способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин

Формула изобретения

1. Способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, включающий вытеснение промывочной жидкости из скважины сжатой до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смесью с содержанием кислорода, не превышающим минимальную взрывоопасную концентрацию, отличающийся тем, что 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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют установку, задерживающую кислород и пары воды, содержащую не менее четырех адсорберов, которые последовательно включаются в режимы отдельных циклов адсорбции, предварительной регенерации путем перепуска газа, оставшегося в адсорбере после выполнения режима адсорбции в адсорбер, завершивший режим регенерации, полной регенерации путем сброса избыточного давления десорбирующегося газа в атмосферу и заполнения адсорбера путем перепуска газа из предварительно регенерируемого адсорбера, при этом циклы адсорбции, перепуска газов из одного адсорбера в другой и полной регенерации в соответствующих адсорберах выполняют одновременно.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что продолжительность цикла предварительной регенерации выбирают достаточной для выравнивания давления при перепуске газа из адсорбера в адсорбер, продолжительность цикла полной регенерации выбирают достаточной для сброса десорбирующегося газа в атмосферу, а количество адсорберов, одновременно находящихся в циклах адсорбции, выбирают из условия оптимального разделения атмосферного воздуха, обеспечивающего содержание кислорода в полученной газовой инертной смеси, не превышающего минимальную взрывоопасную концентрацию.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что предварительное сжатие атмосферного воздуха и сжатие газовой инертной смеси до рабочего давления подачи в скважину осуществляют многоступенчатым компрессором, при этом установку, задерживающую кислород и пары воды, включают между низкоатмосферными и высокоатмосферными ступенями компрессора, производительность низкоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу атмосферного воздуха, а производительность высокоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу газовой инертной смеси.

5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что переключение циклов производят автоматически.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обеспечения взрывобезопасности при добыче нефти и газа.

Удаление буровых растворов, промывочных растворов, ингибиторов коррозии и других жидкостей, используемых для обработки скважин, а также удаление песчаных и глиняных пробок, используемых при консервации скважин, производится путем подачи газа или воздуха в скважину. Подача газа или воздуха используется при компрессорной эксплуатации скважин, а также при осушении и обезвоживании стволов шахт.

Известен способ освоения скважин, заключающийся в вытеснении жидкости, находящейся в скважине, воздухом, подаваемым в затрубное пространство под давлением [1].

Указанный способ не обеспечивает защиты от возникновения пожара или взрыва скважины, поскольку подаваемый в скважину воздух, смешиваясь с парами нефти или газа, образует взрывоопасную смесь.

Известен способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных скважин, заключающийся в вытеснении жидкости, находящейся в скважине, например, промывочной жидкости, путем нагнетания в скважину инертного газа, в частности, азота [2].

Известен также способ предупреждения взрывов при закачке в скважину газообразных агентов, включающий вытеснение промывочной жидкости из скважины сжатой до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смесью с содержанием кислорода не превышающим минимальную взрывоопасную концентрацию [3]. Данные способы требуют доставки к скважине при помощи передвижной установки баллонов с азотом, что приводит к необходимости прерывания процесса освоения скважины для периодической дозаправки установки азотом.

Известен способ разделения газовых смесей, заключающийся в селективной адсорбции компонентов газовой смеси, производимой в трех или более адсорбционных камерах, которые последовательно включаются в цикл адсорбции и регенерации, причем камеры, не включенные в цикл регенерации, включены по меньшей мере в два отдельных цикла адсорбции (патент Германии N 1963876, кл. B 01 D 53/02, 1974) Недостатком данного способа являются большие потери газа при регенерации снижением давления в адсорбере. Увеличение количества отдельных циклов адсорбции до трех и более ограничено недопустимым уменьшением продолжительности регенерации при оптимальной продолжительности процесса адсорбции.

Известен также циклический способ разделения газообразных смесей, используемый, в частности, для обеднения кислородом воздуха (газовая инертная смесь), заключающийся в последовательном выполнении режимов адсорбции, регенерации и предварительного заполнения (патент США N 4168149, кл. B 01 D 53/02, 1979). Этот способ реализуется на трех адсорберах таким образом, чтобы в каждом цикле один адсорбер работал в режиме адсорбции, другой - в режиме регенерации, третий - в режиме предварительного заполнения. Предварительное заполнение, осуществляемое продуктовым газом, прекращается при достижении заданного давления в заполняемом адсорбере. Регенерация осуществляется заданное время. Продолжительность режима адсорбции равна сумме времен регенерации и предварительного заполнения.

Недостатками данного способа являются колебания давления продуктового газа в результате предварительного заполнения адсорберов, а также необходимость использования автоматики для регулирования давления.

Технической задачей данного изобретения является упрощение способа предупреждения взрывов при обеспечении непрерывности процесса бурения, освоения или эксплуатации скважины.

Поставленная задача достигается тем, что в способе предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации скважин, заключающемся в вытеснении промывочной жидкости из скважины сжатой до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смесью, газовую инертную смесь получают из атмосферного воздуха путем его предварительного сжатия и пропускания под давлением через установку, задерживающую кислород и пары воды, при этом содержание кислорода в полученной газовой инертной смеси не превышает минимальную взрывоопасную концентрацию.

Для обеспечения непрерывности процесса получения газовой инертной смеси установка, задерживающая кислород и пары воды, содержит не менее четырех адсорберов, которые последовательно включаются в режимы отдельных циклов адсорбции, предварительной регенерации путем перепуска газа, оставшегося в адсорбере после выполнения режима адсорбции в адсорбер, завершивший режим регенерации, полной регенерации путем сброса избыточного давления десорбирующегося газа в атмосферу и заполнения адсорбера путем перепуска газа из предварительно регенерируемого адсорбера, при этом циклы адсорбции, перепуска газов из одного адсорбера в другой и полной регенерации в соответствующих адсорберах выполняются одновременно.

Для обеспечения одновременности выполнения указанных циклов продолжительность цикла предварительной регенерации выбирается достаточной для выравнивания давления при перепуске газа из адсорбера в адсорбер, продолжительность цикла полной регенерации выбирается достаточной для сброса десорбирующегося газа в атмосферу, а количество адсорберов, одновременно находящихся в цикле адсорбции, выбирается из условия оптимального разделения атмосферного воздуха, обеспечивающего содержание кислорода в полученной газовой инертной смеси, не превышающего минимальную взрывоопасную концентрацию.

В частном случае выполнения способа предварительное сжатие атмосферного воздуха и сжатие газовой инертной смеси до рабочего давления подачи в скважину осуществляют многоступенчатым компрессором, при этом установку, задерживающую кислород и пары воды, включают между низкоатмосферными и высокоатмосферными ступенями компрессора, производительность низкоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу атмосферного воздуха, а производительность высокоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу газовой инертной смеси.

С целью упрощения способа переключение циклов производится автоматически.

На фиг. 1 изображена схема процесса подачи газовой инертной смеси в скважину; на фиг. 2 - схема установки для получения газовой инертной смеси; на фиг. 3 - схема установки для выработки и сжатия газовой инертной смеси; на фиг. 4 представлена диаграмма, иллюстрирующая последовательность циклов работы адсорберов.

При бурении скважины, ее освоении, обработке, удалении песчаных и глиняных пробок, при осушении и обезвоживании нефтяной или газовой скважины требуется подача в скважину газа. Например, для предотвращения возможности взрыва вытеснение промывочной жидкости производится нагнетанием в кольцевое пространство между обсадной колонной 1 и насосно-компрессорными трубами 2, либо нагнетанием по насосно-компрессорным трубам сжатой газовой инертной смеси.

Для этого используется передвижная многоступенчатая компрессорная станция, оснащенная установкой 3 выработки газовой инертной смеси из воздуха путем обеднения его кислородом и осушения. Компрессорная станция содержит несколько ступеней компрессора 4-7, в которых происходит последовательное сжатие атмосферного воздуха до значений 2,3-3,0 кг/см² в первой ступени 4, 9,7-11,9 кг/см² - во второй ступени 5, 30-40 кг/см² - в третьей ступени 6, и до 100 кг/см² - в четвертой ступени 7. Давление, получаемое в четвертой ступени, является достаточным для эффективного вытеснения из скважины жидкости.

Оптимальные условия работы установки 3 для выработки газовой инертной смеси обеспечиваются при подаче на ее вход атмосферного воздуха под давлением порядка 12 кг/см² поэтому установка 3 включена между низкоатмосферными и высокоатмосферными ступенями компрессора. Для обеспечения непрерывности работы компрессорной системы и установки выработки газовой инертной смеси производительность низкоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу атмосферного воздуха, а производительность высокоатмосферных ступеней компрессора выбирают равной расходу газовой инертной смеси.

Установка для получения газовой инертной смеси содержит несколько циклически работающих адсорберов, поглощающих кислород и пары воды. На фиг. 3 изображена установка, содержащая четыре адсорбера 8-11. Установка может содержать и большее количество адсорберов. Использование нескольких адсорберов необходимо для обеспечения непрерывности получения газовой инертной смеси, т. к. выработка ее каждым адсорбером происходит циклически.

Каждый из адсорберов 8-11 последовательно находится в режимах адсорбции, перепуска газов из одного адсорбера в другой и полной регенерации. Цикличность работы адсорберов поясняется диаграммой, представленной на фиг. 4.

Особенностью установки является одновременность выполнения указанных режимов (циклов) в соответствующих адсорберах. При нахождении адсорбера 8 в режиме адсорбции атмосферный воздух через вентиль 12 поступает в адсорбер. Одновременно открыт и вентиль 13", обеспечивающий перепуск газов из адсорбера 9 в адсорбер 11, в процессе которого давление в указанных адсорберах выравнивается. Таким образом, давление в адсорбере 9 снижается, т. е. происходит частичная (предварительная) регенерация адсорбера. В адсорбер 11 поступает газовая смесь, частично обедненная кислородом, из адсорбера 9. Одновременно происходит регенерация адсорбера 10 путем сброса избыточного давления через вентиль 14" в атмосферу. Таким образом, по окончании указанных циклов адсорбер 11 заполнен до некоторого давления и заполнение до требуемого для адсорбции давления атмосферным воздухом через вентиль 12""" потребует значительно меньше времени. Кроме того, в адсорбере 9 уже частично выполнен процесс регенерации, и полная регенерация также займет значительно меньше времени.

Далее производится переключение циклов в каждом адсорбере: адсорбер 9 переходит в режим регенерации, адсорбер 11 - адсорбции, а из адсорбера 8 производится перепуск газа в адсорбер 10 через вентиль 13.

Выход готовой газовой инертной смеси происходит во время режима адсорбции через открытые вентили 15 - 15""".

Все адсорберы выполнены идентично. Равенство времени полной регенерации, времени перепуска и времени адсорбции, необходимое для обеспечения максимальной производительности установки, достигается путем расчета расходов питающих и выходных трубопроводов и вентилей с учетом объемов адсорберов и скорости адсорбции.

Установка может содержать и большее количество адсорберов. В этом случае одновременно в режиме адсорбции находится несколько адсорберов, причем количество адсорберов, одновременно находящихся в цикле адсорбции, выбирается из условия оптимального разделения атмосферного воздуха, обеспечивающего содержание кислорода в полученной газовой инертной смеси, не превышающего минимальную взрывоопасную концентрацию.

Предложенный способ получения газовой инертной смеси обеспечивает возможность полной автоматизации работы установки.

Предложенные способы не требуют доставки к скважине баллонов или резервуаров с инертным газом, подача инертного газа в скважину производится с использованием мобильной установки, имеющей достаточную производительность для эффективной подачи инертного газа в скважину и предупреждения взрывов при различных видах работ.