Устройство для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах Советский патент 1992 года по МПК E21B36/00 

Z$W$$%

7&$%$$ % $4

Изобретение относится к нетфегазодо- бывающей промышленности и предназначено для эксплуатации газовых и нефтяных скважин в многолетнемерзлых породах. Цель - повышение надежности устройства и обеспечение возможности исключения постоянного контроля за его работой при одновременном упрощении конструкции. Устройство содержит наружную 1 и внут

9 Ю

О

ю

реннюю 2 трубы 4, перегородку 3. Верхняя часть устройства сообщается с атмосферой и выполняет функции теплообменника. Кольцевые полости 4 и 5 частично заполнены охлаждающей жидкостью, например водным раствором диэтиленгликоля, керосином, дизтопливом и т.д. Нагретая часть жидкости по внутренней кольцевой полости 4 поднимается вверх и через отверстия 7 смешивается с остальной частью жидкости. Одновременно охлажденная в теплообменнике более плотная часть жидкости спускается по внешней кольцевой полости 5 вниз и вытесняет более легкую нагретую жидкость из кольцевой полости 4 путем перетекания в нее через перепускное отверстие 6.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации газовых и нефтяных скважин в многолетнемерзлых породах.

Известно устройство для предотвращения растепления околоствольного пространства в зоне мерзлоты, включающее саморегулирующуюся (конвективную) охлаждающую установку, расположенную вокруг обсадной колонны скважины, причем охлаждающая установка содержит испарительную и конденсаторные части, расположенные соответственно ниже и выше уровня поверхности пород, при этом испарительная часть частично заполнена низкокипящей жидкостью.

Недостатками известного охлаждающего устройства являются низкая надежность его конструкции и наличие -эксплуатационных затрат, а также недостаточная глубина охлаждения.

Известно устройство для охлаждения скважин в многолетнемерзлых породах, включающее три коаксиально расположенные трубы, частично погруженные в грунт и образующие две герметичные кольцевые полости, расположенные вокруг обсадной колонны скважины и частично заполненные низкокипящей охлаждающей жидкостью.

Недостатками известного устройства являются большие эксплуатационные затраты, обусловленные необходимостью его вакуумирования перед заправкой хладагентом, а также необходимость постоянного контроля за работой устройства в связи с большими давлениями, развиваемыми в процессе эксплуатации устройства парами низкокипящей жидкости, поскольку при

Таким образом осуществляется циркуляция жидкости. Перегородка 3, выполненная в виде цилиндра на всю высоту конструкции с несколькими вырезами в нижнем и верхнем торцах, исключает горизонтальное перемешивание охлаждающего и нагретого потоков жидкости, т.е. устраняет конвективный перенос тепла от стенки обсадной колонны 11 к многолетнемерзлым /юродам. Учитывая, что во внутренней кольцевой полости 4 конвективный перенос тепла от обсадной колонны 11 к перегородке 3 неизбежен, то для устранения влияния этого тепла на движение охлажденного потока целесообразно перегородку 3 выполнить теплоизолированной. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

разгерметизации устройство теряет способность охлаждать скважину, что требует ремонта конструкции, вакуумирования и заправки новой порции охлаждающей жидкости.

Целью изобретения является повышение надежности устройства и возможности исключения постоянного контроля за его работой при одновременном упрощении конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для термоизоляции скважин в многолетнемерзлых породах, включающем две коаксиально расположенные трубы, частично погруженные в грунт и образующие герметичную кольцевую полость, заполненную охлаждающей жидкостью, и концентрично установленную в ней вертикальную кольцевую перегородку, делящую кольцевую полость на две камеры при этом вертикальная кольцевая перегородка установлена с зазорами относительно верхнего и нижнего торцов герметичной кольцевой полости с возможностью образования перепускных каналов и сообщения через них камер герметичной кольцевой полости, которые заполнены охлаждающей жидкостью, не кипящей при температуре работы скважины.

Поставленная цель также достигается тем, что вертикальная кольцевая перегородка выполнена теплоизолированной.

Отличительными признаками изобретения от прототипа являются следующие:

На чертеже приведена принципиальная схема устройства, включающего наружную трубу 1, внутреннюю трубу 2 и перегородку 3, образующую внутреннюю кольцевую полость 4 и внешнюю кольцевую полость 5, которые сообщаются между собой через нижние перепускные отверстия 6 и верхние перепускные отверстия 7. Верхняя часть 8 устройства сообщается с атмосферой и выполняет функции теплообменника. Кольцевые полости частично заполнены охлаждающей жидкостью, например раствором диэтиленгликоля в воде, либо керосином, дизтопливом, любым жидким н-алканом с длиной углеродной цепи более 5 (н-гексан СеЖа), глицерином и многими другими жидкостями. Расстояние между стенкой скважины 9 и наружной трубой 1 заполнено цементным раствором 10 для крепления скважины. Внутри внутренней трубы 2 расположена обсадная колонна 11.

Устройство для термоизоляции скважин в многолетних породах реализуется следующим образом.

В зимний период разность температур между стенкой обсадной колонны 11 и теплообменником 8 достигает , 60-70 градусов. Нагретая часть жидкости по внутренней кольцевой полости 4 поднимается вверх и через отверстия 7 смешивается с остальной частью жидкости. Одновременно охлажденная в теплообменнике более плотная часть жидкости опускается по внешней кольцевой полости 5 вниз и вытесняет более легкую нагретую жидкость из кольцевой полости 4 путем перетекания в нее через перепускное отверстие 6. Таким образом осуществляется циркуляция жидкости.

Перегородка 3, выполненная в виде цилиндра на всю высоту конструкции с несколькими вырезами в нижнем и верхнем торцах исключает горизонтальное перемешивание охлаждающего и нагретого потоков жидкости, т.е. устраняет конвективный перенос тепла от стенки обсадной колонны 11 к многолетнемерзлым породам.

Учитывая, что во внутренней кольцевой полости 4 конвективный перенос тепла от обсадной колонны 11 к перегородке 3 неизбежен, то для устранения влияния этого тепла на движение охлажденного потока

целесообразно перегородку 3 выполнить теплоизолированной. В этом случае разность температур нагретого и охлажденного потоков будет максимальна, что позволит

интенсифицировать тепломассоперенос, т.е. повысить эффективность охлаждения скважины и тем самым больше накопить холода в многолетнемерзлых породах вокруг скважины и одновременно позволитувеличить глубину охлаждения скважины.

В летний период разность температур между обсадной колонной 11 и теплообменником 8 уменьшается и, следовательно, снижается эффективность охлаждающего

устройства. Однако предложенное устройство способно накапливать в зимний период достаточное количество холода в многолетнемерзлых породах, чтобы предотвратить их растепление за короткое северчое лето, например на полуострове Ямал.

Использование изобретения, в сравнении с прототипом, позволит снизить эксплуатационные затраты за счет упрощения и уменьшения частоты профилактического

контроля, а также исключить вакуумирую- щее оборудование и уменьшить расходы на содержание обслуживающего персонала. Кроме того, предлагаемый способ позволяет увеличить глубину охлаждения скважин в

ММП.

Формула изобретения

трубы, частично погруженные в грунт и образующие герметичную кольцевую полость, заполненную охлаждающей жидкостью и концентрично установленную в ней вертикальную кольцевую перегородку, делящую

кольцевую полость на две камеры, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства и возможности исключения постоянного контроля за его работой при одновременном упрощении

конструкции, вертикальная кольцевая перегородка установлена с зазорами относительно верхнего и нижнего торцов герметичной кольцевой полости с возможностью образования перепускных каналов и

сообщения через них камер герметичной кольцевой полости, причем камеры заполнены охлаждающей жидкостью, не кипящей при температуре работы скважины.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что вертикальная кольцевая перегородка выполнена теплоизолированной.