КРИОГАЗОГЕНЕРАТОРНЫЙ СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СКВАЖИН ГАЗОМ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B43/25 E21B43/263 

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для обеспечения безопасных азотоиспользующих технологий при проведении буровых работ при запуске, ремонте и восстановлении скважин и т.п.

Известен способ отбойки горных пород с помощью газодинамического патрона, состоящего из пустотелого корпуса с зарядной камерой и разрядной головкой с выхлопными отверстиями, которые отделены друг от друга срезной диафрагмой. В зарядной камере установлен заряд твердого газообразующего вещества, в котором установлен электронагревательный элемент. В качестве вещества заряда использован газовый гидрат (см. а.с. 1413242, кл. E 21 C 37/06 от 06.05.86).

Известен способ с использованием газогенератора для разрыва пласта давлением пороховых газов, с целью увеличения нефтеотдачи, включающий твердотопливный заряд в виде стержня, содержащего герметичную воспламенительную полость с цепью заряда. Воспламенительная полость выполнена с ребрами, расположенными по винтовой линии вдоль всего заряда, и сообщена с внешней средой расширяющимися каналами, закрытыми пробками из твердого топлива (см. а.с. 588782, кл. E 21 B 43/26 от 02.07.75).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании этих двух известных способов, относят то, что устройства, использующие эти способы, устанавливают в скважину, что взрывоопасно.

Известен способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в котором газовую инертную смесь получают из атмосферного воздуха путем его предварительного сжатия, пропускания под давлением через установку, задерживающую кислород и пары воды, и сжатия до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смеси (см. патент РФ 2107807, кл. E 21 B 43/25).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе в качестве источника газовой инертной смеси используют атмосферный воздух и технологическая сложность получения из воздуха сжатой инертной газовой смеси.

Известен способ обеспечения азотом путем получения его в жидком виде методом криогенного разделения воздуха с последующей газификацией непосредственно на скважине и подачей его под высоким давлением в скважину. Данный способ осуществляется криогенным комплексом, включающим в себя воздухоразделительную установку, транспортировщик жидкого азота и газификационную установку высокого давления (см. Криогенное и холодильное оборудование и технологии: Сб. науч. тр. Сиб рег. отд. Междунар. академии холода; Ред. А.К. Грезин и др. - Омск, 1997. - С. 25-36).

Такой способ отличается высокой сложностью оборудования криогенного комплекса и его высокой стоимостью. Кроме того, мобильная газификационная установка, которая непосредственно обслуживает скважины, имеет чрезвычайно большую массу и габариты, что затрудняет обслуживание скважин в условиях плохих дорог (например, газификационная установка весит 31,7 т без тягача - там же, с. 35).

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ обработки продуктивного пласта, включающий термогазохимическое и барическое воздействие на пласт путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем - стабилизатором горения с центральным круглым каналом с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда с последующей передачей энергии горения заряда в пласт (см. патент РФ N 2103493, кл. E 21 B 43/25, 43/263 от 01.03.96 г.), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относят то, что в известном способе устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта непосредственно спускают в скважину, а появление в стволе нефтяной скважины высокотемпературной пороховой шашки само по себе взрывопожароопасно и требует высочайшей надежности исполнения устройства. Извлечение устройства после обработки скважины является достаточно сложной проблемой, а газовый состав продуктов сгорания не регламентирован по компонентам.

К недостаткам также можно отнести то, что, во-первых, распространение горения по внешней поверхности заряда (шашки) происходит по мере вытеснения прилегающих слоев воды, что снижает начальное возрастание поверхности газообразования и в итоге снижает эффективность работы газогенератора и управляемость процесса истечения газа, а во-вторых, требуются значительные затраты на демонтаж надскважинного оборудования при использовании данного способа, что значительно ухудшает эксплуатационную ценность способа.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в обеспечении безопасности и удобства эксплуатации систем обеспечения скважин газом высокого давления.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе обеспечения скважин газом высокого давления, полученный газ подают в скважину и барически воздействуют на пласт.

Особенность заключается в том, что сжигают пороховые элементы на основе азида натрия, а подачу газа в скважину и воздействие на пласт производят из системы обеспечения скважин газом, расположенной над стволом скважины и представляющей собой две магистрали, гидравлически связанные друг с другом, причем к магистрали от газогенератора подключена магистраль азота из криогенной емкости. Магистраль от газогенератора с горячим источником газа высокого давления состоит из газогенератора, фильтра для очистки газа и теплообменника. За счет взаимодействия и смешения потоков газа из указанных магистралей достигают требуемой безопасной температуры газа, подаваемого в скважину. Кроме того, количество подаваемого в скважину газа и его давление регулируют вентилем, установленным в трубопроводе высокого давления.

Введение в систему обеспечения скважин газом высокого давления магистрали с источником сжиженного газа, например, криогенной емкости с жидким азотом, позволяет объединить в одну систему криогенный способ обеспечения азотом и горячий способ получения газов высокого давления от газогенератора. Криогенный способ требует для испарения жидкого азота и нагрева его до температуры окружающей среды значительного количества тепла, на что уходит основная часть (до 90%) энергопотребления в традиционных газификационных установках, а в горячем способе получения газа высокого давления от газогенератора требуется отвод значительного количества тепла. Комбинация этих способов позволяет получить качественно новый способ, который практически не требует энергопотребления, т.к. тепло горячего азота высокого давления газогенераторной системы используется для испарения и нагрева азота, поступающего из криогенной емкости, например в теплообменнике-смесителе, где потоки смешиваются и подаются по трубопроводу высокого давления в скважину. Благодаря смешению потоков газа из указанных магистралей достигается требуемая безопасная температура газа высокого давления, подаваемого в скважину. Газогенератор выполняют в виде корпуса, выдерживающего высокие давления и температуры. В качестве пороховых элементов используют азид натрия, выделяющий при сжигании практически чистый азот.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Схема осуществления предлагаемого способа приведена на чертеже.

Способ осуществляют в следующей последовательности:
Воспламеняют с помощью воспламенителя и сжигают пороховые элементы азида натрия (пороховой шашки) 2 в специальном устройстве 3, выдерживающем высокие давления и температуры - газогенераторе. Для замены сгоревшей пороховой шашки предусмотрен затвор 4. Выделяющийся газ очищают от примесей и направляют в теплообменник-смеситель 5. Одновременно с работой горячей магистрали от газогенератора включают в работу магистраль с источником сжиженного газа 6, осуществляют взаимодействие этих магистралей и смешение горячего и холодного потоков, например, в теплообменнике-смесителе 5. Смешанный газ высокого давления по трубопроводу 7 высокого давления подают в скважину 8 через вентиль 9.

После криогенной емкости в магистрали установлен насос сжиженных газов 10.

Разработаны составы азида натрия типа АТС-1 и АТС-2, обеспечивающие безопасную для эксплуатации скорость горения и высокую плотность упаковки азота (863 и 1050 кг/м³). Проведены лабораторные испытания макета установки. Разрабатывается документация на опытную установку.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средства, воплощающие заявленный способ при его осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно, в нефтегазодобывающей промышленности;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для обеспечения азотоиспользующих технологий при проведении буровых работ, при запуске, ремонте и восстановлении скважин и т.п., обеспечивает безопасность и удобство эксплуатации систем обеспечения скважин газом высокого давления. Сущность изобретения: в газогенераторе сжигают пороховые элементы азида натрия, полученный газ подают в скважину и барически воздействуют на пласт. Подачу газа в скважину и воздействие на пласт производят из системы обеспечения скважины газом, расположенной над стволом скважины. Система представляет собой две магистрали, гидравлически связанные друг с другом. Одна из магистралей с горячим источником газа высокого давления состоит из газогенератора, фильтра для очистки газа и теплообменника-смесителя, другая - из источника сжиженного газа, например, криогенной емкости. За счет взаимодействия и смешения газов из двух магистралей достигают требуемой безопасной температуры газа, подаваемого в скважину. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Криогазогенераторный способ обеспечения скважин газом высокого давления, при котором полученный газ подают в скважину и барически воздействуют на пласт, отличающийся тем, что сжигают пороховые элементы азида натрия, а подачу газа в скважину и воздействие на пласт производят из системы обеспечения скважин газом, расположенной над стволом скважины и представляющей собой две магистрали, гидравлически связанные друг с другом, причем к магистрали от газогенератора с горячим источником газа высокого давления, состоящей из газогенератора, фильтра для очистки газа и теплообменника, подключают магистраль с источником сжиженного газа, например криогенной емкости, и достигают требуемой безопасной температуры газа, подаваемого в скважину за счет взаимодействия и смешения потоков газа и указанных магистралей. 2. Способ по п.1, в котором количество подаваемого в скважину газа и его давление регулируют вентилем, установленным в трубопроводе высокого давления.