RU2029089C1

RU2029089C1 - Unit for development of gas-hydrate pools

Info

Publication number: RU2029089C1
Application number: SU914937313A
Authority: RU
Inventors: Э.И. Черней; В.Г. Писаренко; Б.Л. Хершберг; А.Е. Марков
Original assignee: Черней Эдуард Иванович
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1991-05-20
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: development of gas-hydrate pools. SUBSTANCE: unit for development of gas-hydrate pools has working member with permanent horseshoe magnets installed over its entire rows one after another or in staggered manner, or over spiral and with opposite poles directed to one another. End faces of magnet poles are installed for slipping over inner surface of casing string. Working member is rigidly connected with central carrying column installed for motion in casing string with channels for introduction of free gas and underlying receiving ports of liquid phase. Mixing chamber is located between preventer and body of working member with attachments in upper end. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к геологии и горному делу и может быть использовано для разработки газогидратных залежей. The invention relates to geology and mining and can be used to develop gas hydrate deposits.

Известно техническое решение для осуществления способа извлечения материалов из подземных формаций через скважины (а.с. N 1254162, кл. Е 21 С 45/00, 1986), включающее обсадную колонну с превентором, центральную колонну для подачи рабочего агента на гидромониторную насадку. A technical solution is known for implementing a method for extracting materials from underground formations through wells (a.s. N 1254162, class E 21 C 45/00, 1986), including a casing with a preventer, a central column for supplying a working agent to the nozzle.

Недостаток известного технического решения - значительные энергетические затраты на производство и подачу рабочего агента под давлением. A disadvantage of the known technical solution is the significant energy costs for the production and supply of a working agent under pressure.

Прототипом к предлагаемому является скважинный гидромониторный агрегат, включающий обсадную колонну с превентором и каналами для выхода свободного газа и приемными окнами для пресной воды, размещенными в нижней торцевой части обсадной колонны, несущую колонну для выдачи водовоздушной смеси с исполнительным органом, состоящим из узла всасывания и камеры смешения, установленную концентрично с обсадной колонной и с возможностью осевого перемещения. The prototype of the proposed one is a downhole hydraulic monitor assembly, including a casing with a preventer and channels for free gas exit and fresh water receiving windows located in the lower end part of the casing, supporting a column for dispensing a water-air mixture with an actuator consisting of a suction unit and a chamber mixing, installed concentrically with the casing and with the possibility of axial movement.

Недостатки - значительные энергозатраты на производство и подачу рабочего агента, а также большая металлоемкость используемого оборудования. Disadvantages - significant energy costs for the production and supply of a working agent, as well as the high metal consumption of the equipment used.

Цель изобретения - повышение эффективности разработки за счет исключения необходимости использования обсадной колонны в пределах глубины акватории, а также отсутствия в технологической схеме энергетического оборудования для производства и подачи рабочего агента для перевода полезного ископаемого в подвижное состояние разделения газогидрата на газ и пресную воду. The purpose of the invention is to increase the development efficiency by eliminating the need to use a casing string within the depths of the water area, as well as the absence in the technological scheme of energy equipment for the production and supply of a working agent for transferring minerals to the mobile state of separation of gas hydrate into gas and fresh water.

Указанная цель достигается тем, что нагрев газогидратной залежи осуществляется с помощью постоянных магнитов, расположенных внутри ферромагнитной обсадной трубы, с образованием токов Фуко. This goal is achieved by the fact that the heating of the gas hydrate deposits is carried out using permanent magnets located inside the ferromagnetic casing, with the formation of Foucault currents.

Устройство отличается от прототипа тем, что обсадная колонна внедряется только в газогидратный пласт через слой илов до подстилающих пород. Исполнительный орган выполнен в виде подковообразных магнитов, установленных в корпусе исполнительного органа в шахматном порядке или по спирали. Узел всасывания выполнен в виде центрального канала с насадками. В корпусе выполнены окна для приема пресной воды. Камера смешения выполнена в виде кольцевого цилиндра с постоянным и переменным объемами. The device differs from the prototype in that the casing is introduced only into the gas hydrate formation through a layer of sludge to the underlying rocks. The executive body is made in the form of horseshoe magnets mounted in the housing of the executive body in a checkerboard pattern or in a spiral. The suction assembly is made in the form of a central channel with nozzles. The case has windows for receiving fresh water. The mixing chamber is made in the form of an annular cylinder with constant and variable volumes.

Таким образом, устройство соответствует критерию "новизна". Thus, the device meets the criterion of "novelty."

Сопоставительный анализ устройства с известными в данной области техническими решениями с целью обнаружения в них признаков, отличающих заявляемое устройство от прототипа, не выявил решений, обладающих сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "существенные отличия". A comparative analysis of the device with well-known technical solutions in order to detect in them the features that distinguish the claimed device from the prototype, did not reveal solutions with similar features. This allows us to conclude that the claimed device meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1 представлен исполнительный орган, продольный разрез; на фиг.2 - герметизация устья обсадной колонны; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1. Figure 1 presents the Executive body, a longitudinal section; figure 2 - sealing the mouth of the casing; figure 3 is a section aa in figure 1.

Агрегат для разработки газогидратных залежей включает обсадную колонну 1, превентер 2, уплотнительные элементы 3 и 4, каналы 5, окна 6, несущую колонну 7, окна 8, исполнительный орган 9, состоящий из постоянных магнитов 10, центрального канала 11, насадок 12, уплотнительных элементов 13, а также камеру смешения 14. Эксплуатационная скважина 15 пройдена через слой илов 16, газогидратный пласт 17 до поверхности подстилающих пород 18 с последующей обсадной колонной 1, выполненной из ферромагнитного материала. Устье обсадной колонны 1 расположено в непосредственной близости от поверхности илов 16. Устье обсадной колонны 1 оборудовано превентором 2, который посажен на колонну с помощью резьбового соединения. Превентор 2 снабжен уплотнительными элементами 3 и 4 для предупреждения выхода свободного газа в акваторию 19 через резьбовое соединение и через зазор между несущей колонной и корпусом превентора соответственно. На границе потолочины 20 с выемочной камерой 21 в обсадной колонне 1 конструктивно выполнены каналы 5, а в непосредственной близости от подстилающих пород 18 в колонне 1 прорезаны окна 6. На торцовой части несущей колонны 7 закреплен исполнительный орган 9, в корпусе которого закреплены в рядах постоянные подковообразные магниты 10. Ряды магнитов 10 расположены по длине исполнительного органа 9 и установлены в рядах по отношению друг к другу противоположными полюсами и на одинаковых расстояниях между полюсами. Торцы полюсов магнитов 10 обращены к внутренней поверхности обсадной колонны 1 с возможностью создания минимального зазора между их образующими. Геометрический центр внешней цилиндрической поверхности торцов полюсов магнитов 10 совпадает с центром обсадной колонны 1. Постояннные магниты 10 в зависимости от движения несущей колонны 7 могут быть установлены в исполнительном органе 9 в шахматном порядке и по спирали. Так, при возвратно-поступательном движении колонны 7 постоянные магниты 10 в корпусе исполнительного органа 9 располагают в рядах, а при вращательном движении - в шахматном порядке или по спирали. Такое расположение магнитов 10 позволяет наводить в обсадной колонне токи Фуко максимальной силы. The unit for developing gas hydrate deposits includes a casing 1, a preventer 2, sealing elements 3 and 4, channels 5, windows 6, a supporting column 7, windows 8, an actuator 9, consisting of permanent magnets 10, a central channel 11, nozzles 12, sealing elements 13, as well as the mixing chamber 14. The production well 15 is passed through a layer of sludge 16, a gas hydrate formation 17 to the surface of the underlying rocks 18, followed by a casing 1 made of ferromagnetic material. The mouth of the casing 1 is located in close proximity to the surface of the sludge 16. The mouth of the casing 1 is equipped with a preventer 2, which is mounted on the string using a threaded connection. The preventer 2 is equipped with sealing elements 3 and 4 to prevent free gas from entering the water area 19 through a threaded connection and through the gap between the support column and the preventer housing, respectively. At the boundary of the ceiling 20 with the extraction chamber 21 in the casing 1, channels 5 are structurally made, and in the immediate vicinity of the underlying rocks 18, windows 6 are cut in the column 1. On the end of the supporting column 7, an actuator 9 is fixed, in the body of which are fixed in rows horseshoe magnets 10. The rows of magnets 10 are located along the length of the actuator 9 and are installed in rows in relation to each other with opposite poles and at equal distances between the poles. The ends of the poles of the magnets 10 face the inner surface of the casing 1 with the possibility of creating a minimum gap between their generators. The geometric center of the outer cylindrical surface of the ends of the poles of the magnets 10 coincides with the center of the casing 1. Permanent magnets 10 depending on the movement of the supporting string 7 can be installed in the actuator 9 in a checkerboard pattern and in a spiral. So, with the reciprocating movement of the column 7, the permanent magnets 10 in the housing of the actuator 9 are arranged in rows, and with rotational motion - in a checkerboard pattern or in a spiral. This arrangement of the magnets 10 allows you to induce in the casing string Foucault currents of maximum strength.

Узел всасывания выполнен в виде центрального канала 11 с насадками 12. Нижняя торцовая часть канала 11 обращена в сторону приемных окон 6 для пресной воды. Торцовые срезы насадок 12 выведены в камеру смешения 14, которая выполнена в виде кольцевого цилиндра, образованного внутренней поверхностью обсадной колонны 1 и внешней поверхностью несущей колонны 7. Камера смешения 14 гидравлически связана с центральным каналом 11 через насадки 12 и внутренней полостью несущей колонны 7 через окна 8. The suction assembly is made in the form of a central channel 11 with nozzles 12. The lower end part of the channel 11 faces the receiving windows 6 for fresh water. End sections of the nozzles 12 are led into the mixing chamber 14, which is made in the form of an annular cylinder formed by the inner surface of the casing 1 and the outer surface of the supporting string 7. The mixing chamber 14 is hydraulically connected to the central channel 11 through the nozzles 12 and the inner cavity of the supporting column 7 through windows 8.

Объем камеры смешения может быть постоянным при вращательном движении исполнительного органа 9 относительно обсадной колонны 1, а также переменным при возвратно-поступательном движении исполнительного органа относительно обсадной колонны. Во избежание абразивного износа магнитов 10 при попадании в загор пресной воды и взвешенных твердых частиц корпус исполнительного органа 9 снабжен уплотнительными элементами 13. The volume of the mixing chamber can be constant during the rotational movement of the actuator 9 relative to the casing string 1, as well as variable during the reciprocating movement of the actuator relative to the casing string. In order to avoid abrasive wear of the magnets 10 when fresh water and suspended solids get into the tan, the body of the executive body 9 is equipped with sealing elements 13.

Работа агрегата рассматривается на примере разработки газогидратной залежи, расположенной под акваторией 19. На плавсредстве (не показано) несущую колонну снабжают превентором 2, а затем исполнительным органом 9 и производят их спуск. После вхождения исполнительного органа 9 в обсадную колонну 1 на ее устье навинчивают превентоp 2. Затем колонне 7 сообщают возвратно-поступательное движение от каналов 5 до окон 6. Шаг перемещения соответствует размеру постоянного магнита 10 между полюсами. Магнитное поле, вызванное постоянными магнитами 10, наводит в стальной обсадной колонне 1 токи Фуко, которые приводят к омическому нагреву материала колонны 1. Аналогичный эффект получают при вращении исполнительного органа 9 с закрепленными на его корпусе постоянными магнитами 10 в шахматном порядке или по спирали. Колонна 1 отдает тепло породам газогидратного пласта 17, что приводит к разложению газогидратов на свободный газ и пресную воду. Пресная вода через окна 6, центральный канал 11 и насадки 12 поступает в камеру смешения 14. В камеру смешения через каналы 5 поступает свободный газ. Газ и пресная вода смешиваются, водовоздушная смесь через окна 8 поступают во внутреннюю полость колонны 7 и эрлифтируется на поверхность. На плавсредстве производят их разделение для дальнейшего промышленного использования. Процесс прекращают после полной отработки выемочной камеры 21, после чего снимают с обсадной колонны 1 превентор 2 и агрегат поднимают на плавсредство. The operation of the unit is considered on the example of the development of a gas hydrate deposit located under the water area 19. On a watercraft (not shown), the supporting column is equipped with a preventer 2, and then with an executive body 9 and their descent. After the actuator 9 enters the casing 1, a preventer 2 is screwed on its mouth. Then, the reciprocating movement from the channels 5 to the windows 6 is informed to the casing 7. The movement step corresponds to the size of the permanent magnet 10 between the poles. The magnetic field induced by the permanent magnets 10 induces Foucault currents in the steel casing 1, which lead to the ohmic heating of the material of the string 1. A similar effect is obtained by rotating the actuator 9 with the permanent magnets 10 fixed to its body in a checkerboard pattern or in a spiral pattern. Column 1 gives off heat to the rocks of the gas hydrate formation 17, which leads to the decomposition of gas hydrates into free gas and fresh water. Fresh water through the windows 6, the central channel 11 and nozzles 12 enters the mixing chamber 14. Free gas enters the mixing chamber through the channels 5. Gas and fresh water are mixed, the air-water mixture through the windows 8 enter the internal cavity of the column 7 and airlift to the surface. On a watercraft they are separated for further industrial use. The process is stopped after the mining chamber 21 is fully worked out, after which the preventer 2 is removed from the casing 1 and the unit is lifted to the ship.

Claims

1. UNIT FOR THE DEVELOPMENT OF GAS HYDROGEN DEPOSITS, including a casing with a preventer, channels for introducing free gas and reception windows for the liquid phase made under them, a central supporting column rigidly connected to the actuator, mounted with the possibility of movement, nozzle of the actuator and mixing chamber , characterized in that, in order to reduce the metal consumption of the unit and the energy consumption for operation in the development of underwater deposits, it is equipped with permanent horseshoe magnets, GOVERNMENTAL the executive body along its height and in relation to each other opposite poles, wherein the pole ends of the magnets are slidably mounted on the inner surface of the casing, wherein the geometric center of the outer cylindrical surface of the magnet poles aligned with the ends of the casing center.

2. The assembly according to claim 1, characterized in that the permanent magnets in the actuator are arranged in rows in rows one above the other, either in a checkerboard pattern, or in a spiral.

3. The unit according to claim 1, characterized in that the mixing chamber is placed between the preventer and the body of the executive body in the upper end of which there are nozzles communicated by its central channel with receiving windows.