УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБОГРЕВА УСТЬЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 1997 года по МПК E21B36/00 E21B33/03 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности, к устройствам для обогрева устья нефтяных скважин в зимнее время.

Известно устройство для термоизоляции скважин по а. св. N 1767162, представляющее собой вставленные друг в друга три трубы большого диаметра. Устройство работает как конвективный теплообменник и устанавливается на устье скважины совместно с кондуктором. Недостатком данного устройства является большая металлоемкость и необходимость ее установки в самый начальный период строительства скважины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является конструкция скважины по а.св. N 1698419, включающая устройство для конвективного теплообменника, состоящее из чередующихся термосвай и термосифонов, заполненных керосином или аммиаком.

Недостатком известного устройства является малая поверхность контакта с поверхностью устьевого оборудования и недостаточная конвекция керосина в термосваях, что обуславливает низкую эффективность теплопередачи всего устройства, а также большая металлоемкость.

Целью данного изобретения является использование природного тепла (грунта), а также повышение эффективности передачи тепла от грунта к устью скважины.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для обогрева устья скважины, включающем термосифоны со струенаправляющими элементами, заполненными низкозамерзающей углеводородной жидкостью, согласно изобретению, нижняя часть термосифонов заглублена в грунт ниже границы промерзания, верхние части термосифонов гидравлически соединены и образуют рубашку обогрева устья, а заполняющая термосифоны углеводородная жидкость содержит высокоплотную добавку.

Суть данного технического решения состоит в том, что используют природное тепло грунта за счет заглубления нижних частей термосифонов на 1,5 2 м ниже границы промерзания грунта в зимнее время. Известно (см. СН и П 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М. 1983, приложение 1, рис. 3, с. 46), что на большей части месторождений Волго-Уральского региона граница промерзания грунта не превышает по глубине 1,6 1,8 м и случается лишь в малоснежные морозные зимы. Среднесуточные же температуры для широты Уфы в зависимости от глубины грунта приведены в таблице. (А.В.Деточенко и др. Спутник газовика. М. Недра, 1978, с. 91, табл. 3.11).

Таким образом, на глубине 1,6 м температура грунта 2^oC и выше. Для повышения эффективности теплопередачи верхние концы термосифонов гидравлически соединены в кольцевую полость и образуют рубашку обогрева устья. При этом в несколько раз увеличивается площадь контакта с поверхностью устьевого оборудования. Кроме того, повышение эффективности теплопередачи осуществляется за счет того, что в низкозамерзающую углеводородную жидкость добавляют высокоплотную добавку четыреххлористый углерод или этилбромид или сероуглерод, которые имеют плотность в кг/м³ 1584, 1450, 1256 соответственно. Отличительной особенностью этих высокоплотных добавок является то, что они легко испаряются, т. е. имеют низкие температуры кипения, 77^oC для четыреххлористого углерода, 39 для этилбромида и 46 для сероуглерода. Легкая испаряемость указанных добавок способствует увеличению конвекции углеводородной жидкости, а высокая плотность увеличивает теплоемкость жидкости, используемой для заполнения термосифонов. В этом заключается отличие предлагаемой высокоплотной добавки.

На чертеже изображено устройство для обогрева устья скважины, продольный разрез.

Устройство содержит термосифоны 1 со струенаправляющими элементами 2. Разделительная перегородка 3 делит термосифон 1 на две части теплую нижнюю и холодную верхнюю части. Нижняя часть термосифонов 1 заглублена в грунт ниже границы промерзания 4, т.е. в зону устойчивых положительных температур. Это первое отличие устройства. Верхние части термосифонов 1 гидравлически соединены в кольцевую полость и образуют рубашку обогрева 5 только на устье скважины 6 второе отличие. Наружная поверхность рубашки обогрева 5 теплоизолирована, а все устройство (наземная часть) накрыто колпаком (на чертеже не показан) для дополнительной защиты устья и верхнего слоя грунта вокруг скважины от воздействия отрицательных температур.

Устройство работает следующим образом. Вокруг устья скважины 6 бурят наклонные шурфы в количестве от 2 до 3 шт. Глубину шурфа выбирают в зависимости от глубины промерзания грунта в данной местности плюс 1,5 м на размещение нижней части термосифона 1. В наклонные шурфы опускают термосифоны 1, разделительные перегородки 3 которых располагают на уровне или ниже границы 4 промерзания грунта. На устье скважины 6 устанавливают рубашку обогрева 5 и жестко соединяют (сваркой) термосифоны 1 с рубашкой обогрева 5. После испытания на герметичность заполняют объем устройства незамерзающей углеводородной жидкостью, в качестве чего используют керосин, диз. топливо, газойль, легко масло или их смеси. В углеводородную жидкость добавляют высокоплотную легкоиспаряющуюся добавку четыреххлористый углерод или этилбромид или сероуглерод в количестве от 5 до 20% об. Количество высокоплотной добавки в смеси зависит от плотности исходной углеводородной жидкости чем меньше плотность, тем больше требуется добавки. В зимнее время низкозастывающая углеводородная жидкость в рубашке обогрева 5, охлаждается, ее плотность увеличивается и по трубе термосифона 1 более тяжелая жидкость оседает вниз, в нижнюю часть термосифона, откуда вытесняет нагретую от тепла грунта жидкость. Как видно из таблицы на глубине более 1,6 м температура всегда выше 2,2^oC. Нагретая от тепла грунта жидкость из нижней части термосифона 1 по струенаправляющему элементу 2 поднимается в кольцевую полость рубашки обогрева 5, где отдает свое тепло устью скважины 6. После охлаждения жидкость снова начинает оседать вниз. Таким образом осуществляется циркуляция жидкости в термосифоне 1, т.е. происходит конвективный перенос тепла грунта к рубашке обогрева 5.

Наличие струенаправляющих элементов 2 исключает смещение нагретой жидкости в верхней части термосифона 1 с охлаждающейся жидкостью, расположенной выше уровня промерзания 4 грунта. Также исключается смешение стекающей холодной жидкости с теплой в нижней части термосифона 1, где она (жидкость) нагревается от природного тепла грунта.

Дополнительная теплоизоляция внешней стенки рубашки обогрева 5 и установка колпака над устьем скважины 6 препятствует охлаждению жидкости и, главное, грунта от воздействия отрицательных температур. Все вышеуказанное способствует эффективному обогреву устья скважины от замерзания в зимнее время.

Устройство предназначено для использования в нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для предотвращения замерзания скважинной жидкости на устье в зимнее время, преимущественно в нагнетательных скважинах. Сущность изобретения заключается в том, что он содержит теплообменник с рубашкой обогрева и используется природное тепло грунта, находящегося глубже границы промерзания. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Устройство для обогрева устья скважины, включающее термосифоны со струенаправляющими элементами, заполненными низкозамерзающей углеводородной жидкостью, отличающееся тем, что нижняя часть термосифонов заглублена в грунт ниже границы промерзания. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхние части термосифонов гидравлически соединены и образуют рубашку обогрева устья. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заполняющая углеводородная жидкость содержит высокоплотную добавку.