установка для обогрева превентора в зимний период в зоне многолетнемерзлых пород

Формула изобретения

Установка для обогрева превентора в зимний период в зоне многолетнемерзлых пород, состоящая из узла генерации газового потока и трубопровода его подачи, а также системы нагрева газового потока, содержащей электронагревательный элемент, собственной системы обогрева превентора, соединенных гибкими рукавами, и дизель-мотора, отличающаяся тем, что узел генерации газового потока состоит из компрессора, а система нагрева газового потока состоит из узла предварительного нагрева воздушного потока с помощью выхлопных газов дизель-мотора, содержащего полый цилиндрический теплоизолированный корпус, снабженный патрубками для ввода и вывода выхлопных газов дизель-мотора, а также коаксиально установленным в нем оребренным цилиндрическим теплообменником, на поверхности которого смонтирован змеевик, заполненный глицерином или минеральным маслом, а к торцам жестко закреплены вертикальные перфорированные пластины, при этом внутренняя стенка полого цилиндрического теплоизолированного корпуса и наружная стенка оребренного цилиндрического теплообменника образуют камеру нагрева для выхлопных газов дизель-мотора, заполненную адсорбентом, и узла основного нагрева воздушного потока, содержащего установленный в корпусе гибкий ленточный нагревательный элемент с парой жестко закрепленных к корпусу разъемных манифольдов, внутри которых соосно установлены металлические стержни с навивкой из гибкого ленточного нагревательного элемента, подключенные к источнику электроэнергии.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел генерации газового потока содержит компрессор буровой установки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для обогрева превенторов в зимний период в зоне многолетнемерзлых пород (ММП).

В уровень техники включены следующие источники.

В настоящее время отечественными производителями нефтегазового оборудования выпускаются различные по конструкции превенторы для бурения и капитального ремонта скважин. В некоторых из них предусмотрен внутренний обогрев корпуса паром, жидким или газообразным агентом за счет встроенной собственной системы обогрева. Известны превенторы, содержащие узел генерации газового потока (нагреватель, котельная), трубопровод его подачи и собственную систему обогрева превентора (см. а.с. №202033 от 05.11.65 г. по кл. Е 21 В 33/06, опубл. в ОБ №19, 1967 г.; а.с. №1161690 от 02.07.83 г. по кл. Е 21 В 33/06, опубл. в ОБ №22, 1985 г.; п. РФ №30826 от 26.03.03 г. по кл. Е 21 В 33/03, опубл. в ОБ №19, 2003 г.; п. РФ №41076 от 10.06.04 г. по кл. Е 21 В 33/03, опубл. в ОБ №28, 2004 г.).

Недостатками известных конструкций превенторов является следующее: обогрев превенторов возможен только при наличии котельной на буровой. В ряде случаев, особенно при капитальном ремонте скважин, строительство котельных связано с дополнительными затратами. К тому же подавляющее большинство превенторов, используемых на газоносных площадях в зоне ММП, не имеют встроенной собственной системы обогрева. В условиях минусовых температур, достигающих минус 40-45°С, происходит замерзание плашек и цилиндров управления плашками превентора, что затрудняет их эксплуатацию в зимних условиях и может привести к тяжелым авариям в результате открытого выброса из скважины. Заменить все имеющееся противовыбросовое оборудование превенторами, имеющими встроенную собственную систему обогрева, невозможно, т.к. это потребует больших капитальных вложений.

Известна передвижная промысловая паровая установка ППУА-1600/100, используемая для обогрева превентора (см. А.Н.Лобкин, С.А.Акопов и И.Ю.Максименко. Специальные агрегаты и механизмы на транспортной базе, применяемые в нетегазодобыче. Москва, Недра, 2002, с.188). Однако по своей характеристике она не подходит к требованиям обогрева превентора паром.

Существенным недостатком является то, что наличие воды для производства пара ограничено, рассчитано на двух-трехчасовую работу, в то время как обогрев корпуса превентора необходимо проводить круглосуточно. К тому же обогрев превентора проводят непосредственно через шланги или штуцеры от установки, что приводит к неоправданным потерям тепла и образованию парового облака на устье скважины.

В качестве прототипа взята установка для обогрева превентора в зимний период в условиях распространения многолетнемерзлых пород, состоящая из узла генерации газового потока (узла генерации тепла, состоящего из дизель-мотора) и трубопровода его подачи (системы транспортировки теплосодержащего агента), а также системы нагрева газового потока (узла вторичного подогрева), содержащей электронагревательный элемент, собственной системы обогрева превентора, соединенных гибкими рукавами (см. п. РФ №2250356 от 25.08.03 по кл. Е 21 В 33/06.36/00, опубл. в ОБ №11, 2005 г.).

Прототип не имеет технологических недостатков, связанных с обогревом превентора. Наряду с этим, несмотря на применяемый метод двухступенчатой очистки, последнее не гарантируют 100% чистоты газового потока в зоне работы буровой бригады, что существенно снижает экологичность проводимых работ.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в расширении технологических возможностей установки и экологичности проведения работ.

Технический результат достигается с помощью известной установки, включающей узел генерации газового потока и трубопровода его подачи, а также системы нагрева газового потока, содержащей электронагревательный элемент, собственной системы обогрева превентора, соединенных гибкими рукавами, и дизель-мотора.

По заявляемой конструкции, установка для обогрева превентора в зимний период в зоне ММП в качестве узла генерации газового потока содержит компрессор.

Система нагрева газового потока состоит из узла предварительного нагрева воздушного потока с помощью выхлопных газов дизель-мотора и узла основного нагрева воздушного потока:

- узел предварительного нагрева воздушного потока содержит полый цилиндрический теплоизолированный корпус, снабженный патрубками для ввода и вывода выхлопных газов дизель-мотора, и коаксиально установленный в нем оребренный цилиндрический теплообменник, на поверхности которого смонтирован змеевик, заполненный глицерином или минеральным маслом. К торцам оребренного цилиндрического теплообменника жестко закреплены вертикальные перфорированные пластины. При этом внутренняя стенка полого цилиндрического теплоизолированного корпуса и наружная стенка оребренного цилиндрического теплообменника образуют камеру нагрева выхлопными газами дизель-мотора;

- узел основного нагрева воздушного потока, содержит установленный в корпусе гибкий ленточный нагревательный элемент с парой жестко закрепленных к корпусу разъемных манифольдов, внутри которых соосно установлены металлические стержни с навивкой из гибкого ленточного нагревательного элемента, подключенные к источнику электроэнергии.

Установка в качестве узла генерации газового потока может содержать компрессор буровой установки.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию новизны.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: из источников патентной документации и научно-технической литературы нами не выявлены технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого технического решения, т.е. не выявлены установки, обогревающие превентор воздушным потоком от компрессора. Таким образом, заявляемые нами существенные признаки не следуют явным образом из проанализированного уровня техники, т.е. имеют изобретательский уровень.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемой установки.

Заявляемая установка содержит узел генерации газового потока, представляющий собой компрессор 1, оснащенный воздухосборником 2. Узел генерации газового потока жестко соединен с системой нагрева газового потока посредством трубопровода 3, оснащенного краном 4. Система нагрева газового потока состоит из двух жестко соединенных узлов: узла предварительного нагрева воздушного потока с помощью выхлопных газов дизель-мотора и узла основного нагрева воздушного потока. Узел предварительного нагрева воздушного потока с помощью выхлопных газов дизель-мотора содержит полый цилиндрический теплоизолированный корпус 5, снабженный патрубком 6 для ввода выхлопных газов дизель-мотора 7 буровой установки, и патрубком 8 для их вывода. Во внутренней части полого цилиндрического теплоизолированного корпуса 5 коаксиально установлен оребренный цилиндрический теплообменник 9, на поверхности которого смонтирован змеевик 10, заполненный глицерином или минеральным маслом. На торцах оребренного цилиндрического теплообменника 9 жестко закреплены вертикальные перфорированные пластины 11. Внутренняя стенка полого цилиндрического теплоизолированного корпуса 5 и наружная стенка оребренного цилиндрического теплообменника 9 образуют камеру нагрева 12 выхлопными газами дизель-мотора 7, заполненную адсорбентом. Узел основного нагрева воздушного потока содержит корпус 13, с установленным в нем гибким ленточным нагревательным элементом 14. К корпусу 14 жестко прикреплена пара разъемных манифольдов 15, оснащенная штуцерами 16. Внутри разъемных манифольдов 15 соосно установлены металлические стержни 17 с навивкой из гибкого ленточного нагревательного элемента 18. Разъемные манифольды 15 оборудованы изолированным проводом 19, для подключения к источнику электроэнергии. Система нагрева газового потока соединена гибкими рукавами 20 с собственной системой обогрева превентора, выполненной в виде наружных камер 21. При выходе из строя компрессора 1 в качестве узла генерации газового потока можно использовать компрессор буровой установки.

Более подробно сущность заявляемого технического решения поясняется следующим примером.

Изготовлена установка для обогрева превентора в зимний период в зоне ММП со следующими габаритами:

узел предварительного нагрева воздушного потока

длина, мм	500
диаметр, мм	324

узел основного нагрева воздушного потока

длина, мм	1000
диаметр, мм	324

ребра цилиндрического теплообменника

длина, мм	450
высота, мм	60
количество, шт	12

элемент гибкий ленточный нагревательный (ЭНГКЕ _х - 1,7/220-56,8)

диаметр, мм	6
радиус минимального изгиба, мм	25
длина, мм	56000
номинальная мощность, кВт	1,7

манифольды

длина, мм	7500
диаметр, мм	102
диаметр внутреннего стержня, мм	48

Установка испытана в Ф. "Тюменбургаз" при температуре окружающего воздуха минус 33°С. Установку монтируют в 7,5 м от устья скважины, что отвечает требованиям (см. Правила безопасности в нефтяной промышленности. Москва, 2003, с.285). Атмосферный воздух через воздушный фильтр поступает в компрессор 1 марки К-25М, производительностью 0,55 м³ /мин и рабочим давлением 0,6 МПа. Сжатый воздушный поток давлением 0,3 МПа и температурой 5°С поступает в воздухосборник 2, и далее по трубопроводу 3 в оребренный цилиндрический теплообменник 9. С целью рассечения воздушного потока и дальнейшей его подачи к торцам оребренного цилиндрического теплообменника 9 приварены вертикальные перфорированные пластины 11. В узле предварительного нагрева происходит теплообмен между потоком выхлопных газов дизель-мотора 7 и воздушным потоком, создаваемым компрессором 1. К выхлопному глушителю дизель-мотора 7 буровой установки А-50 с помощью металлического хомута крепят трубопровод диаметром 89 мм и длиной ˜4,8 м, по которому выхлопные газы дизель-мотора 7 температурой 75°С через патрубок 6 поступают в полый цилиндрический теплоизолированный корпус 5. Наружная поверхность полого цилиндрического теплоизолированного корпуса 5 утеплена синтетическим войлоком, что позволяет снизить рассеяние тепла в окружающую среду. Ребра, выполненные на наружной поверхности цилиндрического теплообменника 9, позволяют увеличить поверхность теплопередачи последнего и преобразовать прямолинейное поступательное движение потока выхлопных газов дизель-мотора 7 в вихревое, т.е. снизить скорость и увеличить время прохождения газового потока, с целью достижения максимального эффекта от использования его тепловой энергии. Оребренный цилиндрический теплообменник 9 снабжен змеевиком, заполненным трансформаторным маслом. Трансформаторное масло, нагретое теплом выхлопных газов дизель-мотора 7, создает достаточно стабильную тепловую зону нагрева. При этом, отдав свое тепло, выхлопные газы дизель-мотора 7 очищаются в камере нагрева 12, заполненной адсорбентом. В качестве адсорбента используют активированный уголь марки БАУ-А ОКП 2162390100, обладающий широким спектром поглощения минеральных масел. Очищенные и охлажденные выхлопные газы дизель-мотора 7 удаляются через патрубок 8 в атмосферу, а нагретый до 20-30°С воздушный поток поступает в узел основного нагрева. В корпусе 13 происходит нагревание воздушного потока до температуры 90°С за счет установки в нем взрывобезопасного гибкого ленточного нагревательного элемента 14 типа ЭНГКЕ_х - 1,70/220-56,8 (ТУ-112-РФ-037-91), имеющего температуру нагрева поверхности 110°С. Далее, нагретый воздушный поток по манифольдам 15 и гибким рукавам 20 поступает в собственную систему обогрева превентора, выполненную в виде наружной камеры 21. Для поддержания температурного режима воздушного потока манифольды 15 оснащены металлическими стержнями 17 с навивкой из гибкого ленточного нагревательного элемента 18. Отвод воздушного потока после прохождения его через наружную камеру 21 осуществляется по металлополимерной трубе, на расстояние 7,5 м от устья скважины. Опытные испытания, проведенные в условиях ММП, показали следующее: при температуре окружающего воздуха минус 33°С температура воздушного потока на входе в собственную систему обогрева превентора составила 90°С, на выходе 25°С.

Таким образом, использование воздушного потока, генерируемого компрессором для обогрева превентора в зимний период в зоне ММП, наряду с известным обогревом с помощью выхлопных газов дизель-мотора, расширяет технологические возможности установки, связанные с выбором источника генерации газового потока, и при этом гарантируют работоспособность превентора и экологичность проведения работ.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности, а именно условию новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.