Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин



Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин
Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин
Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин

 


Владельцы патента RU 2534879:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ КРИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИКЗ СО РАН) (RU)

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.

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована при освоении и эксплуатации месторождений, расположенных в зоне многолетнемерзлых пород.

Известна конструкция нефтяных и газовых скважин с устройством для температурной стабилизации грунтов приустьевой зоны [1. МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ИНЖЕНЕРНОМУ МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЮ, посвященной ХХ-летию ООО НПО «Фундаментстройаркос», Тюмень 7-10 ноября 2011]. Устройство состоит из вертикальных охлаждающих труб (термостабилизаторов), работающих по принципу двухфазного естественно-конвективного устройства и расположенных одним или несколькими осесимметричными контурами вокруг эксплуатационной скважины. Охлаждающие трубы контура закольцованы (связаны между собой в верхней части общим коллектором) и подключены к общему конденсаторному блоку, который расположен на насыпи кустовой площадки вне пределов зоны проезда обслуживающей техники. Верхние торцы термостабилизаторов, а также все соединительные патрубки между конденсаторным блоком и термостабилизаторами заглублены в грунт и защищены от механических воздействий, возникающих при проезде и установке вблизи устья ремонтной и иной техники, обслуживающей скважину в период ее эксплуатации.

Экспериментальными исследованиями на модели известного устройства температурной стабилизации в лабораторных условиях установлено, что основной недостаток этого устройства - неустойчивость ее работы, связанная с неконтролируемым перераспределением хладагента между термостабилизаторами, объединенными в один контур. Эффективность работы системы падает из-за переполнения части труб и из-за непопадания жидкой фазы хладагента в другую часть труб.

Известна также система термостабилизации приустьевой зоны добывающей скважины, включающая установленные непосредственно за направлением скважины в трубках-контейнерах естественно-конвективные охлаждающие трубки малого диаметра с конденсаторами, выведенными на поверхность [2. RU № 2209934, МПК7 Е21B 36/00, 2003].

Основным недостатком этой системы является то, что она создает существенные помехи работам, проводимым на скважинах в процессе их эксплуатации и ремонта, так как конденсаторы препятствуют свободному подходу людей и техники к скважинам.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является система термостабилизации приустьевой зоны скважин, включающая совокупность вертикальных двухфазных термостабилизаторов, размещенных вокруг ствола скважины, причем конденсаторная часть каждого из них выведена на поверхность за пределами зоны проезда обслуживающей техники [3. RU №115820 U1, Е21B 36/00; F25D 31/00 (2006.01), 2012].

Недостатком этой системы является повышенный объем строительно-монтажных работ (в силу увеличения количества отдельных гидравлических магистралей).

Задачей, стоящей перед изобретением, является обеспечение возможности беспрепятственной эксплуатации и ремонта скважины при эффективной стабилизация теплового состояния приустьевой зоны скважины в многолетнемерзлых породах при сохранении приемлемого уровня трудозатрат.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для термостабилизации приустьевой зоны скважин, включающем совокупность размещенных вокруг устья скважины термостабилизаторов, соединенных через общий коллектор в верхней их части с конденсатором, нижняя часть термостабилизаторов также объединена общим коллектором.

Для получения прямоточного режима работы устройства общий коллектор нижней части термостабилизаторов соединен с конденсатором.

Для противоточного режима работы устройства достаточно соединения с конденсатором только верхнего коллектора.

Для обеспечения необходимой эффективности работы устройства при поддержании на термостабилизаторах температуры, не превышающей температуры оттаивания грунта t0, коэффициент оребрения и площадь поверхности неоребренного конденсатора подбираются такими, чтобы обеспечить выполнение соотношения:

K·Sn·(tf-t0)≤α·k·S0·(t0-ta)

где К - эффективный коэффициент теплопередачи от добываемого флюида к контуру охлаждения, учитывающий теплопроводность всех конструктивных элементов (слоев) устья скважины; Sn - площадь боковой поверхности направления; t0 - температура оттаивания грунтов; tf - температура добываемого флюида на устье; α - коэффициент теплообмена от наружного воздуха к стенке конденсатора; k - коэффициент оребрения конденсатора; S0 - площадь поверхности неоребренного конденсатора; ta - среднегодовая температура воздуха в районе размещения устройства.

Нижний коллектор превращает совокупность термостабилизаторов в систему сообщающихся сосудов, что исключает неконтролируемое переполнение или недостаточное заполнение отдельных трубок хладагентом в процессе работы устройства. Лабораторное моделирование работы такого устройства показывает высокую степень устойчивости циркуляции хладагента и достаточную эффективность охлаждения (Таблица 1).

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема устройства для термостабилизации приустьевой зоны скважин с прямоточным режимом работы, а на фиг.2 - вид по A на фиг.1.

Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин содержит совокупность размещенных вокруг устья (направления) скважины термостабилизаторов 1, соединенных через общий коллектор 2 в верхней их части с конденсатором 3. В нижней части термостабилизаторы 1 объединены общим коллектором 4.

Для получения прямоточного режима работы устройства общий коллектор 4 нижней части термостабилизаторов соединен с конденсатором 3. Для получения противоточного режима работы устройства достаточно соединения с конденсатором 3 только верхнего коллектора 2 (при соответствующей конструкции конденсатора).

При строительстве (монтаже) термостабилизаторы - вертикальные охлаждающие элементы 1, а также нижний и верхний коллекторы 4 и 2 (все выполнены из металлических трубок, причем коллекторы - в виде трубчатых тороидальных колец) стыкуются между собой герметично с помощью сварки и в собранном виде крепятся на внешней поверхности трубы - направления 5 путем точечной сварки с трубой и погружаются в грунт на заданную глубину вместе с направлением 5. Для соединения с конденсатором 3 верхний коллектор 2 и один из термостабилизаторов 1 снабжены горизонтальными отводами, которые на период строительства скважины оборудуются заглушками.

По завершении строительства и оборудования скважины горизонтальные отводы наращивают сваркой и стыкуют с общим конденсатором устройства (расположенным за пределами кустовой площадки).

Для повышенных тепловых потоков, которые имеют место вблизи устья скважины, целесообразно использование прямоточного охлаждающего устройства (поступающая в конденсатор парожидкостная смесь и вытекающий из него конденсат движутся в одном направлении, что обеспечивается соответствующей конструкцией конденсатора).

Размещение термостабилизаторов на внешней образующей направления создает один охлаждающий контур на устье скважины. С увеличением количества термостабилизаторов в контуре повышается равномерность теплосъема с устья. При этом требование полного теплоотвода с устья при обеспечении температуры на охлаждающих элементах, не превышающей температуры оттаивания грунтов t0, приводит к необходимости выполнения на конденсаторе условия, зависящего от коэффициента его оребрения и площади неоребренной поверхности:

где К - эффективный коэффициент теплопередачи от добываемого флюида к контуру охлаждения, учитывающий теплопроводность всех конструктивных элементов (слоев) устья скважины; Sn - площадь боковой поверхности направления; tf - температура добываемого флюида на устье; α - коэффициент теплообмена от наружного воздуха к стенке конденсатора; k - коэффициент оребрения конденсатора; S0 - площадь поверхности неоребренного конденсатора; tа - среднегодовая температура воздуха в районе размещения устройства. Соотношение (1) накладывает требования на конструктивные параметры конденсатора (площадь поверхности теплообмена, обеспечение необходимого значения коэффициента теплообмена и т.д.). Невыполнение указанного условия приведет к оттаиванию мерзлых пород в местах расположения термостабилизаторов.

При диаметре НКТ 100 мм, диаметре эксплуатационной колонны 168 мм, диаметре кондуктора 220 мм, диаметре направления 530 мм и его длине в 22,7 м и при заполнении межколонного пространства между НКТ и эксплуатационной колонной газом, а между эксплуатационной колонной и кондуктором и между кондуктором и направлением - цементом арктических марок коэффициент теплопередачи К оценивается величиной 2,3 Вт/м2 град. Площадь Sn - 18,9 м2. При среднегодовой скорости ветра в районе расположения устройства 5 м/с коэффициент α=23 Вт/м2 град. При температуре добываемого флюида на устье скважины tf=+20°C, и среднегодовой температуре воздуха минус 10°C для произведения k S0 получим ограничение: k S0≥3,7 м2.

1. Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин, включающее совокупность размещенных вокруг устья скважины термостабилизаторов, соединенных через общий коллектор в верхней их части с конденсатором, отличающееся тем, что нижняя часть термостабилизаторов также объединена общим коллектором, а коэффициент оребрения и площадь поверхности неоребренного конденсатора подбираются такими, чтобы обеспечить выполнение соотношения:
K·Sn·(tf-t0)≤α·k·S0·(t0-ta),
где K - эффективный коэффициент теплопередачи от добываемого флюида к контуру охлаждения, учитывающий теплопроводность всех конструктивных элементов (слоев) устья скважины; Sn - площадь боковой поверхности направления; t0 - температура оттаивания грунтов; tf - температура добываемого флюида на устье; α - коэффициент теплообмена от наружного воздуха к стенке конденсатора; k - коэффициент оребрения конденсатора; S0 - площадь поверхности неоребренного конденсатора; ta - среднегодовая температура воздуха в районе размещения устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для получения прямоточного режима работы общий коллектор нижней части термостабилизаторов соединен с конденсатором.



 

Похожие патенты:

Система холодо- и теплоснабжения помещений с искусственный льдом содержит низкотемпературную холодильную машину с испарителем, в котором охлаждается антифриз, который используется для охлаждения искусственного льда, а в конденсаторе образуется теплота, которая выбрасывается в атмосферу.

Система управления температурой жидкости содержит два комплекта элементов управления температурой, расположенных противоположно друг другу и образующих между ними зону управления температурой.

Холодильник содержит устройство для охлаждения напитков, которое включает холодильный резервуар с входным и выпускным отверстиями для подачи и выпуска напитка, охлаждающую трубку, которая расположена внутри холодильного резервуара.

Устройство для выпуска жидкости содержит первый и второй теплообменники. Первый теплообменник имеет сторону хладагента и сторону текучей среды, и второй теплообменник имеет сторону хладагента и сторону текучей среды.

Система для охлаждения стеклянной посуды или других приемников снабжена распределительной коробкой для удаления жидкой углекислоты, включает основание, к которому крепится полый трубчатый элемент, и распылительный узел, который обращен вниз, первый рефлектор над основанием для размещения рюмки и, под рефлектором, соединительный штуцер с трубопроводом, электрический клапан и распылительный узел, обращенный вниз, а также второй рефлектор меньшего размера.

Стоечная колонка снабжена рубашкой с подводом и отводом охлаждающей жидкости и каналом. Канал продолжается между впускным отверстием и краном.

Изобретение относится к установкам получения ледяной воды с использованием холодильных машин с льдоаккумуляторами. .

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к малым холодильным машинам. .

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.

Группа изобретений относится к способу и системам регулирования температуры текучих сред, добываемых из коллектора для предотвращения перегрева смежного геологического пласта.

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.

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.

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.

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.

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.

Группа изобретений относится к области устранения или уменьшения отложений твердых частиц, таких как твердые частицы парафина, в подводном трубопроводе, по которому транспортируют углеводородные флюиды.

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).

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

Изобретение относится к строительству гидротехнических сооружений и может быть применено для создания ограждающей конструкции, предназначенной для защиты добывающей платформы плавучего типа в ледовых условиях арктического шельфа.
Наверх