Улаштування для теплової ізоляції колони насосно-компресорних труб у свердловині

Изобретение относится к термическим способам добычи нефти и может быть использовано для повышения эффективности тепловой изоляции при нагнетании теплоносителей и эксплуатации нефтяных скважин. Цель изобретения - повышение надежности работы оборудования при больших глубинах скважины. Оборудование для тепловой изо ляции колонны насосно-компрессорных труб в скважине включает жестко связанные с устьевым оборудованием внутреннюю колонну труб 1, наружную колонну труб 2 и эксплуатационную колонну 3. Они образуют кольцевые пространства 4, 5 соответственно между колоннами труб 1, 2 и колоннами: труб 2, 3. В кольцевых пространствах установлены центраторы 6, связанные с одной из колонн труб, образующих кольцевое пространство. В нижней части оборудования для тепловой изоляции установлен дифференциальный насос из двух последовательно соединенных между собой цилиндров (Ц) 7, 8 различного диаметра и двух плунжеров (П) 9, 10. Последние образуют с верхним Ц 7 рабочую камеру 11. Наружная колонна труб 2 в верхней части имеет жестко связанный с ней и с устьевым оборудованием 15 зубчатого пространства Ц 16. Устьевая tr "О р (Я С О\ арматура 17 межтрубного пространства имеет жестко связанный с ней П 18. При этом П 18 установлен с возможностью осевого перемещении, взаимодействия с Ц 1 б и образования кольцевого канала 19 для связи межтрубного пространства выкидной линией устьевой арматуры. При нагнетания теплоносителя в скважину или отбора продукции из пласта происходит температурная деформация (ТД) колонн труб 1 и 2. Вначале ТД обеспечивается за счет перемещения в нижних герметизирующих парах П 9 Ц 7 и П 10 Ц 8. При дальнейшем повышении температуры ТД обеспечивается перемещением в верхней паре Ц 16 и П 18. 3 ил. 1556161 Изобретение относится к термическим способам добычи нефти и может быть использовано для повышения эффективности тепловой изоляции при нагнетании теплоносителей и эксплуатации нефтяных скважин. Цель изобретения - повышение надежности работы оборудования при увеличении глубины вакуумирования кольцевого межтрубного пространства. На фиг.1 схематично показано оборудование для тепловой изоляции колонны насосно-компрессорных труб в скважине в исходном состоянии; на фиг.2 - то же оборудование в момент закачки теплоносителя или отбора продукции; на фиг.З - вариант выполнения верхней части оборудования. Оборудование для тепловой изоляции колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) включает (фиг.1) жестко связанные с устьевой арматурой внутреннюю колонну труб 1, наружную колонну труб 2 и эксплуатационную колонну 3, образующие кольцевые пространства 4 и 5 соответственно между колоннами труб 1. 2 и между колоннами труб 2, 3. В кольцевых пространствах между колоннами для обеспечения их коаксиального расположения установлены центраторы 6, связанные с одной из колонн, образующих кольцевое пространство. В нижней части оборудования для тепловой изоляции установлен дифференциальный насос, состоящий из жестко связанных с нижней частью наружных труб 2 двух последовательно соединенных между собой цилиндров 7, 8 различного диаметра и жестко связанных с нижней частью внутренней колонны труб 1 двух последовательно соединенных плунжеров 9, 10, образующих с верхним цилиндром 7 наружной колонны труб 2 рабочую камеру 11, изменяющую свой объем при перемещении плунжеров 9 и 10 в цилиндрах 7 и 8. Отвод газожидкостной среды из межтрубного кольцевого пространства 4 осуществляется за счет гидравлической связи кольцевого пространства 4 через рабочую камеру 11 с внутритрубным пространством 12 обратными клапанами 13 и 14. Клапан 14 может быть установлен и в нижней части рабочей камеры 11. В этом случае гидравлическая связь камеры 11 осуществляется с кольцевым пространством 5, т.е. пространством между наружной и эксплуатационной колоннами. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Наружная колонна труб 2 в верхней ча- 55 сти имеет жестко и герметично связанный с ней и с устьевым оборудованием 15 затрубного пространства цилиндр 16, а устьевая арматура 17 межтрубного пространства имеет жестко связанный с ней плунжер 18, б установленный с возможностью осевого перемещения относительно цилиндра 16 при взаимодействии с ним с обеспечением герметичного скользящего соединения. Плунжер 18 образует кольцевой канал 19 для связи кольцевого межтрубного пространства с выкидной линией устьевой арматуры. Кольцевой канал 19 может быть образован плунжером 18 как с внутренней колонной руб 1 (фиг.1, 2), так и с наружной колонной Т труб 2 (фиг.З). Для сокращения теплопотерь от внутренней колонны труб1 за счет теплового излучения одна из колонн труб (внутренняя или наружная) или обе могут быть выполнены с отражающими покрытиями, например альфольевыми, а в межтрубном пространстве 4 может быть размещен теплоизоляционный материал, например, из чередующихся слоев базальтового холста и алюминиевой фольги. С целью предупреждения воздействия высоких температур и повреждения скважин, направления потока теплоносителя в разрабатываемый объект затрубное пространство скважины между наружной колонной труб 2 и эксплуатационной колонной 3 может перекрываться пакером (над или под Дифференциальным насосом) и с целью предотвращения утечек вверх в надпакерную зону и воспламенения - заполняться инертным газом под давлением (например, азотом). Для уменьшения теплопотерь и трения центраторы могут быть изготовлены из антифрикционного материала с низким коэффициентом теплопроводности и теплового расширения. Это исключает наличие тепловых мостов, заеданий, которые могут возникнуть при взаимном перемещении колонн труб. Оборудование работает следующим образом. По внутренней (нагнетательной) колонне НКТ 1 нагнетают теплоноситель в скважину (или отбирают из пласта продукцию). Нагнетательная система, скважина и горные породы нагреваются. В результате температурной деформации колонны труб 1 и 2 удлиняются. В соответствии с законом теплообмена нагнетательной системы со скважиной и горными породами температура внутренней (нагнетательной) колонны труб 1 выше температуры наружной колонны труб 2, поэтому удлинение внутренней колонны труб 1 больше, чем наружной колонны труб 2. Вес колонны труб 1 больше силы гидростатического давления скважинной среды на плунжер 9 и колонну труб 1, поэтому температурная деформация их относи 1556161 тельно друг друга обеспечивается вначале за счет перемещения в нижних герметизирующих парах плунжер - цилиндр 7, 3 и 8, 10 дифференциального насоса. Герметично и жестко соединенные между собой и с внут- 5 ренней колонной труб 1 плунжеры 9 и 10 перемещаются вниз относительно цилиндров 7 и 8, объем кольцевой замкнутой камеры 11 (рабочей камеры) уменьшается, клапаны 13 и 14 закрыты. Газожидкостная 10 система, находящаяся в рабочей камере 11, сжимается, давление ее возрастает. При превышении давлением газожидкостной системы в рабочей камере 11 давления в скважине клапан 14 открывается и газожид- 15 костная среда из камеры 11 стравливается (вытесняется) в скважину (или во внутреннюю колонну труб). При дальнейшем повышении температуры колонны труб 1 и дальнейшем температурном удлинении ее 20 плунжеры 9 и 10 перемещаются вниз до упора в ступеньку цилиндров 7, 8, при этом мертвое пространство вакуумного насоса равно нулю (или стремится к нулю), и далее температурная деформация обеспечивается перемещением в верхней паре цилиндр 25 - плунжер 16, 18. Плунжер 18, жестко и герметично соединенный с внутренней колонной труб 1, перемещается вверх относительно цилиндра 16, жестко и герметично соединенного с наружной колонной труб 2, 30 и верхняя часть внутренней колонны выдвигается вверх относительно устьевой арматуры 15. Длину внутренней 1 и наружной 2 колонн труб подбирают так, чтобы обеспечить упор (замыкание) дифференциального 35 плунжера 9,10 в ступень дифференциального цилиндра 7,8 при минимальной разности температур колонн труб 1 и 2. В этом случае гарантируется сведение мертвого пространства вакуумного насоса к нулю, глубо- 40 кое вакуумирование замкнутого кольцевого межтрубного пространства. 8 10 вверх относительно цилиндров 7, 8. При перемещении плунжеров 9, 10 вверх относительно цилиндров 7, 8 объем рабочей камеры 11 дифференциального насоса увеличивается, давление газожидкостной системы в ней снижается и при его снижении до давления в кольцевом замкнутом межтрубном пространстве 4 клапан 13 открывается, клапан 14 при этом закрыт и газожидкостная среда из пространства 4 поступает в рабочую камеру 11. В конце хода плунжеров 9, 10 вверх клапан 13 закрывается. Далее циклы повторяются. Термодинамические параметры закачиваемого в скважину теплоносителя (например, влажного водяного пара) могут быть изменены путем регулирования (изменения) давления теплоносителя на устье скважины. Так как для влажного водяного пара температура однозначно определяется давлением, то со снижением давления снижается и температура. Регулирование давления пара может быть осуществлено запорной и регулирующей арматурой, установленной, например, на устье скважины. Для капельного теплоносителя (например, горячей или перегретой воды) изменение температуры в скважине может быть достигнуто путем регулирования температуры теплоносителя, вырабатываемого непосредственно промысловым источником парогенератором или водогрейной установкой, или путем регулирования расхода закачиваемого теплоносителя запорной или регулирующей арматурой, установленной на устье скважины. Для эксплуатационной добывающей скважины термодинамические параметры (температура) регулируются путем изменения гидродинамических параметров, т.е. путем изменения расхода отбираемой продукции запорной или регулирующей арматурой, установленной на устье скважины. Во всех случаях термодинамического Затем снижают термодинамические 45 или гидродинамического (расход) изменеили гидродинамические параметры закачиния параметров потока достигается регуливаемого теплоносителя или отбираемой рование термодинамического параметра продукции. В соответствии с законом теплорабочего агента (теплоносителя или отбираобмена системы со скважиной и горными емой продукции) - температуры, а значит, и породами температура внутренней (нагнетательной) колонны труб 1 снижается на 50 температуры внутренней колонны труб и, большую величину, чем наружной колонны как следствие, изменение ее длины в ретруб 2, поэтому внутренняя колонна труб 1 зультате температурной деформации, при сокращается на существенно большую веэтом температурной деформацией наружличину, чем наружная колонна труб 2. Соной колонны пренебрегают вследствие ее кращение длины колонны труб 1 приводит к 55 незначительности. Регулирование темперадвижению верхней части колонны труб 1 с туры потока теплоносителя или продукции плунжером 18 вниз, посадке колонны труб 1 скважины позволяет осуществлять вакуумина устьевую арматуру, затем к выборке прорование нагнетательной системы. Регулидольно-винтового изгиба и сжатия и в порование (периодичность изменения следнюю очередь к движению плунжеров 9, температуры теплоносителя или отбирае 1556161 10 мой продукции) может быть установлено ние температуры наружного ряда труб вырасчетным или опытным и определяется незывает изменение его длины в результате обходимой глубиной вэкуумирования межтемпературной деформации, при этом темтрубного пространства системы, пературной деформацией внутренней коспецификой условий применения. лонны пренебрегают вследствие ее Способ может быть реализован и при незначительности. непрерывной закачке теплоносителя или Перед осуществлением способа может при непрерывном отборе продукции. При быть осуществлено предварительное вытесэтом вакуумирование может быть обеспеченение жидкости из межтрубного пространно путем изменения температуры наружной 10 ства газом путем его подачи в межтрубное колонны труб периодической подкачкой пространство через канал 19 (например, теплоносителя или отбором продукции по инертным газом) и последующий его выпуск затрубному пространству так как изменеиз межтрубного пространства. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я камеру, гидравлически связанную с 15 кольцевым пространством и внутритрубОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ным или затрубным пространством поИЗОЛЯЦИИ КОЛОННЫ НАСОСНО-КОМсредством обратных клапанов, отымаюПРЕССОРНЫХ ТРУБ в скважине, вклющееся тем, что, с целью повышения начающее жестко связанные с устьевым дежности работы при увеличении глубиоборудованием, коаксиально располо- 20 ны вакуумирования кольцевого межтрубженные эксплуатационную колонну, ного пространства, наружная колонна внутреннюю и наружную колонны труб, труб в верхней части снабжена жестко образующие кольцевые пространства, соединенным с ней и с эксплуатационустановленные между внутренней и наружной колонными труб и связанные с 25 ной колонной цилиндром, а внутренняя колонна труб снабжена жестко связанодной из них центраторы, жестко свяным с ней плунжером, установленным с занные с нижней частью наружной ковозможностью осевого перемещения и лонны труб два последовательно соедивзаимодействия с цилиндром колонны ненные между собой цилиндра различного диаметра, два последова- 30 наружных труб, причем в месте расположения плунжерной пары между внуттельно соединенные плунжера, жестко ренней и наружной колоннами труб обсвязанные с нижней частью внутренней разован канал для связи кольцевого колонны труб и образующие с верхним межтрубного пространства с выкидной цилиндром наружной колонны рабочую __ линией устьевой арматуры. оэ 1556161 17 19 XWtX" J щиг.З Ю ФигЛ Редактор Т.Юрчикова Заказ 1658 Составитель В.Родина Техред М.Моргентал Корректор О.Густи Подписное Тираж НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101