УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОБЫЧИ ГАЗОГИДРАТОВ Российский патент 1995 года по МПК E21B43/00 E21C45/00 

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть использовано при добыче газогидратов из залежей, расположенных под акваториями водоемов.

Известен скважинный гидромониторный агрегат [1], включающий центральную и внешнюю колонны, расположенные концентрично, приемную и смесительную камеры.

Недостаток известного технического решения - дискретный характер поражения полезного ископаемого в пределах контуров выемочной камеры, который снижает интенсивность ее отработки.

Ближайшим изобретением по сущности и достигаемому результату является способ выщелачивания полезных ископаемых и устройство для его осуществления [2] , включающий обсадную колонну с приемными окнами, выполненными на контакте кровли газогидратного пласта с налегающими породами, выпускными окнами, расположенными в непосредственной близости от почвы газогидратного пласта, каналами для выхода свободного газа из затрубного пространства, внутреннюю колонну, соосно размещенную с обсадной, с исполнительным органом.

Недостаток известного изобретения - ограниченная зона поражения пласта полезного ископаемого, которая приводит к снижению интенсивности обработки выемочной камеры, а также к значительным потерям полезных компонентов.

Цель изобретения - интенсификация процесса разложения газогидратов на свободный газ и пресную воду за счет подачи теплоносителя на конструктивные элементы выемочной камеры.

Указанная цель достигается тем, что в качестве теплоносителя используются илы, которые заполняют внутреннюю колонну устройства и затем прогреваются теплой минерализованной водой из акватории. При этом происходит процесс теплопередачи от прогретых илов к поверхности газогидратной залежи.

Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что исполнительный орган устройства выполнен в виде поршневого насоса, заполняемого илами, с возможностью осевого перемещения. Поршень насоса связан с внутренней колонной посредством резьбового соединения, а сам насос гидравлически связан с внутренней колонной и с обсадной колонной через каналы трубчатых элементов.

Таким образом, устройство соответствует критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с известными в данной области техническими решениями не выявил решений, обладающих сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1, 2 и 3 изображено устройство в моменты заполнения насоса илами, теплообмена и нагнетания нагретых илов в выемочную камеру, продольный разрез; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 5 и 6 - положение клапанов при закрытых и открытых окнах в обсадной колонне.

Устройство для добычи газогидратов включает обсадную колонну 1, приемные окна 2, выпускные окна 3, каналы 4, шары 5, тарельчатые пружины 6, отверстия 7, посадочные гнезда 8, внутреннюю колонну 9, поршневой насос, содержащий поршень 10, реборду 11, приемную камеру 12, трубчатые элементы 13, предохранительный кожух 14, зазор 15, упорный подшипник 16, гайку 17, стопорные элементы 18, внутреннюю полость 19.

Технологическая скважина 20 пройдена через илы 21, газогидратный пласт 22, подстилающие породы 23. Заглубление забоя скважины 20 в подстилающие породы 23 вызвано необходимостью установки выпускных окон 3 в непосредственной близости от почвы газогидратного пласта 22. Приемные окна 2 в обсадной колонне 1 выполнены на границе кровли газогидратного пласта 22 с илами 21. Окна 2 и 3 снабжены нормально закрытыми клапанами, состоящими из шаров 5, тарельчатых пружин 6 (фиг. 5) с отверстиями 7. Один выступ тарельчатой пружины 6 жестко закреплен в обсадной колонне 1, а второй выступ свободно помещен в посадочное гнездо 8. В обсадной колонне 1 на уровне контакта потолочины 24 выемочной камеры 25 (фиг. 4) в обсадной трубе выполнены каналы 4 для выхода свободного газа, которые расположены над предохранительным кожухом 14 поршневого насоса при его положении на забое скважины 20.

Торцовая часть внутренней колонны 9, которая размещена соосно обсадной колонне 1, снабжена поршневым насосом с возможностью осевого перемещения в рабочем положении в интервале между приемными окнами 2 и выпускными окнами 3. Внутренняя поверхность обсадной колонны 1 в пределах названного интервала является направляющей поршневого насоса и выполнена с высокой точностью обработки. Поршневой насос крепится на торце внутренней колонны 9 с помощью гайки 17 и упорного подшипника 16. Поршень 10 связан с внутренней колонной 9 резьбовым соединением с большим шагом. Для открытия окон 2 и 3 поршень 10 снабжен ребордой 11. В предохранительном кожухе 14, который установлен без возможности зацепления с внутренней колонной 9 за счет зазора 15, жестко закреплены верхние концы трубчатых элементов 13. Нижние концы указанных элементов 13 жестко закреплены в корпусе приемной камеры 12. Наружная поверхность корпуса приемной камеры снабжена стопорными элементами 18, выполненными в виде пирамид, вершины которых обращены в сторону забоя скважины 20. Приемная камера 12 гидравлически связана с внутренней колонной 9 и через внутренние полости трубчатых элементов 13 с обсадной колонной 1.

Работа устройства рассматривается на примере добычи газогидратов из залежи, расположенной под акваторией 26. Как правило, поверхность газогидратного пласта 22 покрыта слоем илов 21, мощность которых достигает различной величины.

Во внутреннюю полость обсадной колонны 1 опускают внутреннюю колонну 9, снабженную поршневым насосом. Спуск колонны 9 прекращают в момент открытия окон 2 за счет вдавливания ребордой 11 поршня 10 шаров 5, при этом тарельчатая пружина 6 деформируется и выступом входит посадочное гнездо 8. Илы 21 через отверстие 7 тарельчатой пружины 6 поступают в кольцевое пространство, образованное шарами 5 и образующими окон 2, а затем во внутреннюю полость 19 поршневого насоса. На поверхности илов 21 вокруг обсадной колонны 1 образуется воронка выпуска 27. После полного заполнения полости 19 илами внутреннюю колонну 9 опускают до упора стопорных элементов 18 в забой скважины 20. Затем по колонне 9 подают рабочий агент, в качестве которого используют горячую воду. Вода из приемной камеры 12 проходит через внутренние полости трубчатых элементов 13, нагревает их, при этом происходит передача тепла илам. Нагретые илы отдают тепло стенкам обсадной колонны 1, которые нагревают вмещающие породы пласта газогидратов 22. При повышении температуры пород, газогидраты разлагаются на свободный газ и пресную воду, которые через каналы 4 поступают во внутреннюю полость обсадной колонны 1. В случае подачи в качестве рабочего агента теплой минерализованной воды из акватории 26 без использования насосов, газ способствует интенсивной циркуляции воды в элементах насоса за счет эрлифтного эффекта. По мере удаления зоны разложения газогидратов в сторону контуров выемочной камеры 25 интенсивность разложения падает за счет потерь тепла в породах пласта 22. Процесс контролируется на поверхности ротаметрами. Затем колонне 9 сообщают вращательное движение, при этом поршень 10 за счет резьбового соединения с колонной 9 совершает поступательное движение вниз, вытесняя при этом нагретые илы из полости 19 через окна 3 в затрубное пространство. Заполняя отработанную часть камеры, илы отдают тепло породам пласта 22, что приводит к интенсивному разложению газогидратов. Процесс заполнения выемочной камеры 25 нагретыми илами происходит до ее полной обработки в дискретных интервалах, связанных с заполнением полости 19 илами 21, их нагревом и последующим вытеснением в затрубное пространство. После отдачи тепла илами породам пласта, они через каналы 4 поступают во внутреннюю полость колонны 1 и эрлифтируются на поверхность, где происходит отделение газа от минерализованной воды и илов. Колонне 9 сообщают вращение в обратную сторону, при этом поршень 10 возвращается в исходное положение. Стопорные элементы 18, врезаясь в подстилающие породы 23, препятствуют повороту поршневого насоса при вращении колонны 9.

После полной обработки выемочной камеры 25 внутреннюю колонну 9 с поршневым насосом извлекают. Илы, находящиеся в выемочной камере 25, переходят в мерзлое состояние за счет отрицательных температур пород пласта газогидратов и выполняют функцию льдопородного целика.

Использование изобретения позволит вовлечь в эксплуатацию газогидратные залежи с высокой эффективностью.

Использование: при добыче газогидратов из залежей, расположенных под акваториями водоемов. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс разложения газогидратов на свободный газ и пресную воду за счет подачи теплоносителя на конструктивные элементы выемочной камеры. Устройство для добычи газогидратов включает в себя обсадную колонну с приемными и выпускными окнами, каналы с шариковыми клапанами, соосно размещенную в обсадной колонне внутреннюю колонну, поршневой насос, включающий в себя трубчатые элементы, жестко закрепленные на предохранительном кожухе, сообщающие полость поршневого насоса с обсадной колонной и внутренней колонной. Поршневая полость заполнена илом. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОБЫЧИ ГАЗОГИДРАТОВ, включающее в себя обсадную колонну труб с приемными окнами на контакте кровли газогидратного пласта с налегающими породами, выпускными окнами, расположенными в непосредственной близости от газогидратного пласта, каналами для выхода свободного газа из затрубного пространства и внутреннюю колонну труб с исполнительным органом, соосно размещенную в обсадной колонне, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности в работе устройства путем интенсификации процесса разложения газогидратов, оно снабжено размещенными в корпусе трубчатыми элементами, предохранительным кожухом и клапанами, размещенными в приемных и выпускных окнах обсадной колонны, исполнительный орган выполнен в виде поршневого насоса с возможностью осевого перемещения в рабочем положении в интервале между приемными и выпускными окнами обсадной колонны, которая выполнена в виде гильзы, причем поршень насоса имеет снаружи реборду и резьбовое соединение для связи с внутренней колонной труб и образует поршневую камеру, гидравлически связанную с ее полостью и полостью обсадной колонны посредством трубчатых элементов, при этом внутренняя полость гильзы заполнена теплоносителем, а клапаны установлены с возможностью взаимодействия с ребордой поршня при их открытии. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве теплоносителя используются илы.