ГАЗОГИДРАТНЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 1995 года по МПК E21C45/00 

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

Известен пакер скважинного гидромониторного агрегата (авт. св. N 1244288, кл. Е 21 В 33/12, 1984 г), включающий запорное устройство, жестко связанное с насосно-компрессорной трубой (НКТ).

Недостатком этого пакера является невозможность его использования в технологических процессах, в которых температура рабочего агента превышает 100^оС, по причине необходимости применения стойких запорных элементов и смазки трущихся деталей, что не предусмотрено.

Прототипом к предлагаемому изобретению является скважинное гидромониторное устройство (авт. св. N 1448055, кл. Е 21 С 45/00, 1987), содержащее обсадную колонну с окнами в нижней торцовой части, отклонитель, установленный на высаженных наружу концах НКТ с возможностью вывода из прорезей отклонителя в окна обсадной колонны теплопередающих перфорированных элементов (ТПЭ), пакер с запорным устройством, жестко связанный с НКТ.

Недостатком этого устройства является невозможность его использования в технологических схемах, в которых температура рабочего агента достигает 100^оС и выше, при которой выйдут из работы элементы устройства.

Цель изобретения - перевод газа из гидратного в свободное состояние за счет повышения температуры газогидратного пласта.

На фиг.1 показан предлагаемый комплекс, разрез; на фиг.2 - монтаж теплопередающего элемента; на фиг.3 - ударный механизм с отклонителем в момент их зацепления; на фиг.4 - отклонитель с ТПЭ, в плане.

Газогидратный комплекс содержит обсадную колонну 1, окна 2, отклонитель 3, (фиг.3) прорези 4, захватные элементы 5, пружины 6, ударный механизм 7, ТПЭ 8 с отверстиями 9, высаженными наружу концами 10 и уплотнительными элементами 11, НКТ 12 с отверстиями 13 и высаженными наружу концами 14 (фиг. 2), корпус пакера 15 с уплотнительными элементами 16, муфтой 17, косынками 18, каналом 19 и запорным устройством 20, постоянные магниты 21 и нагреватель 22.

Обсадка скважины 23, пройденной через налегающие породы 24, газогидратный пласт 25 с перебуром в подстилающие породы 26, произведена колонной 1 с окнами 2 в пределах пласта 25, при этом затрубное пространство в налегающих породах зацементировано 27 во избежание замораживания налегающих пород 24 рабочим агентом за счет теплопередачи энергии через колонну 1, а также возможного поступления его по затрубному пространству скважины 23. Верхний куст ТПЭ 8 смонтирован на определенном расстоянии от контакта налегающих пород 24 с газогидратным пластом 25 из условия сохранения температуры пород 24 в естественном состоянии. ТПЭ 8 выполнены с отверстиями 9, высаженными наружу концами 10 и уплотнительными элементами 11 для жесткого закрепления их в окнах 2 колонны 1 с последующей изоляцией зазоров в окнах элементами 11. Это необходимо для подачи рабочего агента только через торец ТПЭ 8 и с выходом его через отверстия 9, а также при выходе свободного газа из торца ТПЭ 8 в момент разложения газогидратов. В противном случае свободный газ может скапливаться в затрубном пространстве и массиве пласта, что приводит к резкому повышению давления, а затем и к взрыву. Монтаж ТПЭ 8 производят забивкой с помощью ударного механизма 7 при установке отклонителя 3 на высаженных наружу концах 14 НКТ 12 с предварительной установкой в прорезях 4 ТПЭ 8 с уплотнительными элементами 11, располагаемыми на концах ТПЭ концентрично. После забивки ТПЭ 8 подпружиненным пружиной 6 захватный элемент 5 входит в зацепление с ударным механизмом 7 и устанавливается на высаженный конец 14 НКТ 12 для монтажа очередного куста ТПЭ. Процесс по монтажу кустов ТПЭ производят в восходящем порядке от подстилающих пород 26, при этом расстояние между кустами по вертикали, а также по горизонтали между смежными скважинами устанавливают из условия разогрева пласта 25 до требуемой температуры разложения газогидратов.

Корпус пакера 15 снабжен уплотнительными элементами 16 и через косынки 18 и муфту 17 жестко связан с НКТ 12 с возможностью регулирования высоты установки его в зависимости от мощности газогидратного пласта 25. В корпусе пакера 15 выполнен канал 19 в виде усеченного конуса. Запорное устройство 20 выполнено в виде шара с положительной плавучестью, установленного концентрично на НКТ 12 с возможностью осевого перемещения относительно НКТ.

Напорная камера 28 комплекса, ограниченная внутренними стенками колонны 1 и забоев скважины 23, а также наружными стенками НКТ 12 и торцовой поверхностью корпуса пакера 15, заполнена нагревателем 22, в качестве которого использована чугунная буровая дробь. Для снижения потерь дроби в скважине 23 после ее отработки НКТ 12 снабжены постоянными магнитами 21, которые установлены концентрично с возможностью изменения расстояния между ними.

Комплекс работает следующим образом.

После монтажа требуемого количества кустов ТПЭ 8 во внутреннюю полость колонны 1 опускают закрепленные на НКТ 12 магниты 21 и корпус пакера 15 с запорным устройством 20. Нижний торец корпуса пакера 15 устанавливают в непосредственной близости к контакту налегающих пород 24 и пласта 25. Затем через устье обсадной колонны 1 засыпают буровую дробь, которая через окна 29 и канал 19 попадает в напорную камеру 28, оставляя при этом незаполненную часть камеры, в которой совершает осевые перемещения шар (устройство 20). Затем подают горячую воду (пар) по внутренней полости НКТ 12, которая, истекая из отверстий 13, нагревает буровую дробь, а также поступает во внутренние полости ТПЭ 8 и, истекая из них через отверстия 9, нагревает породы пласта 25 газогидратов. Запорный шар, обладая положительной плавучестью, перекрывает канал 19 пакера 15. Горячей водой под давлением производят нагрев буровой дроби и пород 25. Затем насос отключают от НКТ 12.

При достижении требуемой температуры происходит разложение гидратов. Свободный газ через ТПЭ 8 поступает в напорную камеру 28 и за счет избыточного давления оттесняет рабочий агент, при этом шар выходит из канала 19. Газ по межтрубному пространству колонны 1 и НКТ 12 выдается на поверхность. Кроме того, он частично эрлифтирует рабочий агент из напорной камеры 28, несмотря на снарядный режим истечения газа из канала 19. Во избежание резкого падения температуры в камере 28 за счет теплообмена при эрлифтировании рабочего агента в последнюю помещен нагреватель 22 в виде буровой дроби, гидравлическая крупность которой выше скорости эрлифтирования. Таким образом, резко снижается расход рабочего агента на поддержание требуемой температуры разложения газогидратов. Циклы по нагреву повторяются.

Использование изобретения позволяет создать научно-практическую базу для освоения газогидратных месторождений континента и Мирового океана.

Использование: в горном деле при разработке месторождений газогидратов. Сущность изобретения: комплекс содержит обсадную и напорную колонны труб, выполненные с окнами и отверстиями в нижней части и установленные с образованием межтрубного пространства. Над окнами установлен пробковый элемент с проходным каналом и запорным шаром положительной плавучести. Рабочие элементы выполнены полыми и перфорированными и установлены с возможностью вывода их через окна. Кроме того, в межтрубном пространстве в интервале отверстий размещены нагревательные элементы и постоянные магниты, закрепленные на насосно-компрессорных трубах. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. ГАЗОГИДРАТНЫЙ КОМПЛЕКС, содержащий обсадную колонну с окнами в нижней части, насосно-компрессорную трубу, установленную внутри обсадной колонны с образованием межтрубного пространства, рабочие элементы установлены в обсадной колонке с возможностью вывода их через указанные окна и пробковый элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности теплового воздействия газогидратным комплексом на пласт, пробковый элемент выполнен в виде пакера с проходным каналом и запорным шаром из материала положительной плавучести и установлен над окнами в обсадной колонне, рабочие элементы выполнены полыми и перфорированными, а насосно-компрессорная труба имеет отверстия в интервале окон. 2. Газогидратный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен постоянными магнитами и нагревательными элементами в виде чугунной дроби, при этом последняя размещена в межтрубном пространстве в интервале отверстий насосно-компрессорных труб, на которых закреплены постоянные магниты.