Способ термической защиты скважины, эксплуатируемой в зоне многолетней мерзлоты

Способ термической защиты скважины, эксплуатируемой в зоне многолетней мерзлоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е „„735749

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) jl,îaîëíèòåëüíîå к авт. свид-ву (51)M. Кл.

Е 21 В 43/00 (22) Заявлено 01.11.77 (2l ) 2539337 22-03 с йрисоединением заявки № йеударстевииый кемитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень №19 (53) УДК 622.241..82 (088.8 ) по йелам нзобретеиий н открытий

Дата опубликования описания 27.05.80 (72) Авторы изобретения

Г, С. Чупров, И. Ю. Быков и Е. М. Шихов

Печорский государственный научно-исследовательский институт (71) З я ители ПечорНИПИ нефть и Всесоюзное промышленное объединение

Комигазпром (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ЗАШИТЫ СКВАЖИНЫ, ЭКСПЛУАТИРУЕМОЙ В ЗОНЕ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности.

Известны различные способы термической защиты скважины, эксплуатируемой в зоне многолетней мерзлоты, включающие создание теплонзолирующего ттли

5 охлаждающего экрана между эксплуатационной колонной н лифтовыми трубами путем ввода хладагента в затрубное пространство и его удаление из скважины fl) .. тО

Недостатком этих способов является неэффективное использование хладагента при сложности конструкции скважины, связанное с тем, что одновременно с охлаждением эксплуатационной колонны для предотвращения рас.гепления мерзлых пород в околоствольном пространстве охлаждаются лифтовые трубы и продукция скважины, что вызывает интенсивное гидратообразование и лифтовых трубах и фонтанной арматуре газовой скважины или отложения парафина в нефтяной сква жине.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности:и достигаемому результату является способ термической зашиты скважины, эксплуатируемой в зоне многолетней мерзлоты, включающий ввод газа в затрубное кольцевое пространство между двумя колоннами труб и его дросселирование через отверстия, выполненные в кольцах, установленных в затрубном кольцевом пространстве в интервале охлаждаемого участка (2).

Дросселирование обеспечивает снижение температуры газа и охлаждение эксплуатационной колонны.

Однако этот способ имеет существенные недостатки, которые снижают эффективность использования хладатента (газа).

Например, нри применении способа для эксплуатации гюовых скважин для ох- лаждения газа, подаваемого в затрубное пространство из пласта, т.е. с высокой температурой, требуется интенсивное дросселирование при большом расходе.

З .73

Кроме того, охлаждение газа дросселированием требует дополнительной теплоизоляции лифтовых труб, что усложняет конструкцию скважины, а сам газ после дросселирования с содержанием влаги и конденсата имеет высокую теплопроводность, что снижает эффективность термической защиты скважины и способствует охлаждению лифговых труб и продукции скважины.

В случае использования указанного способа при эксплуатации нефтяных скважин, когда в интервале охлаждаемого участка дросселируют гаэ, подаваемый с поверхности, также необходима дополнительная теплоизоляция лифтовых труб, :например, промежуточной колонной, уо-! ложняющей конструкцию скважййы," или прокачкой нагретого газа через дополнительное кольцевое затрубное пространство что приводит к неэффективному испольэс ванию хладагента, иэ-эа его нагрева и последующего охлаждения.

Однако наиболее существештым недостатком известных способов термической защиты скважины является низкая интенсивность теплоооб мена между хлад,агентом (газом) и стенкой скважины изза низких коэффициентов теплоотдачи, соответствующих ламинарному или полнбстью развитому турбулентному потоку газа в затрубном пространстве.

Целью изобретения является повышени эффективности использовании хладагента (газа) путем уменьшения его расхода, аиижения интенсивности охлаждения лиф;дрых труб и продукции скважины и повышения интенсивности охлаждения эксплуатационной колонны.

Это достйгается тем, что поток газа

" . после дросселирования вращают.

На фиг. 1 дана газовая скважина с дросселирующим устройством, реалиэуюайм предлагаемый способ; на фиг. 2— график корреляционной зависимости увеличения локальной интенсивнос.ги теплозадвижки 9 н 1Î, термодатчики 11, термоизолирующая колонна 12 в интервале многолетней мерзлоты.

Способ осуществляется следукицим образом. Газ из газоносного пласта 7 поступает на поверхность по лифтовым трубам 4 через задвижку 9. Одновременно для охлаждения аксллуатационной колонны 3 поток газа открытием задвижки 1g

10 направляют по кольцевому пространству между эксплуатационной колонной 3 и лифтовыми трубами 4, а затем — термоизолирующей колонной 12, где дросселируют при его прохождении через отверс15 тия в кольцах 5, установленных в интервале охлаждаемого участка, а также вращают на выходе из колец 5 с помощью- патрубков 6, направляющих гаэ после дросселирования по касательной к ,20 внутреннему диаметру аксплуатационной колонны, В результате дросселирования газа его температура понижается и поддерживается на заданном уровне при прохождении ряда последовательно установленных колец 5. При атом вращении потока влажного пластового газа с конденсатом после дросселирования яобеспечивается сепарация газа в эатрубном пространстве с образованием у стенки эксплуатационной колонны 3 пленки влаги и конденсата, имеющих высокую теплоемкость, а у тере . моизолИрующей колонны — слоя осущенного частично разряженного газа, имеющего низкую теплопроводность за счет большой разницы их плотностей.

Яакрученный поток газа обеспечивает более высокие значения коэффициентов теплоотдачи, чем полностью развитый неэакрученный турбулентный поток, и увеличивает интенсивность теплообмена между вращающимсяхладагенгом и стенкой скважины.", Известно, что эффект при вращении потока газа (воздуха) в закрытой камере отдачи er степени закрутки; на фиг. 3график изменения интенсивности местной теплоатдачи в трубе со свободным закрученным потоком; а-уголэакрутки ОО, .

6 - угол закрутки 60О Устройство содержит кондуктор 1, промежуточную колонну 2, эксплуатацион кую колонну 3, лифтовые трубы 4, дрос ©едмруки@ие кбльца 6 с патрубками 8, щафййаМцйййй поток газа, уоййойлецйыэ в затрубном пространстве охлаждаемого участка, газоносный пласт 7, нижнюю ю,репицу многолетнемерзлцх грунтов 8, заключается в снижении параметра Нуссельта, а следовательно, и коэффициента теплоотдачи. С1цнако исследования показывают, что при пропуске, газа (воздуха) через ту же камеру с одновременным вращением потока параметр Нуссельта и, следовательно, коэффициент теплоотдачи цовь1шается. Так, для цилиндрической

55:трубы отиоситепьиый коэффициент тедло.отдачи прй вращении потока со.степенью

:закрутки 3 повцщается:в 7-8 раз. В связи с тем, что дросселироваиие предполагает пропуск газа и кольцевом прост1

749 6 геплоотдачи примерно в 8 раз выше на входе в трубу и уменьшаются с увеличением расстояния вдоль оси до значений, превышающих примерно в 3 раза значь-: ния < для полностью развитого турбулентного потока на выходе из трубы.

На графике (см. фиг. 3) такое снижение наблюдается на расстоянии х/9

= 18-20. Это означает, что раскрутку

0 (вращение) газового (воздушного) йотока . следует производить через каждые 8-:

10 м в зависимости от диаметра обсадной трубы. Таким образом каждая обсад-, ная труба (при длине 9 5-13 м) должна быть оборудована, по крайней мере, одним закручиваюшим, устройством. Кроме того, слой частично разреженного осушенного газа со значительно пониженной теплопроводностью по сравнению с теплопроводностью газа после обычного дросселирования оказывает более высокое термическое сопротивление тепловому потоку, идущему от лифтовых труб, снижает теплопередачу на эксплуатационную колонну, предотвращая растепление много- летнемерзлых грунтов, и тем самым значительно снижает интенсивность охлаждения самих лифтовых труб и продукции скважины. Одновременно пленка влаги и конденсата c высокой теплоемкостью у эксплуатационной колонны поглощает тепло, предотвращая нагрев эксплуатационной колонны и растепление многолетнемерзлых грунтов.

При прохождениИ через последующие отверстия колец влага и ко щенсат, частично уже нагретые, увлек цотся потоком газа и снова дросселируются и райДеляются вращением потока.

В необходимых случаях возможна эксплуатация газовой скважины в двух режимах; в режиме эксплуатации по лифтовым трубам или обычном режиме и в режиме охлаждения скважины или рехсима эксплуатации по затрубному кольцевому пространству, а регулирование режимов эксплуатации может быть автоматизировано с помощью термодатчиков.

Термическую защиту нефтяной скважины осуществляют аналогичным образом путем ввода газа в затрубное кольцевое пространство абразованйое термоизолирую щей колонной, с поверхности и его дросселирования и вращения при удалении из скважины через внешнее затрубное щжстраиство между эксплуатационной и промежуточной колоннами.

5. 735 ранстве обсадных труб, эффект вращения дросселируемого потока обеспечивает не снижение параметра Нуссельта, а его повышение. Тем самым способность теплоотдачи потока газа (воздуха) кратно возрастает, что снижает энергетические затраты на получение эквивалентности эффекта от охлаждения. При этом возрас тание величины местных коэффициентов . теплоотдачи пропорционально степени закрутки и аппроксимируется следующей

:корреляцией:

Яц/ИО -(S+l. и;(4) где Им йц - относительный коэффициент теплоотдачи; — — параметр Нуссельта;

, — параметр Нуссельта для полН ц, костью развитого незакрученного турбулентного тече- 20 ния в трубе;

<(— местный коэффициент теплоотдачи;

А — коэффициент теплоотдачи для полностью развитого 25 незакрученного турбулентно го течения в трубе;

 — номинальный внутренний диаметр трубьц

X — расстояние вдоль оси трубы;30

4 — коэффициент теплопроводности в потоке воздуха ();.

Q — степень закрутки.

Степень закрутки определяется по формулец5

B- — - (9)

G Я где G и(, — местные и осевые состава к ляющие потока и моменты количества движения.

Местные составляющие и моменты количества движения выражены следующими зависимостями: М

0 =RФ"f pч цой©(Ъ).

l Î

Ри@ б „= 2. Я7 f P p. уффа,®

|=О I где р - плотность потока воздуха (газа);

5 = IIpoasBonbabIR paAEyo B Tpy6ets

0 — осевая составляющая скорости за ф0 крученного от спирали воздущноГО потока в трубе»

Из.графика (см; фиг. 2), видно, что с повышением степени закрутки до 8

3 относительный коэффициент теплоотдачи К /й возрастает в 7-8 раз

В, результате исследований также уаоаиоиеено, еио меолюме иаеффиииеи»м

7 7357

Использование предлагаемого способа термической защиты скважины, эксплуатируемой в зоне многолетней мерзлоты, обеспечивает по сравнению с известными за счет вращения потока газа после

5 дросселирования в эатрубном кольцевом щ 6о ранстве с образованием осушенного потока: газа у лифтовых труб и пленки

3в влаги и конденсата у внутренней стенки эксплуатационной колонны повышение эф- 1О фиктивности использования хладагента путем уменьшения его требуемого расхода,. снижения интенсивности охлаждения лифтовых труб при упрощении конструкции скважины, повышения интенсивности охлаждения эксплуатационной колонны и сохранение многолетней мерзлоты вокруг скважины. По расчетам, проведенsbtM на основе имеющихся фактических данных, предлагаемый способ обеспечи- 20 вает применительно к месторождениям, расположенным в зоне многолетней мерзлоты экономический эффект 7,4 тыс. руб, нй QA скважин)4 формула изобретения

Способ термической защиты скважины, эксплуатируемой в зоне многолетней

49 8 мерзлоты, включающий ввод газа в затрубное кольцевое пространство между лифтовой и эксплуатационной колонками и его дросселирование в интервале охлаждаемого участка через отверстия, выполненные в кольцах, установленных в затрубном пространстве, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повыше- ния его эффективности за счет снижения интенсивности охлаждения лифтовых труб и повышения интенсивности охлаждения эксплуатационной колонны, а также уменьшения расхода газа, поток газа после дросселирования вращают. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 426028, кл. Е 21 В 43/00, 1971.

2. Вопросы геологии, бурения и добычи в зоне мерзлых. пород на нефтяных и газовых месторождениях Западной СибиРи. Труды Гипротюменнефтегаз, вып. 6, Тюмень, 1963, с. 94-95., ° 735749

2,5

О+!

Составитель Н. Харламова

Редактор Е. Полионова Текред Ж. Кастелевич Корректор М. Вигула

Закю 2385/24 Тираж 626 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Раушская наб., д. 4/5

НВМВМЙВМмфй фйФ д:, ф

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4