оборудование для предупреждения растепления многолетнемерзлых пород при эксплуатации скважины

Формула изобретения

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ РАСТЕПЛЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИНЫ, содержащее обвязанные между собой на устье колонны обсадных и насосно-компрессорных труб, установленный на колонне насосно-компрессорных труб ниже подошвы залегания многолетнемерзлых пород пакер для разобщения затрубного пространства скважины и патрубок для сообщения затрубного пространства скважины выше пакера с атмосферой, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы оборудования за счет улучшения теплозащиты скважины в зоне залегания многолетнемерзлых пород путем использования энергии добываемого флюида, оно снабжено эжектирующим узлом с диффузором, смесительной камерой и конфузором, и узлом регулирования поступления воздуха с обратными клапанами, выполненным в виде наружной и внутренней втулок, установленных концентрично с возможностью взаимного осевого перемещения и соединенных каждая одним концом с колонной насосно-компрессорных труб, при этом втулки выполнены с радиальными каналами, обратные клапаны размещены в радиальных каналах внутренней втулки, а смесительная камера эжектирующего узла гидравлически связана с затрубным пространством скважины над пакером.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при эксплуатации фонтанных скважин, а также при добыче нефти с помощью погружных ЭЦН.

Известен способ предохранения многолетнемерзлых пород (ММП) вокруг эксплуатационной скважины с помощью хладагента, циркулирующего в затрубном пространстве. При этом способе в скважину спускают дополнительную обсадную колонну, которая располагается концентрично между кондуктором и эксплуатационной колонной. В кольцевое пространство между кондуктором и дополнительной обсадной колонной подают хладагент, который движется вниз. Затем по кольцевому пространству между эксплуатационной колонной и дополнительной обсадной колонной он поднимается к устью [1].

Недостатки известного способа - усложнение конструкции скважины, необходимость в дополнительном оборудовании для нагнетания хладагента на поверхности, а также дополнительные затраты и удорожание технического обслуживания скважины.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предложенному оборудованию является устройство для аккумуляции холода в приустьевой части скважины [2]. Известное устройство включает три коаксиальные колонны, одна из которых (наружная обсадная) контактирует с ММП. По внутренней колонне поток добываемого флюида движется вверх. Промежуточная обсадная колонна спущена до подошвы залегания ММП и образует два кольцевых канала, соединяющихся между собой в нижней части, а в верхней части - с атмосферой. Затрубное пространство скважины ниже промежуточной колонны перекрыто с помощью пакера, установленного на внутренней колонне. Нагретый от внутренней колонны воздух поднимается вверх по внутреннему кольцевому каналу, а из атмосферы в наружный кольцевой канал поступает более холодный воздух, который опускается вниз. Последний охлаждает обсадную колонну и предотвращает протаивание ММП. Однако известное устройство требует спуска дополнительной колонны и, кроме того, недостаточно эффективно, особенно в летнее время.

Цель изобретения - повышение надежности работы оборудования путем улучшения теплозащиты скважины в зоне залегания ММП за счет использования энергии добываемого флюида.

Указанная цель достигается тем, что оборудование для предупреждения растепления многолетнемерзлых пород при эксплуатации скважин, содержащее обвязанные между собой на устье колонны обсадных и насосно-компрессорных труб, установленный на колонне насосно-компрессорных труб ниже подошвы залегания ММП пакер для разобщения затрубного пространства скважины и патрубок для сообщения затрубного пространства скважины над пакером с атмосферой, снабжено эжектирующим узлом с диффузором, смесительной камерой и конфузором, узлом регулирования поступления воздуха с обратными клапанами, выполненным в виде наружной и внутренней втулок, установленных концентрично с возможностью взаимного осевого перемещения и соединенных каждая одним концом с колонной насосно-компрессорных труб. Втулки выполнены с радиальными каналами. Обратные клапаны размещены в радиальных каналах внутренней втулки. Смесительная камера эжектирующего узла гидравлически связана с затрубным пространством над пакером.

На фиг. 1 показано скважинное и устьевое оборудование, установленное в зоне залегания ММП, общий вид; на фиг. 2 - эжектирующий узел и узел регулирования поступления воздуха.

Конструкция скважины, пробуренной в зоне залегания ММП 1, содержит обсадную колонну 2 и колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 3, которые обвязаны между собой на устье 4. Затрубное пространство 5 скважины через патрубок 6 имеет связь с атмосферой. Ниже подошвы залегания 7 ММП затрубное пространство 5 скважины разобщено с помощью пакера 8. Жидкость в затрубном пространстве 5 выше установленного пакера 8 отсутствует. Над пакером 8 в колонне НКТ 3 установлен эжектирующий узел, состоящий из диффузора 9, смесительной камеры 10 и конфузора 11, а также обратные клапаны 12, например лепестковые. В колонне НКТ 3 имеется узел регулирования поступления воздуха, который представляет собой телескопическое соединение в виде наружной 13 и внутренней 14 втулок, установленных концентрично с возможностью взаимного осевого перемещения. Каждая из втулок 13, 14 одним концом связана с колонной НКТ 3. Втулки 13, 14 выполнены с радиальными каналами 15, 16, площадь общего проходного сечения которых изменяется при взаимном осевом перемещении втулок 13, 14. Обратные клапаны 12 размещены в радиальных каналах 16 внутренней втулки 14. Затрубное пространство 5 скважины посредством радиальных каналов 15, 16 гидравлически связано со смесительной камерой 10 эжектирующего узла.

Оборудование работает следующим образом.

Перед спуском в скважину колонна НКТ 3 оборудуется пакером 8, эжектирующим узлом и узлом регулирования поступления воздуха. После спуска колонны НКТ 3 устье 4 скважины обвязывают и на нем устанавливают фонтанную арматуру (не показана). С помощью пакера 8, который устанавливается ниже подошвы 7 залегания ММП, разобщают затрубное пространство 5 скважины. Жидкость из затрубного пространства 5 над пакером 8 удаляют, например вытесняют воздухом, нагнетаемым по патрубку 6, через колонну НКТ 3 на устье 4. Затрубное пространство 5 оставляют сообщенным с атмосферой через патрубок 6. Скважину пускают в эксплуатацию. Добываемый флюид, проходя через эжектирующий узел, вызывает разряжение в смесительной камере 10, куда из затрубного пространства 5 начинает засасываться воздух. Последний из атмосферы через патрубок 6 поступает в затрубное пространство 5 скважины, затем по радиальным каналам 15, 16 направляется в смесительную камеру 10. Оттуда вместе с добываемым флюидом по колонне НКТ 3 воздух поднимается на устье 4 скважины. Циркулирующий по затрубному пространству 5 воздух охлаждает стенки обсадной колонны 2 и препятствует передаче тепла от колонны НКТ 3 к ММП. Узел регулирования поступления воздуха автоматически поддерживает постоянный (заранее заданный) температурный режим в затрубном пространстве 5. В случае, если расход воздуха недостаточен для эффективного охлаждения колонны НКТ 3, последняя начинает нагреваться. При этом она испытывает температурные напряжения, вызывающие ее удлинение. Это приводит к взаимному осевому перемещению втулок 13, 14. Площадь общего проходного сечения радиальных каналов 15, 16 увеличивается что, в свою очередь приводит к увеличению расхода воздуха, т.е. к усилению его циркуляции через затрубное пространство 5 скважины.

В случае снижения температуры колонны НКТ 3 ниже заданной, что имеет место при избыточном охлаждении колонны НКТ 3 циркулирующим воздухом, происходит сжатие колонны НКТ 3. Это вызывает взаимное перемещение втулок 13, 14, в результате которого площадь общего проходного сечения радиальных каналов 15, 16 уменьшается. Циркуляция воздуха по затрубному пространству 5 скважины при этом сокращается.

Установка пакера 8 ниже подошвы 7 зоны залегания ММП, т.е. ниже криолитозоны, объясняется тем, что над пакером 8 может скапливаться конденсирующаяся из циркулирующего воздуха влага, которая не должна замерзать, т.к. это может привести к смятию колонны НКТ 3, а также к другим тяжелым последствиям.

Размеры проходного сечения радиальных каналов 15, 16 определяются расчетным путем с учетом конструкции скважины, мощности и температуры ММП, давления и температуры добываемого флюида, температуры окружающей среды и т.п.