунта до центральной задвижки водовода (для правого плеча) и до дневной поверхности грунта (для левого нижнего плеча) по сравнению с типовой укладкой нагревательного элемента вдоль всего обогреваемого трубопровода позволяет исключить затраты на демонтаж-монтаж нагревательных элементов при проведении ремонтных и исследовательских работ, связанных с разборкой устьевой арматуры водонагнетательных скважин.

Обвязка устья нагнетательной скважины и оборудование, необходимые для реализации способа, представлены на чертеже.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности. При остановке закачки воды левое нижнее плечо 4 контура обвязки, углубленное в грунт до зоны устойчивых положительных температур, и водовод начинают играть роль теплообменника. Вода в наземной части контура обвязки охлаждается, а в нижней части контура остается теплой за счет тепла грунта. Холодная вода имеет большую плотность, чем теплая, и за счет этого в контуре обвязки создается циркуляция в направлении, показанном на чертеже. Теплая вода поднимается в наземную часть контура обвязки скважины, тем самым предотвращая ее замерзание. Расположение левого верхнего плеча 2 и левого нижнего плеча 4 под углом к оси скважины снижает сопротивление движению воды в контуре обвязки. Вхождение трубы нижней части плеча 4 в водовод под углом к оси водовода позволяет использовать для прогрева воды прилежащую к скважине часть водовода, что способствует использованию большего количества тепловой энергии грунта. При падении температуры в контуре обвязки ниже +4 ^oС, вследствие остывания грунта, блок управления 7 включает нагревательные элементы 5 и 6, установленные на правом 3 и левом нижнем 4 плечах контура обвязки, от нижней границы промерзания грунта до центральной задвижки водовода 8 (для правого плеча) и до дневной поверхности грунта (для левого нижнего плеча). В случае повышения температуры в контуре обвязки до +5^oС блок управления 7 выключает электрические нагревательные элементы 5 и 6. Поддержание температуры в контуре обвязки скважины на уровне, при котором возможна циркуляция воды за счет сил конвекции, то есть от +4^oС до +5^oС, позволяет использовать для предотвращения замерзания устья водонагнетательной скважины низкотемпературное тепло грунта. Нанесение на наземное оборудование скважины, включая устьевую арматуру 1 и контур обвязки скважины пенополиэтилена 9, а также использование низкотемпературного тепла грунта позволяет существенно снизить потребление электроэнергии, так как она расходуется только на поддержание теплового режима в контуре обвязки скважины на уровне +5^oС. При падении уровня воды в устьевой арматуре 1 и контуре обвязки скважины ее температура посредством нагревательных элементов поддерживается на уровне +5^oС, за счет сил конвекции происходит перемещение верхних и нижних слоев воды и, таким образом, предотвращается замерзание устья скважины. В случае падения приемистости скважины и снижения скорости течения воды в контуре обвязки скважины электрические нагревательные элементы 5 и 6 будут компенсировать потери тепла с поверхности контура обвязки и устьевой арматуры. Таким образом, замерзание устья скважины будет предотвращено. Для реализации технологии используется следующее оборудование: электрический нагревательный элемент ЭНГЛ-1 или саморегулирующаяся нагревательная лента FSR..CF, блок управления БРТ-1. В качестве теплоизоляционного материала используется пенополиэтилен с кратностью вспенивания от 5 до 30 по ТУ 6-55-26-89Е.

Источники информации 1. Патент РФ 2136495.

2. Патент РФ 2160824, Е 21 В 36/00.

Формула изобретения

1. Способ предотвращения замерзания устья водонагнетательной скважины, включающий накопление и использование тепла грунта, отличающийся тем, что обвязку устья нагнетательной скважины выполняют в форме замкнутого контура, причем левые верхнее и нижнее плечи контура располагают под углом к оси скважины, а левое нижнее плечо прокладывают в грунте и вводят в подводящий водовод под углом к оси водовода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на правом и левом нижнем плечах контура обвязки, от нижней границы промерзания грунта до центральной задвижки водовода (для правого плеча) и до дневной поверхности грунта (для левого нижнего плеча) устанавливают нагревательные элементы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что наземное оборудование скважины, включая устьевую арматуру, верхнее и нижнее левые и правое плечи контура обвязки, теплоизолируют пенополиэтиленом с кратностью вспенивания от 5 до 30.

РИСУНКИ

Рисунок 1