УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 1998 года по МПК E21B36/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к устройствам для обогрева устья водонагнетательных скважин в зимнее время при аварийном прекращении закачки воды.

Известно устройство для конвективного теплообмена [1] включающее чередующиеся термосифоны и термосваи. Недостатком данного устройства является большая металлоемкость.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для термоизоляции скважин [2] включающее две коаксиально расположенные трубы, образующие герметичную кольцевую полость, разделенную теплоизолированной перегородкой на две сообщающиеся камеры, которые заполнены охлаждающей жидкостью, не кипящей при температуре работы скважины.

Недостатком известного устройства является необходимость его установки в самый начальный период строительства скважины, т.е. в процессе эксплуатации установки на скважине известного устройства невозможна.

Целью предлагаемого технического решения является предотвращение замерзания устья скважины на любой стадии эксплуатации за счет накопления тепла в грунте при закачке воды в скважину (в режиме обычного теплообменника) и использование накопленного тепла грунта для обогрева устья при авыарийной остановке закачки воды в зимнее время (в режиме работы конвективного теплообменника).

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины, включающем две соосно расположенные трубы, образующие герметичную кольцевую полость с возможностью сообщения в нижней части через перепускные окна с полостью внутренней трубы согласно изобретению, устройство размещено внутри скважины и заполнено закачиваемой в скважину жидкостью, верхние части кольцевой полости и полости внутренней трубы соединены с наземной частью водовода посредством наклонных патрубков, причем внутренняя труба оборудована обратным клапаном, а наружная труба теплоизолирована до глубины устойчивых положительных температур в грунте.

Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что устройство расположено внутри скважины и может работать в двух последовательных режимах: в первом режиме режиме обычного теплообменника при открытом обратном клапане для накопления тепла в грунте в период закачки воды в скважину. В этом режиме используется тепло, приносимое закачиваемой водой. В летнее время температура закачиваемой воды составляет 14 18^oC, что на 8 10^oC превышает естественную температуру грунта на глубине 1,6 м. т.е. в зоне устойчивых положительных температур. В зимнее время перепад температур уменьшается до 4 6^oC, но остается точным, чтобы обеспечить устойчивое накопление тепла в грунте вокруг нагнетательной скважины. В этом заключается отличие предлагаемого устройства от известного, которое располагается снаружи скважины и заполнено охлаждающей жидкостью, некипящей при температуре работы скважины. Во-втором (аварийном) режиме при прекращении закачки воды и при закрытии обратного клапана устройство работает как конвективный теплообменник с использованием ранее накопленного тепла в грунте для обогрева устьевого оборудования и наземной части водовода. В этом заключается другое отличие предлагаемого устройства от известного устройства, которое работает непрерывно в одном режиме.

На чертеже представлено продольное сечение скважины с расположенным внутри предлагаемым устройством.

Пример конкретного исполнения. Предлагаемое устройство совместно с стандартной устьевой арматурой (ГОСТ 13846-84), расположено внутри обсадной колонны 1 и включает две соосно расположенные трубы наружную трубу 2 и внутреннюю трубу 3, которые образуют герметичную кольцевую полость за счет установки пакера 4 на внутренней трубе 3. В нижней части внутренней трубы 3 расположены перепускные окна 5 для сообщения между кольцевой полостью и полостью внутренней трубы 3. Ниже перепускных окон 5 внутренняя труба 3 оборудована обратным клапаном 6. Наружная труба 2 конвективного теплообменника теплоизолирована (покрыта полиэтиленом) до глубины устойчивых положительных температур в грунте для данной местности, которую определяют по справочнику (А. В. Деточенко, А. Л. Михеев и М.М. Волков. Спутник газовика. М. Недра, 1978, с. 91, табл. 3.11). Для нашей местности эта глубина составляет 1,6 м. Герметичная кольцевая полость между наружной трубой 2 и внутренней трубой 3, в которой находится нагретая от тепла грунта вода, через наклонный патрубок 7 соединена с наземной частью водовода 8. Наземная часть водовода 8 посредством другого наклонного патрубка 9 соединения с полостью внутренней трубы 3, куда стекает холодная вода из наземной части водовода 8.

Для изготовления предлагаемого устройства используют стандартное оборудование (трубы НКТ на 89 и 48 мм, пакер и обратный клапан).

Устройство работает следующим образом. В период нормальной работы скважины основная часть воды по наземной части водовода 8 через наклонный патрубок 9 поступает в полость внутренней трубы 3, открывает обратный клапан 6 и закачивается в пласт. Глубина установки обратного клапана 6 составляет 5 8 м. Меньшая часть воды через кольцевую полость между наружней трубой 2 и внутренней трубой 3 смешивается с основным потоком в перепускных окнах 5. Тепло, приносимое закачиваемой водой, передается в грунт через стенки металлических труб, способствуя накоплению тепла в грунте и повышению его температуры выше естественной, т.е. устройство работает как обычный теплообменник. При аварийной остановке закачки воды в скважину обратный клапан 6 закрывается. Устройство начинает работать в качестве конвективного теплообменника. Нагретая от тепла грунта вода, находящаяся в кольцевой полости между внутренней трубой 3 и наружной трубой 2, как более легкая, поднимается вверх и через наклонный патрубок 7 поступает в наземную часть водовода 8, отдавая по пути тепло устьевому оборудованию и наземной части водовода 8. Наружная труба 2, проходящая по зоне промерзания грунта (1,6 м для нашей местности), покрыта полиэтиленом изнутри для уменьшения потерь тепла на бесполезный нагрев промерзшего грунта. Таким образом, теплоизоляция только верхней части трубы 2 предназначена для предотвращения преждевременного охлаждения воды и выравнивая температур в кольцевой полости и в полости внутренней трубы 3. Выравнивание температур воды и соответственно плотностей может привести к уменьшению единственной движущей силы конвективного теплообмена разности плотностей холодной воды наверху и нагретой воды снизу устройства. Охлажденная и более плотная вода из наземной части водовода 8 через наклонный патрубок 9 по внутренней трубе 3 стекает во внутреннюю полость этой трубы, вытесняет через перепускные окна 5 теплую воду из кольцевой полости. Так осуществляется замкнутая циркуляция воды в предлагаемом устройстве.

Использование данного устройства, изготовленного целиком из стандартного оборудования, позволяет в зимних условиях обогревать устье водой за счет использования ранее накопленного тепла в грунте, т.е. устройство для предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины не требует использования посторонних источников энергии и специальных теплоносителей.

Изобретение - устройство для предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины относится к нефтедобывающей отрасли, в частности к устройствам для обогрева при аварийном прекращении закачки воды. Сущность изобретения: новым в предлагаемом изобретении является возможность установки устройства, изготовленного целиком из стандартного оборудования, внутри обсадной колонны, что позволяет эксплуатировать устройство или в режиме обычного теплообменника для нагрева грунта вокруг скважины, или в режиме конвективного теплообменника для обогрева устья при аварийном прекращении закачки воды в скважину. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины, включающее две соосно расположенные трубы, образующие герметичную кольцевую полость с возможностью сообщения в нижней части через перепускные окна с полостью внутренней трубы, отличающееся тем, что устройство размещено внутри скважины и заполнено закачиваемой в скважину жидкостью, причем внутренняя труба оборудована обратным клапаном, а верхние части кольцевой полости и полости внутренней трубы соединены с наземной частью водовода посредством наклонных патрубков. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная труба теплоизолирована до глубины устойчивых положительных температур в грунте.