Устройство для нагнетания воды в скважину

Изобретение относится к области разработки месторождений углеводородов и, в частности, к разработке газогидратных месторождений. Обеспечивает улучшение прогрева твердых углеводородов для их плавления и испарения. Сущность изобретения: устройство содержит насос с приводом, вход которого соединен с емкостью для воды, а выход - с нагнетательной скважиной. Согласно изобретению устройство имеет газоперекачивающий агрегат, содержащий газотурбинный двигатель и свободную турбину, газовую магистраль с природным газом, топливную магистраль, подсоединенную к газовой магистрали для подачи топлива в газотурбинный двигатель, компрессор для перекачки природного газа и повышения давления в газовой магистрали и теплообменник. Этот теплообменник установлен по линии воды после насоса в выхлопном устройстве газоперекачивающего агрегата. Выхлопное устройство установлено за свободной турбиной. Ротор свободной турбины соединен с компрессором для перекачки газа. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области разработки месторождений углеводородов, в частности газогидратных месторождений.

Известен способ добычи газа из твердых газогидратов, согласно которому в газогидратной залежи создаются неравновесные термобарические условия путем снижения давления и подвода тепла, при этом теплоподвод осуществляют введением твердого сорбента в зону залегания газогидрата для поглощения воды с удельным тепловыделением, превышающим теплоту диссоциации твердого газогидрата (см. патент RU 2159323, Е21В 43/00, 1999).

Недостатком этого способа является необходимость создания наземных сооружений для подачи в зону залегания газогидрата через скважину твердого сорбента и последующей регенерации сорбента, а также малая площадь контакта сорбента в вертикальном стволе скважины с породой, содержащей газогидрат.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки месторождений твердых углеводородов, включающий разбуривание залежи системой сгруппированных по площади залежи скважин с горизонтальными участками, в каждой группе которой через один ряд скважин производят закачку теплоносителя в одни продуктивные пласты, а из другого осуществляют отбор углеводородов из других продуктивных пластов, причем в смежных группах скважин попеременно чередуют продуктивные пласты, в которые производят закачку теплоносителя и из которых отбирают углеводороды (см. патент US №5016709, Е21В 43/24, 1991).

Известны устройство и способ для термической разработки твердых углеводородов по патенту РФ №2231635, прототип. Техническим результатом этого изобретения является обеспечение интенсификации процессов теплопередачи между пластами и сокращения затрат на производство и закачку теплоносителя. Способ включает разбуривание залежи пересекающей пласты скважиной с системой горизонтальных боковых секций, формирование теплового поля в одном из пластов и отбор углеводородов из другого пласта. При этом бурение вышеупомянутой скважины производят с двумя горизонтальными ступенями, соответственно в верхнем продуктивном и нижнем пластах, из которых осуществляют бурение по меньшей мере двух боковых горизонтальных стволов в каждом пласте, замыкающихся друг с другом на проектной стыковочной траектории с образованием замкнутых каналов циркуляции между пластами. Герметизируют околоскважинное пространство путем установки на концах горизонтальных стволов заколонных пакеров и производят дискретную перфорацию упомянутых стволов с образованием двух секций перфорации в начале и конце каждого ствола. Затем осуществляют подачу под действием перепада давления между пластами горячей воды из нижнего пласта в верхний и принудительную подачу охлажденной воды из верхнего пласта в нижний до восстановления коллекторских свойств продуктивного пласта. После чего перекрывают участки боковых стволов между секциями перфорации внутриколонными пакерами для сообщения разобщенных секций перфорации с околоскважинными пространствами. При этом в процессе эксплуатации поддерживают непрерывную циркуляцию по образованным замкнутым каналам горячей воды из нижнего пласта и охлажденной из верхнего. Полученные продукты разложения гидратов - газ и воду направляют для разделения в сепаратор.

Эти устройство и способ позволяют повысить эффективность процесса теплового воздействия за счет реализации принципа многоуровнего воздействия на пласты и, как следствие, увеличить степень нефтеизвлечения углеводородов.

К недостаткам способа и устройства относятся большой расход теплоносителя, а также сложность реализации многоуровневой схемы теплового воздействия, что в итоге снижает экономичность процесса разработки, повышая удельные затраты на единицу добываемой продукции.

Задачи создания изобретения: повышение пластового давления и улучшение прогрева твердых углеводородов для их плавления и испарения.

Решение указанных задач достигнуто в устройстве для нагнетания воды в скважину, содержащее насос с приводом, вход которого соединен с емкостью для воды, а выход - с нагнетательной скважиной, отличающееся тем, что после насоса по линии воды подключен теплообменник, установленный в выхлопном устройстве газоперекачивающего агрегата, содержащего газотурбинный двигатель и свободную турбину, ротор которой соединен с компрессором для перекачки газа. К газоперекачивающему агрегату подсоединен электрогенератор, а к насосу подсоединен электрический привод, соединенный электрическими связями с электрогенератором. Газотурбинный двигатель содержит воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания и турбину. К камере сгорания подключена топливная система двигателя, содержащая дожимной компрессор с приводом, регулятор расхода и отсечной клапан.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения. Новизна и изобретательский уровень подтверждаются проведенными патентными исследованиями.

Сущность изобретения раскрывается на чертеже, где приведена схема нагнетания воды в скважину для повышения давления внутри продуктивного пласта.

Устройство для нагнетания воды в нагнетательную скважину 1 содержит насос 2 с приводом 3, вход которого соединен подводящим трубопроводом 4, содержащим задвижку 5 с емкостью для воды 6, а выход нагнетательным трубопроводом 7, содержащим задвижку 8, с теплообменником 9 и далее трубопроводом горячей воды 10 - с нагнетательной скважиной 1.

В состав устройства входит газоперекачивающий агрегат 11, содержащий газотурбинный двигатель 12 и свободную турбину 13, ротор свободной турбины 14 соединен с компрессором для перекачки газа 15.

Кроме того, в состав газоперекачивающего агрегата 11 входят: воздухозаборное устройство 16, компрессор 17, камера сгорания 18 с форсунками 19, турбина 20 с ротором турбины 21 и выхлопное устройство 22, установленное за свободной турбиной 13. К газоперекачивающему агрегату 11 валом 23 подсоединен электрогенератор 24, а к приводу 3 насоса 2 электрическими связями 25 подсоединен электрогенератор 24.

К форсункам 18 камеры сгорания 19 подключена топливная система двигателя 26, содержащая дожимной компрессор 27 с приводом 28, регулятор расхода 29 и отсечной клапан 30.

Топливная система двигателя 26 подсоединена к газовой магистрали 31, содержащей газовую емкость 32 и клапан 33. В системе предусмотрен блок управления 34, соединенный электрическими связями 25 с приводами 3 и 28, регулятором 29 и отсечным клапаном 30.

При работе запускают газотурбинный двигатель 12, для этого с блока управления 34 подаются электрические команды на привода 3 и 28 и открытие отсечного клапана 30. Топливо (природный газ) по топливной системе двигателя 26 дожимным компрессором 27 подается в форсунки 19 камеры сгорания 18, где воспламеняется при помощи электрозапальников (электрозапальники не показаны).

В результате продукты сгорания раскручивают ротор турбины 21 и ротор свободной турбины 14. Приводится в действие компрессор для перекачки газа 15, который повышает давление газа в газовой магистрали 31. Одновременно насос 2 из бака с водой 6 забирает воду и по нагнетательной магистрали 7 через задвижку 8 поступает в теплообменник 9, где подогревается и далее по трубопроводу горячей воды 10 поступает в нагнетательную скважину 1. Давление в продуктивном пласте повышается. При наличии твердых газогидратов они расплавляются и становятся пригодными для отбора в добывающих скважинах.

Применение источника тепловой энергии, работающего на добываемом топливе, дает ряд преимуществ, связанных с тем, что в отдаленные районы страны трудно доставить топливо и компактный и мощный источник энергии, каким является газотурбинная установка. Кроме того, применение замкнутой схемы подогрева, без расходования воды также дает преимущество, уменьшает загрязнение добываемой смеси.

Применение в качестве основного теплоносителя горячей воды, имеющей высокую температуру и большую теплоемкость, позволяет быстрее и эффективнее произвести термическую обработку продуктивного пласта, состоящего преимущественно из углеводородов в твердой фазе и льда, и не загрязняет окружающую среду, т.к. вода непрерывно циркулирует по замкнутому контуру, отделяясь в сепараторе. Кроме того, утилизация тепла в выхлопном устройстве газотурбинной установки повышает ее КПД. Обеспечивается автоматическое согласование распределения мощности, идущей на подогрев воды и привод компрессора и компрессора для перекачки газа, а также дожимного компрессора и насоса.

Предложенный способ разработки позволяет:

- утилизировать, ранее не используемую энергию газотурбинного двигателя для подогрева воды перед ее подачей в продуктивный пласт и способствовать разложению газовых гидратов на газ и воду,

- обеспечить поддержание экологического равновесия процесса за счет рециркуляции поды,

- поддерживать пластовое давление в продуктивных пластах за счет закачки горячей воды.

1. Устройство для нагнетания воды в скважину, содержащее насос с приводом, вход которого соединен с емкостью для воды, а выход - с нагнетательной скважиной, отличающееся тем, что оно имеет газоперекачивающий агрегат, содержащий газотурбинный двигатель и свободную турбину, газовую магистраль с природным газом, топливную магистраль, подсоединенную к газовой магистрали для подачи топлива в газотурбинный двигатель, компрессор для перекачки природного газа и повышения давления в газовой магистрали и теплообменник, установленный по линии воды после насоса в выхлопном устройстве газоперекачивающего агрегата, которое установлено за свободной турбиной, ротор которой соединен с компрессором для перекачки природного газа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к газоперекачивающему агрегату подсоединен электрогенератор, а к насосу подсоединен электрический привод, соединенный электрическими связями с электрогенератором.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что топливная система содержит дожимной компрессор с приводом, регулятор расхода и отсечной клапан.