СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2011 года по МПК E21B36/00 

Описание патента на изобретение RU2420655C1

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины при вынужденных остановках закачки жидкости, например в случае аварийного прекращения закачки жидкости или при циклических закачках ее в пласт.

Известен способ предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины и устройство для его осуществления (патент РФ №2092676, Е21В 36/00, Бюл. №22 от 10.08.2003), включающий подачу теплоносителя от заглубленного в грунт конвективного теплообменника к устью нагнетательной скважины, при этом предварительно осуществляют накопление тепла в грунте путем подачи из подземной части водовода части закачиваемой в нагнетательную скважину воды в качестве теплоносителя в конвективный теплообменник с последующей ее циркуляцией, а конвективный теплообменник выполнен в виде соединенных между собой в U-образную конструкцию струенаправляющих элементов, причем один из струенаправляющих элементов соединен с подземной частью водовода, при этом конвективный теплообменник снабжен пластинами.

Недостатки способа заключаются в следующем:

- для его осуществления необходимо использовать сложные и металлоемкие устройства, расположенные на глубине 3-4 м в грунте;

- при температуре плюс 4°С конвекционный перенос тепла прекращается, и устье скважины при прекращении закачки жидкости замерзает в течение 3-5 суток.

Наиболее близким по сущности является способ предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины (патент РФ №2209933, Е21В 36/00, Бюл. №22 от 10.08.2003), оборудованной колонной насосно-компрессорных труб (НКТ), включающий сообщение водовода с межтрубным пространством скважины через клапан коленообразного трубопровода, работающий на закрытие со стороны нагнетания жидкости в скважину, при этом сообщение водовода с межтрубным пространством скважины осуществляют в подземной его части ниже уровня сезонного замерзания грунта, а полость НКТ в скважинах с высоким пластовым давлением дополнительно сообщают с затрубным пространством через клапан аналогичного действия, что и клапан коленообразного трубопровода, устанавливаемый на наружной поверхности НКТ также ниже уровня сезонного замерзания грунта.

Недостатки способа заключаются в следующем:

- для его осуществления необходимо использовать устройство, рабочие узлы которого располагаются под грунтом, что затрудняет контроль их целостности и герметичности их соединения с водоводом и обсадной колонной;

- нарушается целостность обсадной колоны;

- слив жидкости в затрубное пространство приводит к коррозии обсадной колонны и ограничивает объемы применения способа из-за применения пакеров для разобщения затрубного пространства пакерами.

Технической задачей предложения является создание способа, обеспечивающего

- максимальную простоту конструкции устройств, необходимых для его осуществления;

- возможность при длительных остановках работы скважины надежно предотвратить замерзание устья скважины;

- снижение материальных и трудовых затрат при его осуществлении.

Техническая задача решается описываемым способом предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины, оборудованной колонной насосно-компрессорных труб (НКТ), включающим сообщение НКТ для нагнетания жидкости с наземной частью водовода через запорную арматуру и слив жидкости из водовода в скважину при остановке закачки.

Новым является то, что закачку жидкости осуществляют через запорную арматуру, выполненную в виде подпружиненного клапана, давлением, превышающим усилие открытия подпружиненного клапана, по наземной части водовода, оборудованной у подпружиненного клапана со стороны скважины трубопроводом, а с другой стороны от клапана в верхней точке - поплавковым клапаном, при этом слив жидкости осуществляют в НКТ из подземной части водовода ниже уровня сезонного промерзания грунта через трубопровод по наземной части водовода после открытия поплавкового клапана при превышении перепадом давления между водоводом и внешней средой, создаваемым уходящей жидкостью в пласт при остановке скважины, давления, которое удерживает поплавковый клапан.

На фиг.1 изображена схема устья нагнетательной скважины.

На фиг.2 изображена принципиальная схема поплавкового клапана, выполненного в виде шара.

Устье нагнетательной скважины 1 (см. фиг.1), оборудованное колонной насосно-компрессорных труб 2, содержит наземную часть водовода 3, сообщаемую с НКТ через запорную арматуру, выполненную в виде подпружиненного клапана 4, работающего на открытие со стороны движения жидкости в водоводе и разделяющего водовод на две камеры (камера 5 образована наземной частью водовода 3 и полостью НКТ, камера 6 - наземной 3 и подземной 7 частями водовода).

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Перед нагнетанием жидкости в скважину 1 (см. фиг.1) камеры 5 и 6 у подпружиненного клапана 4 сообщают трубопроводом 8, входная часть 9 которого располагается ниже уровня сезонного промерзания грунта. При этом камеру 6 в ее верхней точке сообщают с внешней средой поплавковым клапаном 10, работающим на закрытие со стороны подъема уровня жидкости в камере 6.

В качестве поплавкового клапана 10 служит рабочий элемент 11 (см. фиг.2), выполненный, например, в виде шара и изготовленный из материала, плотность которого меньше плотности нагнетаемой жидкости, и перекрываемое им отверстие 12 в корпусе 13.

Таким образом, при движении жидкости под давлением по подземной части водовода 7 (см. фиг.1) происходит заполнение камеры 6 и вытеснение из нее воздуха через поплавковый клапан 10. При достижении уровнем жидкости клапана 10 рабочий элемент 11 (см. фиг.2) из-за меньшей, чем у жидкости, плотности, всплывает и перекрывает отверстие 12 в корпусе 13. Под действием образовавшегося перепада давлений между камерами 6 и 5 (см. фиг.1) клапан 4 открывается и жидкость через камеру 5 по НКТ нагнетается в пласт (на чертежах не показан) - скважина работает в обычном режиме.

В случае аварийной остановки работы скважины или при циклической закачке жидкости подпружиненный клапан 4 закрывается. При этом столб жидкости, оставшийся в НКТ 2, создает репрессию на пласт ΔP=ρжgH-Pпл (где ρж - плотность жидкости, закачиваемой в пласт, Н - глубина скважины, Рпл - пластовое давление), которая приводит к частичному оттоку жидкости из НКТ в пласт и снижению давления в сообщающихся камерах 5 и 6 на величину Δр. При снижении давления Δр на величину, превышающую перепад давлений, удерживаемый поплавковым клапаном 10, происходит его открытие. При этом воздух поступает в камеру 6, а жидкость из нее (за счет перепада давлений Δр) через трубопровод 8 перетекает в камеру 5. При достижении уровнем жидкости в камере 6 входной части 9 трубопровода 8 начнется переток воздуха из камеры 6 в камеру 5, сопровождающийся снижением уровня жидкости в колонне НКТ 2. Процесс продолжается до выравнивания давления столба жидкости в НКТ с пластовым давлением Рпл.

Пример конкретного выполнения для открытия поплавкового клапана при остановке скважины, состоящего из шара 11 (см. фиг.2), изготовленного из материала плотностью ρк, которая меньше, чем плотность закачиваемой в пласт жидкости ρж, радиусом R, объемом V и перекрываемого им отверстия 12 диаметром d и площадью поперечного сечения s в корпусе 13. Условием работоспособности поплавкового клапана является подбор материала (плотности) шара клапана ρк и параметров клапана, а именно соотношения радиуса шара R и диаметра отверстия d, при которых перепад давлений ΔР, создаваемый пластом, выше, чем перепад давлений Δр, удерживаемый клапаном.

Для определения параметров клапана рассмотрим уравнение баланса сил, действующих на шар (см. фиг.2):

mg+ΔPs>FA, [1]

где mg - сила тяжести;

где m - масса шара:

m=ρкV,

где V - объем шара:

V=4πR3/3,

ΔPs - усилие, создаваемое перепадом давлений ΔР на поверхность шара площадью s=πd2/4 при снижении уровня жидкости на ΔН:

ΔР - ρжgΔН,

FА - выталкивающая (Архимедова) сила, действующая со стороны жидкости:

FАжgV.

Преобразуем формулу (1)

ΔPs>FA-mg,

ρжgΔHs>ρжgV-pжVg.

Решив уравнение относительно d, получим

При R=0,03 м, ρк=300 кг/м3, ρж=1000 кг/м3, ΔН=1 м (на практике достигает 300 м) открытие клапана происходит при радиусе отверстия 0,01 м.

Таким образом, при снижении давления жидкости в наземной части водовода поплавковый клапан открывается и устье скважины, включая наземную часть водовода, заполняется воздухом вместо уходящей в скважину жидкости, что предотвращает замерзание устья нагнетательной скважины, а при заполнении устья скважины не влияет на процесс закачки жидкости в пласт.

Преимущество предлагаемого способа заключается в простоте конструкций устройств, необходимых для его осуществления; в возможности при длительных остановках работы скважины надежно предотвратить замерзание устья скважины; в снижении материальных и трудовых затрат при его осуществлении.

Похожие патенты RU2420655C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ 2001
  • Тахаутдинов Ш.Ф.
  • Жеребцов Е.П.
  • Загиров М.М.
  • Шаяхметов Ш.К.
  • Шаяхметов А.Ш.
RU2209933C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ 1995
  • Тахаутдинов Ш.Ф.
  • Юсупов И.Г.
  • Доброскок Б.Е.
  • Кадыров Р.Р.
  • Жеребцов Е.П.
  • Андреев В.А.
  • Салимов М.Х.
RU2101467C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ 2013
  • Саетгараев Рустем Халитович
  • Мавлеев Ильдар Алисович
  • Ахметзянов Руслан Робертович
  • Маликов Марат Мазитович
RU2551038C2
СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1995
  • Кадыров Р.Р.
  • Федотов Г.А.
  • Салимов М.Х.
  • Калашников Б.М.
  • Андреев В.А.
  • Панарин А.Т.
RU2092676C1
СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НЕФТЯНЫХ И НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН 2001
  • Ибрагимов Н.Г.
  • Закиров А.Ф.
  • Тахаутдинов Р.Ш.
  • Баязитов З.А.
  • Магалимов А.А.
RU2208133C2
СПОСОБ ОСВОЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН И ИНТЕНСИФИКАЦИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПРИТОКОВ ТЯЖЕЛЫХ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Шлеин Геннадий Андреевич
  • Кузнецов Юрий Алексеевич
  • Котов Тарас Александрович
RU2340769C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГНЕТАНИЯ ЖИДКОСТИ В ПЛАСТ 2013
  • Файзуллин Илфат Нагимович
  • Набиуллин Рустем Фахрасович
  • Гусманов Айнур Рафкатович
  • Губаев Рим Салихович
  • Садыков Рустем Ильдарович
RU2539504C1
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ ДЛЯ ЗАКАЧКИ В НАГНЕТАТЕЛЬНЫЕ СКВАЖИНЫ 2003
  • Ибрагимов Н.Г.
  • Залятов М.Ш.
  • Закиров А.Ф.
  • Ожередов Е.В.
RU2239698C1
ТРУБНАЯ ОБВЯЗКА УСТЬЕВОЙ АРМАТУРЫ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ 2005
  • Фаттахов Рустем Бариевич
  • Арсентьев Андрей Александрович
  • Сахабутдинов Рифхат Зиннурович
  • Кудряшова Любовь Викторовна
  • Оснос Владимир Борисович
RU2300623C1
Способ определения герметичности насосно-компрессорных труб в нагнетательных скважинах 2018
  • Галиев Марсель Рамилевич
  • Маликов Марат Мазитович
RU2693090C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 420 655 C1

Реферат патента 2011 года СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины при вынужденных остановках закачки жидкости, например в случае аварийного прекращения закачки жидкости или при циклических закачках ее в пласт. Способ предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины, оборудованной колонной насосно-компрессорных труб (НКТ), включающий сообщение НКТ для нагнетания жидкости с наземной частью водовода через запорную арматуру и слив жидкости из водовода в скважину при остановке закачки, заключается в том, что закачку жидкости осуществляют через запорную арматуру, выполненную в виде подпружиненного клапана, давлением, превышающим усилие открытия подпружиненного клапана, по наземной части водовода, оборудованной у подпружиненного клапана со стороны скважины трубопроводом, а с другой стороны от клапана в верхней точке - поплавковым клапаном. При этом слив жидкости осуществляют в НКТ из подземной части водовода ниже уровня сезонного промерзания грунта через трубопровод по наземной части водовода после открытия поплавкового клапана при превышении перепадом давления между водоводом и внешней средой, создаваемым уходящей жидкостью в пласт при остановке скважины, давления, которое удерживает поплавковый клапан. Надежно предотвращает замерзание устья скважины при длительных остановках работы скважины, снижает материальные и трудовые затраты при его осуществлении. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 420 655 C1

Способ предотвращения замерзания устья нагнетательной скважины, оборудованной колонной насосно-компрессорных труб (НКТ), включающий сообщение НКТ для нагнетания жидкости с наземной частью водовода через запорную арматуру и слив жидкости из водовода в скважину при остановке закачки, отличающийся тем, что закачку жидкости осуществляют через запорную арматуру, выполненную в виде подпружиненного клапана, давлением, превышающим усилие открытия подпружиненного клапана, по наземной части водовода, оборудованной у подпружиненного клапана со стороны скважины трубопроводом, а с другой стороны от клапана в верхней точке - поплавковым клапаном, при этом слив жидкости осуществляют в НКТ из подземной части водовода ниже уровня сезонного промерзания грунта через трубопровод по наземной части водовода после открытия поплавкового клапана при превышении перепадом давления между водоводом и внешней средой, создаваемым уходящей жидкостью в пласт при остановке скважины, давления, которое удерживает поплавковый клапан.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2420655C1

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ 2001
  • Тахаутдинов Ш.Ф.
  • Жеребцов Е.П.
  • Загиров М.М.
  • Шаяхметов Ш.К.
  • Шаяхметов А.Ш.
RU2209933C1
Оборудование устья нефтяной скважины 1986
  • Ахмадишин Рустем Закиевич
  • Валеев Марат Давлетович
  • Мангушев Камиль Хамзиевич
SU1348504A1
СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ НАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1995
  • Кадыров Р.Р.
  • Федотов Г.А.
  • Салимов М.Х.
  • Калашников Б.М.
  • Андреев В.А.
  • Панарин А.Т.
RU2092676C1
СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАМЕРЗАНИЯ УСТЬЯ ВОДОНАГНЕТАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ В РЕЖИМЕ ЦИКЛИЧЕСКОГО ЗАВОДНЕНИЯ 2004
  • Халимов Рустам Хамисович
  • Воронин Александр Иванович
  • Кадыров Рамзис Рахимович
  • Андреев Владимир Александрович
  • Салимов Марат Халимович
RU2278951C2
US 4496001 А, 29.06.1985.

RU 2 420 655 C1

Авторы

Ахмадишин Фарит Фоатович

Пронин Виталий Евгеньевич

Кадыров Рамзис Рахимович

Киршин Анатолий Вениаминович

Ягафаров Альберт Салаватович

Даты

2011-06-10Публикация

2010-02-16Подача