устройство для комплексной разработки газогидратных залежей

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ РАЗРАБОТКИ ГАЗОГИДРАТНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ, включающее внешнюю выдачную колонну с боковым окном, внутреннюю центральную напорную колонну с боковым отверстием, сообщенную трубчатым элементом с насадкой, коллектор в виде цилиндрической камеры с выпускными каналами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности разработки подводных залежей за счет снижения энергозатрат и подводного разделения полезных компонентов, оно снабжено вспомогательной внутренней колонной, обсадной трубой с башмаком и переходником с выступом, в котором выполнены каналы, и патрубком, установленным между отверстием напорной и окном выдачной колонн, при этом коллектор, выполненный в нижнем торце с приемными окнами и утолщением верхней части стенок, установлен в интервале обсадной трубы с образованием кольцевой камеры, сообщенной каналом, выполненным в утолщении стенки с вспомогательной колонной и частью каналов выступа, выпускные каналы коллектора выполнены также в утолщении стенок, сообщены с другой частью каналов выступа и выдачной колонной, а насадка установлена в нижней части коллектора тангенциально к его поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено теплоприемниками в виде перфорированных пластин, закрепленных на трубчатом элементе, установленном в камере коллектора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть использовано при скважинной гидродобыче и опробовании газогидратных залежей.

Известен скважинный гидромониторный агрегат, включающий внешнюю колонну для выдачи пульпы, центральную колонну для подачи рабочего агента, внутреннюю колонну, причем центральная и внутренняя колонны выполнены с возможностью осевого перемещения относительно внешней.

Недостатком этого агрегата являются значительные энергетические затраты на приведение полезного ископаемого в подвижное состояние и выдачу гидросмеси на поверхность за счет использования насосного оборудования.

Прототипом к предлагаемому является гидромониторный агрегат, включающий внешнюю колонну для выдачи пресной водовоздушной смеси, центральную колонну, снабженную гидромониторной насадкой для подачи минерализованной воды, внутреннюю колонну для выдачи минерализованной водовоздушной смеси, обсадную колонну с выступом и башмаком, причем центральная и внутренняя колонны установлены с возможностью осевого перемещения относительно внешней колонны.

Промышленное использование изобретения не позволяет производить добычу полезных ископаемых с высокой эффективностью вследствие значительных энергетических затрат на выполнение процессов и невозможности комплексного использования полезного ископаемого с разделением полезных компонентов в недрах.

Цель изобретения - повышение эффективности разработки за счет снижения энергозатрат на нагрев пород пласта минерализованной водой, разделения в недрах полезных компонентов и дальнейшего комплексного использования газа и пресной воды, выделяющихся при разложении газогидратов.

Указанная цель достигается тем, что прогрев газогидратной залежи осуществляется за счет подачи минерализованной воды с более температурой, чем температура пласта, в коллекторный узел с передачей тепла на стенки устройства и выпуск пресной воды и газа через соответствующие окна в корпусе устройства.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что оно снабжено коллекторным узлом, соединенным с центральной и внутренней колоннами, кольцевой цилиндрической камерой, изолированной от внешней колонны, гидромониторными насадками, установленными тангенциально к образующей поверхности корпуса коллектора, каналом, сообщающим верхнюю часть камеры с внутренней колонной, приемным узлом, выполненным в виде цилиндрической камеры с приемными окнами и выпускными каналами.

Таким образом, устройство соответствует критерию "Новизна".

Сопоставительный анализ признаков заявляемого устройства с известными в данной области техническими решениями с целью обнаружения в них признаков, отличающих его от прототипа, не выявил решений, обладающих сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии данного устройства критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.

Устройство для комплексной разработки газогидратных залежей включает внешнюю колонну 1, окно 2, обсадную колонну 3, выступ 4, башмак 5, каналы 6, окна 7, центральную колонну 8, патрубок 9 и внутреннюю колонну 10. Устройство снабжено коллекторным узлом, состоящим из коллектора 11, цилиндрической камеры 12, приемных окон 13, выпускных каналов 14, трубчатого элемента 15, теплоприемников 16 и отверстий 17, гидромониторной насадкой 18, каналом 19, камерой 20, отверстиями 21, уплотнительными элементами 22 и 23. Кроме того, внешняя поверхность коллектора 11 и внутренняя поверхность обсадной колонны 3 образуют кольцевую цилиндрическую камеру 24, изолированную от внешней колонны уплотнительными элементами 22 и 23.

В непосредственной близости от поверхности акватории 25 во внешней колонне 1 выполнено окно 2, которое сообщено с внутренней полостью центральной колонны 8 патрубком 9.

В пределах мощности пласта 26 газогидратной залежи скважина 27, пройденная до кровли подстилающих пород 28, обсаживается колонной 3, снабженной выступом 4 и башмаком 5. В последнем выполнены окна 7, расположенные радиально, а в выступе 4 выполнены каналы 6, сообщенные с внутренней полостью внешней колонны 1 и через камеру 20 и отверстия 21 с внутренней полостью колонны 10. За счет уплотнительных элементов 22 и конструктивных особенностей верхней торцовой части коллекторного узла (асимметричное расположение прилива 29) внутренние полости колонн 1 и 10 не имеют гидравлической и пневматической связей.

Кольцевая цилиндрическая камера 24 гидравлически связана с центральной колонной 8 через гидромониторную насадку 18 и полость трубчатого элемента 15. Гидромониторная насадка 18 установлена тангенциально к образующей поверхности корпуса коллекторного узла и расположена в основании кольцевой цилиндрической камеры 24, что позволяет создать закрученный поток воды, увеличив турбулентность и теплоотдачу обсадной колонны 3. Верхняя часть камеры 24 через отверстия 21 сообщена с внутренней колонной 10. Трубчатый элемент 15, соединяющий центральную колонну 8 с гидромониторной насадкой 18, выполнен из материала с повышенной теплопроводностью. Кроме того, трубчатый элемент 15 снабжен кольцевыми и секторными (в основании цилиндрической камеры 12) теплопроводниками 16, выполненными с отверстиями 17 и из того же материала, что и сам трубчатый элемент. Цилиндрическая камера 12 гидравлически связана в основании через приемные окна 13 с окнами 7 башмака 5, при этом верхняя часть камеры через выпускные каналы 14 сообщена с внутренней полостью внешней колонны 1.

Работа устройства рассматривается на примере использования воды акватории 25 с более высокой, чем у газогидратной залежи, температурой, используемой для разогрева пород пласта 26. Для этого из плавсредства (не показаны) на колоннах 8 и 10 опускают и устанавливают коллекторный узел на выступ 4 и башмак 5 обсадной колонны 3. Вода из акватории 25 через патрубок 9 поступает в центральную колонну 8 и через трубчатый элемент 15 подается на насадку 18. В кольцевой цилиндрической камере 24 возникает закрученный восходящий поток воды, который отдает тепло обсадной колонне 3. Нагреваясь, обсадная колонна 3 передает тепло породам пласта 26, что приводит к разложению газогидратов на свободный газ и пресную воду. Газ по каналам 6 поступает во внутреннюю полость внешней колонны 1 и камеру 20, из которой через отверстия 21 - во внутреннюю полость колонны 10. Разложение газогидратов сопровождается теплопоглощением, что приводит к выделению газа и пресной воды, которая через окна 7 и приемные окна 13 поступает в цилиндрическую камеру 12. Пресная вода проходит через камеру 12, трубчатые элементы 15 и теплоприемники 16, в которых создается демпферная тепловая прослойка, предохраняющая минерализованную воду, поступающую из акватории в камеру 24, от быстрого охлаждения. Затем пресная вода по каналу 14 поступает во внутреннюю полость колонны 1 и эрлифтируется газом на поверхность, где происходит их разделение. Минерализованная вода акватории, отдав тепло обсадной колонне 3, через канал 19 поступает во внутреннюю полость колонны 10 и эрлифтируется газом на поверхность, где происходит отделение газа для его дальнейшего использования и слив минерализованной воды в акваторию.

Теплопоглощение при разложении газогидратов сопровождается понижением температуры вплоть до отрицательных значений пород пласта 26, что приводит к созданию непроницаемого льдопородного целика 30, который препятствует прорыву свободного газа в акваторию.