АГРЕГАТ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ Российский патент 1995 года по МПК E21C45/00 

Изобретение относится к геологии и горному делу и может быть использовано для разработки газогидратных залежей.

Известно техническое решение для осуществления способа извлечения материалов из подземных формаций через скважины (а.с. N 1254162, кл. Е 21 С 45/00, 1986), включающее обсадную колонну с превентором, центральную колонну для подачи рабочего агента на гидромониторную насадку.

Недостаток известного технического решения - значительные энергетические затраты на производство и подачу рабочего агента под давлением.

Прототипом к предлагаемому является скважинный гидромониторный агрегат, включающий обсадную колонну с превентором и каналами для выхода свободного газа и приемными окнами для пресной воды, размещенными в нижней торцевой части обсадной колонны, несущую колонну для выдачи водовоздушной смеси с исполнительным органом, состоящим из узла всасывания и камеры смешения, установленную концентрично с обсадной колонной и с возможностью осевого перемещения.

Недостатки - значительные энергозатраты на производство и подачу рабочего агента, а также большая металлоемкость используемого оборудования.

Цель изобретения - повышение эффективности разработки за счет исключения необходимости использования обсадной колонны в пределах глубины акватории, а также отсутствия в технологической схеме энергетического оборудования для производства и подачи рабочего агента для перевода полезного ископаемого в подвижное состояние разделения газогидрата на газ и пресную воду.

Указанная цель достигается тем, что нагрев газогидратной залежи осуществляется с помощью постоянных магнитов, расположенных внутри ферромагнитной обсадной трубы, с образованием токов Фуко.

Устройство отличается от прототипа тем, что обсадная колонна внедряется только в газогидратный пласт через слой илов до подстилающих пород. Исполнительный орган выполнен в виде подковообразных магнитов, установленных в корпусе исполнительного органа в шахматном порядке или по спирали. Узел всасывания выполнен в виде центрального канала с насадками. В корпусе выполнены окна для приема пресной воды. Камера смешения выполнена в виде кольцевого цилиндра с постоянным и переменным объемами.

Таким образом, устройство соответствует критерию "новизна".

Сопоставительный анализ устройства с известными в данной области техническими решениями с целью обнаружения в них признаков, отличающих заявляемое устройство от прототипа, не выявил решений, обладающих сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлен исполнительный орган, продольный разрез; на фиг.2 - герметизация устья обсадной колонны; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1.

Агрегат для разработки газогидратных залежей включает обсадную колонну 1, превентер 2, уплотнительные элементы 3 и 4, каналы 5, окна 6, несущую колонну 7, окна 8, исполнительный орган 9, состоящий из постоянных магнитов 10, центрального канала 11, насадок 12, уплотнительных элементов 13, а также камеру смешения 14. Эксплуатационная скважина 15 пройдена через слой илов 16, газогидратный пласт 17 до поверхности подстилающих пород 18 с последующей обсадной колонной 1, выполненной из ферромагнитного материала. Устье обсадной колонны 1 расположено в непосредственной близости от поверхности илов 16. Устье обсадной колонны 1 оборудовано превентором 2, который посажен на колонну с помощью резьбового соединения. Превентор 2 снабжен уплотнительными элементами 3 и 4 для предупреждения выхода свободного газа в акваторию 19 через резьбовое соединение и через зазор между несущей колонной и корпусом превентора соответственно. На границе потолочины 20 с выемочной камерой 21 в обсадной колонне 1 конструктивно выполнены каналы 5, а в непосредственной близости от подстилающих пород 18 в колонне 1 прорезаны окна 6. На торцовой части несущей колонны 7 закреплен исполнительный орган 9, в корпусе которого закреплены в рядах постоянные подковообразные магниты 10. Ряды магнитов 10 расположены по длине исполнительного органа 9 и установлены в рядах по отношению друг к другу противоположными полюсами и на одинаковых расстояниях между полюсами. Торцы полюсов магнитов 10 обращены к внутренней поверхности обсадной колонны 1 с возможностью создания минимального зазора между их образующими. Геометрический центр внешней цилиндрической поверхности торцов полюсов магнитов 10 совпадает с центром обсадной колонны 1. Постояннные магниты 10 в зависимости от движения несущей колонны 7 могут быть установлены в исполнительном органе 9 в шахматном порядке и по спирали. Так, при возвратно-поступательном движении колонны 7 постоянные магниты 10 в корпусе исполнительного органа 9 располагают в рядах, а при вращательном движении - в шахматном порядке или по спирали. Такое расположение магнитов 10 позволяет наводить в обсадной колонне токи Фуко максимальной силы.

Узел всасывания выполнен в виде центрального канала 11 с насадками 12. Нижняя торцовая часть канала 11 обращена в сторону приемных окон 6 для пресной воды. Торцовые срезы насадок 12 выведены в камеру смешения 14, которая выполнена в виде кольцевого цилиндра, образованного внутренней поверхностью обсадной колонны 1 и внешней поверхностью несущей колонны 7. Камера смешения 14 гидравлически связана с центральным каналом 11 через насадки 12 и внутренней полостью несущей колонны 7 через окна 8.

Объем камеры смешения может быть постоянным при вращательном движении исполнительного органа 9 относительно обсадной колонны 1, а также переменным при возвратно-поступательном движении исполнительного органа относительно обсадной колонны. Во избежание абразивного износа магнитов 10 при попадании в загор пресной воды и взвешенных твердых частиц корпус исполнительного органа 9 снабжен уплотнительными элементами 13.

Работа агрегата рассматривается на примере разработки газогидратной залежи, расположенной под акваторией 19. На плавсредстве (не показано) несущую колонну снабжают превентором 2, а затем исполнительным органом 9 и производят их спуск. После вхождения исполнительного органа 9 в обсадную колонну 1 на ее устье навинчивают превентоp 2. Затем колонне 7 сообщают возвратно-поступательное движение от каналов 5 до окон 6. Шаг перемещения соответствует размеру постоянного магнита 10 между полюсами. Магнитное поле, вызванное постоянными магнитами 10, наводит в стальной обсадной колонне 1 токи Фуко, которые приводят к омическому нагреву материала колонны 1. Аналогичный эффект получают при вращении исполнительного органа 9 с закрепленными на его корпусе постоянными магнитами 10 в шахматном порядке или по спирали. Колонна 1 отдает тепло породам газогидратного пласта 17, что приводит к разложению газогидратов на свободный газ и пресную воду. Пресная вода через окна 6, центральный канал 11 и насадки 12 поступает в камеру смешения 14. В камеру смешения через каналы 5 поступает свободный газ. Газ и пресная вода смешиваются, водовоздушная смесь через окна 8 поступают во внутреннюю полость колонны 7 и эрлифтируется на поверхность. На плавсредстве производят их разделение для дальнейшего промышленного использования. Процесс прекращают после полной отработки выемочной камеры 21, после чего снимают с обсадной колонны 1 превентор 2 и агрегат поднимают на плавсредство.

Сущность изобретения: агрегат для разработки газогидратных залежей содержит исполнительный орган с постоянными подковообразными магнитами, установленными по его высоте рядами друг под другом или в шахматном порядке, или по спирали и противоположными полюсами друг к другу. Торцы полюсов магнитов установлены с возможностью скольжения по внутренней поверхности обсадной колонны. Исполнительный орган жестко соединен с центральной несущей колонной, установленной с возможностью перемещения в обсадной колонне, с каналами для ввода свободного газа и нижерасположенными приемными окнами жидкой фазы. Камера смешения размещена между превентором и корпусом исполнительного органа с насадками в верхнем торце. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. АГРЕГАТ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ, включающий обсадную колонну с превентером, каналами для ввода свободного газа и выполненными под ними приемными окнами для жидкой фазы, центральную несущую колонну, жестко соединенную с исполнительным органом, установленную с возможностью перемещения, насадку исполнительного органа и камеру смешения, отличающийся тем, что, с целью снижения металлоемкости агрегата и энергозатрат на эксплуатацию при разработке подводных залежей, он снабжен постоянными подковообразными магнитами, размещенными в исполнительном органе по его высоте и по отношению друг к другу противоположными полюсами, при этом торцы полюсов магнитов установлены с возможностью скольжения по внутренней поверхности обсадной колонны, причем геометрический центр внешней цилиндрической поверхности торцов полюсов магнитов совмещен с центром обсадной колонны. 2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты в исполнительном органе размещены по его высоте рядами друг под другом, или в шахматном порядке, или по спирали. 3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что камера смешения размещена между превентером и корпусом исполнительного органа в верхнем торце которого выполнены насадки, сообщенные его центральным каналом с приемными окнами.