способ определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине

Формула изобретения

Способ определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине, включающий расчет радиуса теплового влияния скважины r_вл по формуле:

,

где r_Д - радиус долота под направление, м;

_пор - коэффициент теплопроводности горных пород в околоствольном пространстве скважины, Вт/м·К;

С_М - коэффициент теплоемкости мерзлых пород, кДж/м ³·К;

- время строительства или работы скважины, с,

измерение естественной температуры мерзлых пород за пределами радиуса теплового влияния исследуемой скважины, определяемой в находящихся в длительном простое скважинах, измерение температуры в термометрических трубках, закрепленных на направлении скважины, путем спуска в них на различные глубины, соответствующие расположению в скважине теплоизолированной лифтовой трубы, температурных датчиков, определение среднего значения температуры в термометрических трубках, измерение температуры на устье скважины, и последующий расчет коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине _из, который ведут от оси скважины по формуле:

,

где ,

,



где m - количество колонн разного диаметра в скважине,

- внутренний диаметр несущей трубы теплоизолированной лифтовой трубы, м;

- наружный диаметр кожуха теплоизолированной лифтовой трубы, м;

D_i и d_i - внутренний и наружный диаметр труб, входящих в состав колонн скважины, м;

d_д - диаметр долота под направление, м;

d_m - наружный диаметр трубы, входящий в состав (m)-й колонны скважины, м;

_(i)-(i+1) - коэффициент теплопроводности среды, находящейся между (i)-й и (i+1)-й колоннами, Вт/м·К;

_(m)-(Д) - коэффициент теплопроводности среды, находящейся между (m)-й колонной и долотом, Вт/м·К;

t₁ - температура на устье скважины, °С;

t_ТТ - средняя температура в термометрических трубках, °С;

t₂ - естественная температура мерзлых пород за пределами радиуса теплового влияния исследуемой скважины, °С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы (ТЛТ), имеющейся в составе конструкций нефтяных, газовых, термальных и других скважин.

Проблема определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ является актуальной, так как обеспечивает в ряде случаев обоснование технологии для добычи флюида без протаивания мерзлоты, для добычи тяжелой нефти, закачки пара в нефтяные пласты и т.д.

Известен способ определения свойств теплоизоляции ТЛТ в стендовых заводских условиях (Макеев В.В., Аксель Н.Л., Смирнов B.C. Результаты теплотехнических и прочностных испытаний лифтовых теплоизолированных труб модели ТЛТ-114×73 // Повышение эффективности разработки месторождений природного газа: Сб. научн. тр. ВНИИГАЗа. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2001, с.217-221). Сущность способа заключается в том, что теплоизолированную ТЛТ, входящую в состав теплоизолированной колонны в скважине, размещают на стенде, подают в ее внутреннюю часть теплоноситель, а на наружной поверхности, где размещена теплоизоляция, размещают температурные датчики (тепломеры). Обрабатывают результаты измерений температуры внутри и снаружи трубы и по результатам обработки определяют коэффициент теплопроводности теплоизоляции ТЛТ.

Однако такой способ определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ позволяет получить приблизительную величину этого коэффициента, поскольку в стендовых условиях невозможно учесть все факторы, влияющие на его величину, среди которых следует отметить теплопроводность горных пород околоствольного пространства, радиус теплового влияния скважины (от температурного воздействия продукции) и изменение этого радиуса во времени, свойства цемента между обсадными трубами в составе конструкции скважины, а также изменение свойств теплоизоляции при длительной работе скважины и др.

Задачей, на достижение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа определения величины коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ в скважине, позволяющего непрерывно контролировать свойства теплоизоляции ТЛТ в скважине по всей длине теплоизолированной колонны.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ в скважине производят расчет радиуса теплового влияния скважины r_вл по формуле:

,

где r_д - радиус долота под направление, м,

_пор - коэффициент теплопроводности горных пород в околоствольном пространстве скважины, Вт/м·К,

С_м - коэффициент теплоемкости мерзлых пород, кДж/м ³·К,

- время строительства или работы скважины, с,

измеряют естественную температуру мерзлых пород за пределами радиуса теплового влияния исследуемой скважины, определяемую в находящихся в длительном простое скважинах, измеряют температуру в термометрических трубках, закрепленных на направлении скважины, путем спуска в них на различные глубины, соответствующие расположению в скважине теплоизолированной лифтовой трубы, температурных датчиков, определяют среднее значение температуры в термометрических трубках, измеряют температуру на устье скважины и производят расчет коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине _из, который ведут от оси скважины по формуле:

,

где ,

,

где m - количество колонн разного диаметра в скважине,

- внутренний диаметр несущей трубы теплоизолированной лифтовой трубы, м,

- наружный диаметр кожуха теплоизолированной лифтовой трубы, м,

D_i и d_i - внутренний и наружный диаметр труб, входящих в состав колонн скважины, м,

d_д - диаметр долота под направление, м,

d_m - наружный диаметр трубы, входящий в состав (m)-ой колонны скважины, м,

_(i)-(i+1) - коэффициент теплопроводности среды, находящейся между (i)-ой и (i+1)-ой колоннами, Вт/м·К,

_(m)-(Д) - коэффициент теплопроводности среды, находящейся между (m)-ой колонной и долотом, Вт/м·К,

t₁ - температура на устье скважины, °С,

t_ТТ - средняя температура в термометрических трубках, °С,

t₂ - естественная температура мерзлых пород за пределами радиуса теплового влияния исследуемой скважины, °С.

На фиг.1 показана схема конструкции скважины с ТЛТ, на фиг.2 - схема теплоизолированной лифтовой трубы, на фиг.3 - схема размещения термометрических трубок.

Конструкция скважины включает в себя лифтовую колонну 1, оснащенную в верхней части ТЛТ 2, предназначенной предупредить протаивание в зоне мерзлоты, эксплуатационную колонну 3, кондуктор 4 и направление 5 с закрепленными на нем термометрическими трубками 6. Основными конструктивными элементами ТЛТ являются несущая труба 7, концентрично установленный кожух 8 и теплоизоляция 9, расположенная между несущей трубой 7 и кожухом 8. Теплоизоляция может изготавливаться в двух возможных вариантах: блочно-цилиндрическая и вакуумно-многослойная.

Пространство между окружающими скважину грунтами и направлением 5, между направлением 5 и кондуктором 4, между кондуктором 4 и эксплуатационной колонной 3 заполнено цементом, а пространство между эксплуатационной колонной 3 и лифтовой колонной 1 заполнено газом.

Для непрерывного контроля свойств теплоизоляции ТЛТ в скважине используют термометрические трубки 6, представляющие собой трубки диаметром 48 мм, заполненные незамерзающей жидкостью. Термометрические трубки закрепляют на направлении 5 хомутами 10 и спускают совместно с направлением 5. Один из концов трубок выводится на поверхность и появляется возможность спуска в них на любую заданную глубину температурных датчиков на кабеле.

Коэффициент теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине определяют следующим образом.

Рассчитывают радиус теплового влияния скважины r_вл по формуле:

,

где r_д - радиус долота под направление, м,

_пор - коэффициент теплопроводности горных пород в околоствольном пространстве скважины, Вт/м·К,

С_М - коэффициент теплоемкости мерзлых пород, кДж/м ³·К,

- время строительства или работы скважины, с.

Далее измеряют естественную температуру мерзлых пород за пределами радиуса теплового влияния исследуемой скважины, определяемой в находящихся в длительном простое скважинах.

Для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине температуру в термометрических трубках определяют путем спуска в них на различные глубины, соответствующие расположению в скважине исследуемой теплоизолированной лифтовой трубы, температурных датчиков. После чего определяют среднее значение температуры в термометрических трубках. Одновременно с этим измеряют температуру на устье скважины. Далее рассчитывают коэффициент теплопроводности теплоизоляции ТЛТ в скважине _из по формуле, учитывающей такие факторы, как конструкция скважины, величины теплопроводности сред, находящихся как между колоннами скважины, так и между колонной скважины и долотом, а также величина теплопроводности горных пород в околоствольном пространстве скважины.

Пример расчета: Расчет коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ осуществляют через 196 сут. ( =4704 ч=16934400 с) после пуска скважины 6805 месторождения Бованенково. По результатам измерений на глубине 59 м от устья скважины t₁=+25°С, t_ТТ=-0,9°С, t₂=-4,5°С, m=4, при i=1 (лифтовая колонна с ТЛТ) d₁=0,168 м, м, м; при i=2 (эксплуатационная колонна) D₂=0,219 м и d₂=0,258 м; при i=3 (кондуктор) D₃=0,304 м и d₃=0,324 м; при i=4 (направление) D₄ =0,406 м и d₄=0,426 м; долото d_Д=0,490 м; _(1)-(2)= _эк (эквивалентный коэффициент теплопроводности среды, находящейся между эксплуатационной колонной и ТЛТ) = 2,326 Вт/м·К; _(2)-(3)= _(3)-(4)= _(4)-(Д)= _ц (коэффициент теплопроводности цемента) = 1,163 Вт/м·К; _пор=1,51 Вт/м·К, C_М=2100 кДж/м ³·К.

м

Вт/м·К.

Коэффициент теплопроводности теплоизоляции ТЛТ для данного примера составляет 0,0175 Вт/м·К.

Сравнение рассчитанного коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ с аналогичной величиной коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ, указанной в паспорте заводом-изготовителем, позволяет сделать вывод о необходимости замены исследуемой теплоизолированной лифтовой трубы.

Использование данного способа позволяет непрерывно контролировать свойства теплоизоляции ТЛТ в скважине по всей длине теплоизолированной колонны.