способ предотвращения растепления околоствольного пространства скважины в зоне мерзлоты

Формула изобретения

1. Способ предотвращения растепления мерзлых пород вокруг скважины с теплоизолированной лифтовой колонной, включающий добычу пластового газа из скважины, разделение его на два потока, больший из которых направляют в газопровод, а меньший охлаждают и возвращают в газопровод, отличающийся тем, что меньший поток после охлаждения направляют в трубообразные теплообменники-холодильники, размещенные в межколонном пространстве или в приствольном массиве мерзлых пород, и возвращают в газопровод под давлением, равным давлению пластового газа в точке разделения его на два потока, при этом давление в газопроводе перед возвращением в него меньшего охлажденного потока уменьшают на величину, большую величины гидравлических потерь этого потока по пути его движения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубообразные теплообменники-холодильники размещают между кондуктором и эксплуатационной колонной.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубообразные теплообменники-холодильники размещают между направлением и кондуктором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при обустройстве газовых скважин Крайнего Севера, расположенных в мерзлых льдистых породах, эксплуатация которых осложняется растеплением многолетнемерзлых пород (ММП) с приустьевыми обвалами, потерей устойчивости верхней части крепи, заколонными газопроявлениями при разложении газогидратных залежей в этой зоне в ходе растепления околоствольного пространства и т.д.

В настоящее время газовые и нефтяные скважины Крайнего Севера оборудуют теплоизолированными лифтовыми колоннами, однако и при их эксплуатации происходит со временем растепление околоствольного пространства скважины в ММП.

Известен способ предотвращения растепления мерзлых пород вокруг скважины с теплоизолированной лифтовой колонной, включающий добычу пластового газа из скважины, разделение его на два потока, больший из которых направляют в газопровод, а меньший охлаждают и возвращают в газопровод [АС СССР N 562637, E 21 B 43/00, опубл. 25.06.77 г.].

Недостатки этого способа заключаются в следующем:

- дросселирование газа с целью охлаждения его за счет эффекта Джоуля-Томсона и последующее эжектирование его основным газовым потоком приводит к значительным потерям пластовой энергии;

- для возвращения охлажденного газа в общий поток требуется сдросселировать последний в эжекторе, а затем скомпремировать на компрессорной станции, что влечет за собой значительные капитальные вложения.

Технический результат предлагаемого способа заключается в том, чтобы свести к минимуму потери пластовой энергии на предупреждение растепления мерзлых пород, что позволит повысить экономичность и надежность способа.

Данный технический результат достигают за счет того, что в способе предотвращения растепления мерзлых пород вокруг скважины с теплоизолированной лифтовой колонной, включающем добычу пластового газа из скважины, разделение его на два потока, больший из которых направляют в газопровод, а меньший охлаждают и возвращают в газопровод, причем меньший поток после охлаждения направляют в трубообразные теплообменники-холодильники, размещенные в межколонном пространстве или приствольном массиве мерзлых пород, и возвращают в газопровод под давлением, равным давлению пластового газа в точке разделения его на два потока, при этом давление в газопроводе перед возвращением в него меньшего охлажденного потока уменьшают на величину, большую величины гидравлических потерь этого потока по пути его движения, а также за счет того, что трубообразные теплообменники-холодильники размещают между кондуктором и эксплуатационной колонной, и за счет того, что трубообразные теплообменники-холодильники размещают между направлением и кондуктором.

На фиг. 1 изображена схема осуществления способа, на которой показано закачивание охлажденного газа в трубообразные теплообменники-холодильники, размещенные между кондуктором и эксплуатационной колонной. На фиг. 2 изображена схема осуществления способа, на которой показано закачивание охлажденного газа в трубообразные теплообменники- холодильники, размещенные между направлением и кондуктором. На фиг. 3 изображена схема осуществления способа, на которой показано закачивание охлажденного газа в трубообразные теплообменники-холодильники, размещенные в приствольном массиве мерзлых пород.

Схема осуществления предложенного способа (фиг. 1, 2 и 3) включает теплоизолированную лифтовую колонну 1, трубопровод устьевой обвязки 2, газоотвод 3, газопровод 4, газоохладитель 5, трубообразные теплообменники-холодильники 6, эксплуатационную колонну 7, клапан 8, регулирующий расход охлаждаемой части газа, газоотвод 9, кондуктор 10, направление 11. Позицией 12 на фиг. 1, 2 и 3 обозначен приствольный массив мерзлых пород.

Способ реализуют следующим образом.

Добываемый пластовый газ разделяют на два потока, больший из которых направляют в газопровод 4, а меньший поток газа охлаждают для превращения его в сторонний хладагент. Для этого поток газа, поступающий из скважины по лифтовой колонне 1, направляют в трубопровод устьевой обвязки 2, затем меньший поток газа поступает через газоотвод 3 в газоохладитель 5, который использует холод атмосферного воздуха, при этом газ охлаждают до требуемой отрицательной температуры. Далее охлажденный газ направляют в трубообразные теплообменники- холодильники 6, размещенные, например, между кондуктором и эксплуатационной колонной, что позволит поддерживать требуемую отрицательную температуру мерзлых пород без снижения жесткости конструкции и снижения герметичности межколонного и заколонного пространства скважины от газопроявлений, так как пространство вокруг трубообразных теплообменников-холодильников заполняется цементным раствором до устья скважины. Далее газовый поток возвращают по газоотводу 9 в газопровод 4 под давлением, равным давлению пластового газа в точке разделения его на два потока, что позволяет сохранить пластовую энергию транспортируемого газа и упростить общую конструкцию системы охлаждения. При этом давление в газопроводе 4 перед возвращением в него меньшего охлажденного потока уменьшают на величину, большую величины гидравлических потерь этого потока по пути его движения с помощью клапана 8, чтобы обеспечить разность давлений в точке отбора охлажденного газа и точке ввода его в газопровод 4 с целью подачи расчетного (определенного опытом) количества охлажденного газа в трубообразные теплообменники- холодильники.

Подачу охлажденного газа в трубообразные теплообменники- холодильники прекращают, если температура его на выходе из газоохладителя 5 становится выше минус 5^oC (по причине колебания температуры атмосферного воздуха). Это необходимо потому, что температура многолетнемерзлых пород приблизительно постоянна и составляет минус 3-5^oC.

В предложенном способе трубообразные теплообменники- холодильники размещают в межколонном пространстве или в приствольном массиве мерзлых пород с последующим заполнением межколонного пространства цементным раствором для сохранения жесткости и герметичности конструкции скважины. Такое размещение трубообразных теплообменников- холодильников позволит поддерживать грунт вокруг скважины в мерзлом состоянии, а заполнение межколонного пространства между эксплуатационной и лифтовой колоннами надпакерной жидкостью до устья скважины увеличит герметичность межколонного пространства от газопроявлений.

Данный способ допускает незначительное растепление многолетнемерзлых пород вокруг скважины в летнее время (1-2 месяца), но это растепление не окажет существенного влияния на устойчивость ствола скважины. Вместе с тем незначительное растепление ММП вокруг ствола скважины (5-10 см по радиусу) позволяет снять вертикальные нагрузки на кондуктор 10 и эксплуатационную колонну 7, которые будут возникать вследствие опускания (просадки) суши по мере истощения запасов газа.

Предложенный способ предотвращения растепления околоствольного пространства скважины в зоне мерзлоты позволит:

- существенно сэкономить пластовую энергию, так как для его реализации не требуется дросселировать газ с целью его охлаждения и утилизации;

- существенно сэкономить капитальные и эксплуатационные расходы на установки (сооружения) для компремирования охлажденного газа и газа эжектирования.

Данное изобретение может быть использовано в течение всего периода разработки месторождения независимо от величины давления пластового газа.

Данное изобретение может быть реализовано на скважинах Бованенковского, Харасовэйского, Крузенштерновского и других месторождений полуострова Ямал, расположенных в зоне с суровыми климатическими условиями, которые характеризуются холодной, продолжительной зимой (около 9 месяцев) с абсолютным минимумом температуры до минус 52^oC и прохладным коротким летом (около 2-х месяцев).