RU2127356C1 - Method and device for thermal insulation of mouth zone of producing well in permafrost ground - Google Patents

Method and device for thermal insulation of mouth zone of producing well in permafrost ground Download PDF

Info

Publication number
RU2127356C1
RU2127356C1 RU98102211A RU98102211A RU2127356C1 RU 2127356 C1 RU2127356 C1 RU 2127356C1 RU 98102211 A RU98102211 A RU 98102211A RU 98102211 A RU98102211 A RU 98102211A RU 2127356 C1 RU2127356 C1 RU 2127356C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
thermal
containers
well
permafrost
Prior art date
Application number
RU98102211A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98102211A (en
Inventor
Л.С. Чугунов
О.М. Ермилов
А.П. Попов
А.И. Березняков
Ю.Г. Тер-Саакян
Л.Н. Решетников
В.И. Кононов
С.С. Фесенко
Original Assignee
Чугунов Леонид Семенович
Ермилов Олег Михайлович
Попов Александр Петрович
Березняков Александр Иванович
Тер-Саакян Юрий Георгиевич
Решетников Лев Николаевич
Кононов Виктор Иванович
Фесенко Сергей Сергеевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чугунов Леонид Семенович, Ермилов Олег Михайлович, Попов Александр Петрович, Березняков Александр Иванович, Тер-Саакян Юрий Георгиевич, Решетников Лев Николаевич, Кононов Виктор Иванович, Фесенко Сергей Сергеевич filed Critical Чугунов Леонид Семенович
Priority to RU98102211A priority Critical patent/RU2127356C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2127356C1 publication Critical patent/RU2127356C1/en
Publication of RU98102211A publication Critical patent/RU98102211A/en

Links

Images

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas production industry. SUBSTANCE: this relates to operation of producing wells in cryolitic zone and is intended for keeping ground around mouth zone of well in frozen condition during its entire service life. According to method, placed around upper section of pipe string is thermal-insulating component. Installed over entire length of this component are heat-transmitting pipes or containers. Effected by these pipes or containers is heat removal from thermal-insulating component. Installed into pipes or containers directly after guiding pipe are seasonally operating thermal stabilizers which can be extracted and replaced. These thermal stabilizers carry out transfer of natural cold from atmospheric air to boundary between thermal-insulating component and permafrost ground. Number and relative positioning of pipes or containers and thermal stabilizers around perimeter of guiding pipe is determined by solving two-dimensional non-stationary heat transfer equation. Calculation area is represented by segment of cross-section which is parallel to ground surface. Extension of calculation area can vary from 1x1 m to 30x30 m. Pitch of division to elementary units is non-uniform and can vary within 0.01 - 5 m. Application of aforesaid method and device allows for maintaining stability of producing well, ensuring reliable fixing of bore-hole in mouth zone of well, with saving energy due to utilization of natural cold air from atmosphere. EFFECT: higher efficiency. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области эксплуатации добывающих скважин в криолитозоне и предназначено для сохранения грунта вокруг устьевой зоны скважины в мерзлом состоянии в течение всего срока ее эксплуатации. The invention relates to the field of operation of production wells in the permafrost zone and is intended to preserve the soil around the wellhead zone in the frozen state during the entire period of its operation.

Известна система стабилизации вечной мерзлоты вокруг добывающей скважины (Патент США N 3763931, МКИ6 E 21 B 43/00, 1973).A known system for stabilizing permafrost around a producing well (US Patent N 3763931, MKI 6 E 21 B 43/00, 1973).

В известной системе вокруг верхнего участка добывающей скважины размещают колонну труб теплоизолирующего элемента, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры. С их помощью осуществляют отвод тепла от теплоизолирющего элемента. In the known system around the upper section of the producing well, a pipe string of a heat-insulating element is placed along the length of which heat transfer tube containers are installed. With their help, heat is removed from the heat-insulating element.

Однако известная система недостаточно надежно обеспечивает термоизоляцию многолетнемерзлых пород в устьевой зоне добывающей скважины, т.к. при ее использовании не учитывается возможный перепад температур и теплоемкость окружающих пород. However, the known system does not reliably provide thermal insulation of permafrost in the wellhead of the producing well, because its use does not take into account the possible temperature difference and heat capacity of the surrounding rocks.

Технический результат изобретения заключается в сохранении устойчивости скважины, достижении максимальной жесткости конструкции и обеспечении надежности закрепления ствола в приустьевой зоне, экономии энергии за счет использования естественного природного холода воздуха атмосферы, учета теплофизических характеристик используемого оборудования и верхней части размера мерзлых пород, в которых размещено устье скважины. The technical result of the invention consists in maintaining the stability of the well, achieving maximum structural rigidity and ensuring the reliability of securing the wellbore in the wellhead zone, saving energy through the use of natural natural cold air atmosphere, taking into account the thermophysical characteristics of the equipment used and the upper part of the size of frozen rocks in which the wellhead is located .

Сущность изобретения заключается в том, что вокруг верхнего участка колонны труб размещается телпоизолирующий элемент, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры, с помощью которых осуществляют отвод тепла от теплоизолирующего элемента. В трубки-контейнеры, размещенные непосредственно за трубой направления, устанавливают с возможностью извлечения и замены сезонно действующие термостабилизаторы, осуществляющие перенос естественного природного холода от воздуха к границе теплоизолирующий элемент - многолетнемерзлые породы. Количество и взаимное расположение трубок-контейнеров и термостабилизаторов по периметру трубы направления определяется путем решения методом конечных разностей по явной схеме с регуляризацией двумерного нестационарного уравнения теплопроводности с распределенными внутри расчетной области источниками холода в неоднородной среде, имеющей прямоугольную симметрию и с подвижной границей раздела фаз уравнения вида

Figure 00000002

где T - температура;
i = 1, 2, 3 - индекс, определяющий среду, включенную в расчетную область, и относящийся к материалу цементного кольца, талым и мерзлым породам соответственно.The essence of the invention lies in the fact that around the upper section of the pipe string there is a heat insulating element, along the length of which heat transfer tube containers are installed, with which heat is removed from the heat insulating element. Seasonally operating thermostabilizers are installed in the container tubes located directly behind the directional pipe with the possibility of extraction and replacement, which transfer the natural cold from the air to the boundary of the insulating element - permafrost. The number and relative position of the container tubes and thermostabilizers along the perimeter of the direction pipe is determined by solving the finite difference method using an explicit scheme with regularization of the two-dimensional unsteady heat equation with cold sources distributed inside the computational domain in an inhomogeneous medium having rectangular symmetry and a moving phase boundary with equations of the form
Figure 00000002

where T is the temperature;
i = 1, 2, 3 - the index that defines the environment included in the calculation area, and related to the material of the cement ring, thawed and frozen rocks, respectively.

x, y - пространственные координаты;
τ - время;
λ - теплопроводность;
C - теплоемкость;
ρ - плотность;
β(x,y) - функция равная 1 в области расположения термостабилизатора и 0 вне этой области;
Q - тепловой поток, передаваемый термостабилизатором;
V - объем грунтового теплообменника термостабилизатора. Все физические величины приводятся в системе СИ.
x, y - spatial coordinates;
τ is the time;
λ is the thermal conductivity;
C is the specific heat;
ρ is the density;
β (x, y) is a function equal to 1 in the region of the thermal stabilizer and 0 outside this region;
Q is the heat flux transmitted by the thermal stabilizer;
V is the volume of soil heat exchanger heat stabilizer. All physical quantities are given in the SI system.

Расчетная область представляет собой сегмент сечения, плоскость которого, параллельна поверхности земли. Величина расчетной области может меняться от 1 x 1 до 30 x 30 м, а шаг разбиения на элементарные блоки неравномерный и может меняться от 0,01 до 5 м. The computational domain is a sectional segment whose plane is parallel to the surface of the earth. The value of the computational domain can vary from 1 x 1 to 30 x 30 m, and the step of dividing into elementary blocks is uneven and can vary from 0.01 to 5 m.

Для осуществления способа используется устройство для теплоизоляции устьевой зоны добывающей скважины в многолетнемерзлых породах, включающее рефрижераторное шахтное направление, выполненное в виде теплопередающих трубок - контейнеров с заглушенным нижним концом и полостью, заполненной незамерзающей жидкостью, в качестве которой может использоваться дизельное топливо. Устройство так же снабжено сезонно действующими термостабилизаторами, установленными с возможностью извлечения и замены в теплопередающие трубки-контейнеры, которые размещают непосредственно за трубой направления добывающей скважины. To implement the method, a device is used for thermal insulation of the wellhead of a producing well in permafrost, including a refrigerator mine direction made in the form of heat transfer tubes - containers with a sealed lower end and a cavity filled with non-freezing liquid, which can be used as diesel fuel. The device is also equipped with seasonally operating thermostabilizers installed with the possibility of extraction and replacement in heat transfer tubes-containers, which are placed directly behind the directional pipe of the producing well.

В частном случае используют термостабилизаторы диаметром 0,04 м в количестве от 2 до 16, в зависимости от результатов решения уравнения (1). In the particular case, heat stabilizers with a diameter of 0.04 m are used in an amount from 2 to 16, depending on the results of solving equation (1).

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена общая схема устройства для реализации предложенного способа, на фиг. 2 - фрагмент конфигурации расчетной области, где изображены труба направления 1, с размещенной в ней теплоизолированной насосно-компрессорной трубой 2, трубки-контейнера 3 с заглушенным нижним концом 4 и полостью 5, сезонно действующие термостабилизаторы 6, многолетнемерзлые породы 7, поверхность земли 8, добывающая скважина 9, цементное кольцо 10. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a general diagram of a device for implementing the proposed method, FIG. 2 is a fragment of the configuration of the computational domain, which shows a pipe of direction 1, with a heat-insulated tubing 2 placed in it, a container tube 3 with a sealed lower end 4 and a cavity 5, seasonally operating thermal stabilizers 6, permafrost rocks 7, the earth's surface 8, production well 9, cement ring 10.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Непосредственно за трубой направления 1 добывающей скважины размещают трубки-контейнеры 3 с заглушенным нижним торцом 4 и полостью 5, которую заполняют незамерзающей жидкостью, например дизельным топливом, и в которую опускают сезонно действующие термостабилизаторы 6 и закрепляют их там с возможностью извлечения и замены. Затем в добывающую скважину опускают теплоизолированую насосно-комперссорную трубу 2 и осуществляют процесс эксплуатации скважины. В процессе добычи теплого флюида происходит передача тепла через материал теплоизоляции насосно-компрессорной трубы 2 в окружающие скважину многолетнемерзлые породы 7. Время начала растепления зависит от эффективного коэффициента теплопроводности материала теплоизоляции насосно-компрессорной трубы 2 и теплофизических свойств, окружающего скважину многолетнемерзлых пород 7. Directly behind the directional pipe 1 of the producing well, container containers 3 are placed with a damped bottom end 4 and a cavity 5, which is filled with a non-freezing liquid, for example diesel fuel, and into which the seasonally acting thermal stabilizers 6 are lowered and fixed there with the possibility of extraction and replacement. Then, a heat-insulated pump-compressor pipe 2 is lowered into the production well and the well is operated. During the production of warm fluid, heat is transferred through the insulation material of the tubing 2 to the permafrost 7 surrounding the well 7. The start time of thawing depends on the effective thermal conductivity of the insulation material of the tubing 2 and the thermal properties surrounding the permafrost 7.

Необходимые для реализации способа параметры конструкции: эффективный коэффициент теплопроводности материала пассивной теплоизоляции насосно-компрессорной трубы 2, количество термостабилизаторов 6, их коэффициент теплоотдачи, - рассчитывают в зависимости от климатических условий территории применения способа и устройства, теплофизических свойств многолетнемерзлых пород 7, окружающих добывающую скважину, и температуры, которую необходимо поддерживать на границе с окружающем устье скважины многолетнемерзлыми породами 7. Necessary for the implementation of the method design parameters: effective coefficient of thermal conductivity of the material of passive thermal insulation of the tubing 2, the number of heat stabilizers 6, their heat transfer coefficient, is calculated depending on the climatic conditions of the territory of application of the method and device, the thermal properties of permafrost 7 surrounding the producing well, and the temperature that must be maintained at the border with the surrounding wellhead by permafrost 7.

Расчетная область представляет собой сегмент сечения указанной геотехнической системы плоскостью параллельной поверхности земли. В левом углу расчетной области (фиг. 2) задают образующую обсадной трубы направления скважины с помощью прямоугольных граничных блоков. В связи с симметрией задачи скважину задают в виде сегмента окружности, равного 90o. Таким же образом задают цементное кольцо за направлением скважины, но с помощью внутренних блоков. Во всех остальных внутренних блоках расчетной области задают числа, описывающие теплофизические характеристики мерзлых пород, окружающих скважину. В граничных блоках, описывающих скважину, задают граничные условия 3 рода (температура добываемого из скважины флюида и коэффициент теплоотдачи скважины в окружающие горные породы) для различных вариантов пассивной теплоизоляции скважины (характеристики теплоизолированной насосно-компрессорной трубы)

Figure 00000003

Figure 00000004

где φ(τ) - - температура газа, принятая равной значениям температуры добываемого флюида;
α - коэффициент теплоотдачи стенки скважины, зависящей от свойств пассивной изоляции насосно-компрессорной трубы.The calculation area is a segment of a section of the specified geotechnical system with a plane parallel to the surface of the earth. In the left corner of the calculation area (Fig. 2), the casing generatrix of the well direction is set using rectangular boundary blocks. In connection with the symmetry of the task, the well is set in the form of a circle segment equal to 90 o . In the same way, a cement ring is set behind the direction of the well, but using indoor units. In all other internal blocks of the computational domain, numbers are described that describe the thermophysical characteristics of the frozen rocks surrounding the well. In the boundary blocks describing the well, boundary conditions of the 3rd kind are set (the temperature of the fluid produced from the well and the heat transfer coefficient of the well into the surrounding rocks) for various options for passive heat insulation of the well (characteristics of a heat-insulated tubing)
Figure 00000003

Figure 00000004

where φ (τ) - is the gas temperature, taken equal to the temperature of the produced fluid;
α is the heat transfer coefficient of the borehole wall, which depends on the properties of passive insulation of the tubing.

На остальных внешних границах расчетной области задают нулевой теплопоток

Figure 00000005

Figure 00000006

Термостабилизаторы задают внутри квадрата, эквивалентного диаметру термостабилизатора, который разделен на сантиметровые блоки (фиг. 2). В блоках по образующей термостабилизатора задают граничные условия 3 рода (температура и коэффициент теплоотдачи)
Figure 00000007

Figure 00000008

где αTC - коэффициент теплоотдачи термостабилизатора;
φ(τ) - - температура окружающей среды.At the remaining external boundaries of the computational domain, a zero heat flux is specified
Figure 00000005

Figure 00000006

Thermostabilizers are set inside the square, equivalent to the diameter of the thermostabilizer, which is divided into centimeter blocks (Fig. 2). In blocks along the generatrix of the heat stabilizer, boundary conditions of the 3rd kind are set (temperature and heat transfer coefficient)
Figure 00000007

Figure 00000008

where α TC is the heat transfer coefficient of the thermal stabilizer;
φ (τ) - is the ambient temperature.

В качестве температуры, воздействующей на геотехническую систему со стороны термостабилизатора принимают среднюю месячную температуру воздуха. Коэффициент теплоотдачи задают в соответствии с паспортными характеристиками термостабилизатора, причем последний изменяют по месяцам от указанных величин до нуля в зависимости от наличия положительной разницы температуры в ближайшем к ним расчетном блоке и среднемесячной температуры окружающего воздуха. На подвижной границе раздела фаз (талое-мерзлое) внутри расчетной области задают условия
T2(x,y,τ) = T3(x,y,τ) = Tфазовых переходов; (5)

Figure 00000009

Figure 00000010

На границе внутренних сред расчетной области задают условия неразрывности температуры и теплового потока. В качестве начальных температур в блоках, описывающих цементное кольцо и горную породу, принимают температуру, равную температуре пород в естественном состоянии (до сооружения скважины). Расчет проводят в реальном времени и оканчивают, когда максимальная расчетная температура на границе "цементное кольцо - порода" на конец теплового периода изменяется год от года не более, чем на 0,1oC.As the temperature acting on the geotechnical system from the thermostabilizer take the average monthly air temperature. The heat transfer coefficient is set in accordance with the nameplate characteristics of the thermostabilizer, and the latter is changed by months from the indicated values to zero, depending on the presence of a positive temperature difference in the closest calculation unit and the average monthly ambient temperature. At the moving phase boundary (thawed-frozen) inside the computational domain, conditions are set
T 2 (x, y, τ) = T 3 (x, y, τ) = T phase transitions ; (5)
Figure 00000009

Figure 00000010

At the boundary of the internal media of the computational domain, the conditions of continuity of temperature and heat flow are set. As the initial temperatures in the blocks describing the cement ring and rock, take a temperature equal to the temperature of the rocks in their natural state (before the construction of the well). The calculation is carried out in real time and ends when the maximum design temperature at the boundary "cement ring - rock" at the end of the thermal period varies from year to year by no more than 0.1 o C.

В качестве примера реализации способа произведено математическое моделирование теплового взаимодействия с многолетнемерзлыми породами геотехнической системы "эксплуатационная газовая скважина, оборудованная теплоизолированной насосно-компрессорной трубой - двухфазные тепловые трубки-термостабилизаторы (ГФКЦ 067314003-06), расположенные в цементном кольце непосредственно за трубой направления - мерзлые породы газоконденсатного месторождения". As an example of the implementation of the method, mathematical modeling of thermal interaction with permafrost rocks of the geotechnical system "production gas well equipped with a heat-insulated tubing - two-phase heat pipes-thermostabilizers (GFKTs 067314003-06) located in the cement ring directly behind the directional pipe - frozen rocks is carried out gas condensate field. "

Величина расчетной области 30 x 30 м, шаг разбиения на элементарные блоки неравномерный и изменяется от 0.01 м до 5 м. В левом углу расчетной области была задана образующая обсадной трубы направления скважины с помощью прямоугольных граничных блоков 0.01 x 0.01 м (фиг. 2). Таким же образом задано цементное кольцо радиусом 0.35 м за направлением скважины, но с помощью внутренних блоков. Во всех остальных внутренних блоках расчетной области заданы теплофизические характеристики, описывающие суглинки, окружающие скважину с льдистостью 47% и температурой фазовых переходов минус 1.7oC.The size of the calculation area is 30 x 30 m, the step of dividing into elementary blocks is uneven and varies from 0.01 m to 5 m. In the left corner of the calculation area, the casing generatrix of the well direction was set using rectangular boundary blocks of 0.01 x 0.01 m (Fig. 2). In the same way, a cement ring is set with a radius of 0.35 m behind the direction of the well, but with the help of indoor units. In all other internal blocks of the computational domain, thermophysical characteristics are given that describe loams surrounding the well with an ice content of 47% and a temperature of phase transitions minus 1.7 o C.

В граничных блоках, описывающих скважину, задавались граничные условия 3 рода (температура и коэффициент теплоотдачи). Было проведено моделирование для варианта, когда пассивная теплоизоляция скважины представляет собой вакуумированную насосно-компрессорную трубу (промысловый параметр, λ = 0.025 - 0.027 Вт/м oK, α = 0.44 Вт/м2 oK). Температура добываемого из скважины флюида (природного газа) составляла плюс 27oC, что соответствует температуре на устье скважины при эксплуатации аптского горизонта. На всех остальных внешних границах расчетной области задан нулевой теплопоток.In the boundary blocks describing the well, boundary conditions of the 3rd kind (temperature and heat transfer coefficient) were set. Modeling was carried out for the case when the passive thermal insulation of the well is a vacuum tubing (field parameter, λ = 0.025 - 0.027 W / m o K, α = 0.44 W / m 2 o K). The temperature of the fluid (natural gas) produced from the well was plus 27 o C, which corresponds to the temperature at the wellhead during operation of the Aptian horizon. At all other external boundaries of the computational domain, zero heat flux is specified.

Термостабилизаторы заданы внутри квадрата 0.04 x 0.04 м разбитого на сантиметровые блоки. В качестве температуры, воздействующей на геотехническую систему со стороны термостабилизатора принята средняя месячная температура воздуха по данным ближайшей к месторождению метеостанции. Коэффициент теплоотдачи задан равным 35 Вт/м2 oК, что соответствует заводским параметрам термостабилизатора, причем последний изменялся по месяцам от указанных величин до нуля в зависимости от наличия положительной разницы температуры в ближайшем к ним расчетном блоке и среднемесячной температуры окружающего воздуха. Количество термостабилизаторов, устанавливаемых вокруг скважины, менялась от 2 до 16.Thermostabilizers are set inside a square 0.04 x 0.04 m divided into centimeter blocks. As the temperature affecting the geotechnical system from the temperature stabilizer, the average monthly air temperature is taken according to the data of the nearest weather station. The heat transfer coefficient is set equal to 35 W / m 2 o K, which corresponds to the factory parameters of the thermostabilizer, the latter changing monthly from the indicated values to zero depending on the presence of a positive temperature difference in the nearest calculation unit and the average monthly ambient temperature. The number of thermal stabilizers installed around the well varied from 2 to 16.

Начальная температура в блоках расчетной области принята равной минус 4oC, что соответствует фоновой температуре многолетнемерзлых пород в районе месторождения. Шаг расчета во времени (время обновления температурного поля) составлял 1 час.The initial temperature in the blocks of the calculation area is taken equal to minus 4 o C, which corresponds to the background temperature of permafrost in the area of the field. The calculation step in time (time of updating the temperature field) was 1 hour.

Результаты расчетов представляют собой температурное поле внутри указанной расчетной области, сохраненные с 30-дневным периодом. Общая продолжительность расчета составляла 12 лет. The calculation results represent the temperature field inside the specified calculation area, stored with a 30-day period. The total calculation period was 12 years.

Пример реализации расчета представлен в таблице. An example of the implementation of the calculation is presented in the table.

Из таблицы следует, задача сохранения пород в мерзлом состоянии может быть решена в данном конкретном случае с помощью теплоизолированной насосно-компрессорной трубы с эффективным коэффициентом теплопроводности материала теплоизолятора λ = 0,014 Вт/м oК, установкой в две трубки-контейнера сезонно действующих термостабилизаторов диаметром 40 мм и коэффициентом теплоотдачи α = 35 Вт/м2 oК. При этом температура на границе "цементное кольцо - порода" не подымается выше минус 2,0oC в течение всего периода эксплуатации скважины.From the table it follows that the task of preserving rocks in a frozen state can be solved in this particular case using a heat-insulated tubing with an effective thermal conductivity of the material of the insulator λ = 0.014 W / m o K, installation of seasonally operating thermal stabilizers with a diameter of 40 in two tube containers mm and heat transfer coefficient α = 35 W / m 2 o K. Moreover, the temperature at the boundary “cement ring - rock” does not rise above minus 2.0 o C during the entire period of operation of the well.

Таким образом, поскольку в настоящее время промышленностью не выпускаются теплоизолирующие материалы и отсутствуют конструкции насосно-компрессорных труб, которые бы позволили защитить от растепления в течение всего срока эксплуатации окружающие скважину мерзлые грунты в случае их засоления. Предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют обеспечить искусственное охлаждение приустьевой зоны скважины путем передачи с помощью термостабилизаторов холода окружающего воздуха в зимний период на границе между скважиной и вмещающими ее грунтами, что приведет к тому, что в течение "теплого" периода года скважины хоть и нагреет мерзлые породы, но фазового перехода не произойдет, а следовательно, не произойдет и растепления многолетнемерзлых пород. Thus, since currently insulating materials are not produced by the industry and there are no designs of tubing that would protect the frozen soils surrounding the well from thawing during the entire life of the well in case of salinization. The proposed method and device for its implementation allows for artificial cooling of the wellhead zone by transferring ambient air with thermal stabilizers in the winter period at the boundary between the well and the host soil, which will lead to the fact that the well’s during the “warm” period of the year heats frozen rocks, but a phase transition will not occur, and consequently, thawing of permafrost will not occur.

Claims (5)

1. Способ теплоизоляции устьевой зоны добывающей скважины в многолетнемерзлых породах, включающий размещение вокруг верхнего участка колонны труб теплоизолирующего элемента, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры, с помощью которых осуществляют отвод тепла от теплоизолирующего элемента, отличающийся тем, что в трубки-контейнеры, размещенные непосредственно за трубой направления, устанавливают с возможномтью извлечения и замены сезонно-действующие термостабилизаторы, осуществляющие перенос естественного природного холода от воздуха к границе теплоизолирующий элемент - многолетнемерзлые породы, причем количество и взаиморасположение трубок-контейнеров и термостабилизаторов по периметру трубы направления определяют путем решения методом конечных разностей по явной схеме с регуляризацией двумерного нестационарного уравнения теплопроводности с распределенными внутри расчетной области источниками холода в неоднородной среде, имеющей прямоугольную симметрию и с подвижной границей раздела фаз. 1. The method of thermal insulation of the wellhead zone of a producing well in permafrost, including the placement of a heat-insulating element around the upper section of the column of pipes, along which heat transfer tube containers are installed, with which heat is removed from the heat insulating element, characterized in that the tube containers placed directly behind the pipe, install with the possibility of extracting and replacing seasonal-acting thermal stabilizers that carry out the transfer of natural of natural cold from air to the boundary of the heat-insulating element - permafrost, and the number and relative position of the container tubes and thermostabilizers along the perimeter of the pipe are determined by solving the finite difference method using an explicit scheme with regularization of the two-dimensional unsteady heat equation with cold sources distributed inside the calculation domain in an inhomogeneous medium having rectangular symmetry and with a moving phase boundary. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для улучшения теплоизоляции и для определения количества и взаиморасположения трубок-контейнеров и термостабилизаторов используют уравнение вида
Figure 00000011

где T - температура;
i = 1, 2, 3 - индекс, определяющий среду, включенную в расчетную область, и относящийся к материалу цементного кольца, талым и мерзлым породам соответственно;
X, Y - пространственные координаты;
τ - время;
λ - теплопроводность;
C - теплоемкость;
ρ - плотность;
β(x,y) - функция, равная 1, в области расположения термостабилизатора и 0 вне этой области;
Q - тепловой поток, передаваемый термостабилизатором;
V - объем грунтового теплообменника термостабилизатора.
2. The method according to claim 1, characterized in that to improve the thermal insulation and to determine the number and relative position of the tube containers and thermostabilizers use an equation of the form
Figure 00000011

where T is the temperature;
i = 1, 2, 3 - an index that defines the environment included in the calculation area, and related to the material of the cement ring, thawed and frozen rocks, respectively;
X, Y - spatial coordinates;
τ is the time;
λ is the thermal conductivity;
C is the specific heat;
ρ is the density;
β (x, y) is a function equal to 1 in the region of the thermal stabilizer and 0 outside this region;
Q is the heat flux transmitted by the thermostabilizer;
V is the volume of soil heat exchanger heat stabilizer.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расчетная область представляет собой сегмент сечения, плоскость которого параллельна поверхности земли, величина расчетной области 30 х 30 м, а шаг разбиения на элементарные блоки неравномерный и меняются от 0,01 до 5 м. 3. The method according to claim 1, characterized in that the computational domain is a sectional section whose plane is parallel to the earth’s surface, the computational domain is 30 x 30 m, and the step of dividing into elementary blocks is uneven and varies from 0.01 to 5 m. 4. Устройство для теплоизоляции устьевой зоны добывающей скважины в многолетнемерзлых породах, включающее рефрижераторное шахтное направление, выполненное в виде теплопередающих трубок-контейнеров с заглушенным нижним концом и полостью, заполненной незамерзающей жидкостью, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено сезонно действующими термостабилизаторами, установленными с возможностью извлечения и замены в теплопередающие трубки-контейнеры, которые размещают непосредственно за трубой направления добывающей скважины. 4. A device for thermal insulation of the wellhead of a producing well in permafrost, including a refrigerator shaft direction made in the form of heat transfer tubes-containers with a sealed lower end and a cavity filled with non-freezing liquid, characterized in that it is additionally equipped with seasonally operating thermal stabilizers installed with the possibility extraction and replacement in heat transfer tube-containers, which are placed directly behind the pipe direction of the producing well. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено термостабилизаторами диаметром 0,04 м в количестве от 2 до 16, а в качестве незамерзающей жидкости используют дизельное топливо. 5. The device according to claim 4, characterized in that it is equipped with heat stabilizers with a diameter of 0.04 m in an amount of from 2 to 16, and diesel fuel is used as an anti-freezing liquid.
RU98102211A 1998-02-16 1998-02-16 Method and device for thermal insulation of mouth zone of producing well in permafrost ground RU2127356C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98102211A RU2127356C1 (en) 1998-02-16 1998-02-16 Method and device for thermal insulation of mouth zone of producing well in permafrost ground

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98102211A RU2127356C1 (en) 1998-02-16 1998-02-16 Method and device for thermal insulation of mouth zone of producing well in permafrost ground

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2127356C1 true RU2127356C1 (en) 1999-03-10
RU98102211A RU98102211A (en) 1999-05-20

Family

ID=20202019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98102211A RU2127356C1 (en) 1998-02-16 1998-02-16 Method and device for thermal insulation of mouth zone of producing well in permafrost ground

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2127356C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454506C2 (en) * 2010-10-08 2012-06-27 Открытое Акционерное Общество "Фундаментпроект" Cooling device for temperature stabilisation of permafrost soils and method to install such device
RU2534879C2 (en) * 2013-02-21 2014-12-10 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Криосферы Земли Сибирского Отделения Российской Академии Наук (Икз Со Ран) Device for thermal stabilisation at wellhead area
RU2779073C1 (en) * 2021-09-24 2022-08-31 Публичное акционерное общество "Газпром" Method for complex thermal stabilization of permafrost rocks in the impact zones of producing wells of neocomian-jurassic deposits

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454506C2 (en) * 2010-10-08 2012-06-27 Открытое Акционерное Общество "Фундаментпроект" Cooling device for temperature stabilisation of permafrost soils and method to install such device
RU2534879C2 (en) * 2013-02-21 2014-12-10 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Криосферы Земли Сибирского Отделения Российской Академии Наук (Икз Со Ран) Device for thermal stabilisation at wellhead area
RU2779073C1 (en) * 2021-09-24 2022-08-31 Публичное акционерное общество "Газпром" Method for complex thermal stabilization of permafrost rocks in the impact zones of producing wells of neocomian-jurassic deposits

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9708885B2 (en) System and method for extracting energy
AU2021203166B2 (en) Method For Thermal Profile Control And Energy Recovery In Geothermal Wells
AU2013246091B2 (en) Ground loops and insulation for direct exchange geothermal systems
Shi et al. Numerical investigation on the reservoir heat production capacity of a downhole heat exchanger geothermal system
US4194856A (en) Method for reducing frost heave of refrigerated gas pipelines
CA1124093A (en) Method for preventing damage to a refrigerated gas pipeline due to excessive frost heaving
US3880236A (en) Method and apparatus for transporting hot fluids through a well traversing a permafrost zone
US3564862A (en) Method and apparatus for supporing a pipeline in permafrost environment
RU2127356C1 (en) Method and device for thermal insulation of mouth zone of producing well in permafrost ground
Esposito III et al. Ground freezing and sampling of Pleistocene sand near Charleston, South Carolina
Abdalla et al. Numerical study of thermosyphon protection for frost heave
RU2332574C1 (en) Mine underground storage in permafrost rocks
CN110715568A (en) One-way cold guide pipe utilizing phase change conduction
Nixon Practical applications of a versatile geothermal simulator
Hayley Application of heat pipes to design of shallow foundations on permafrost
Norouzi et al. Numerical modeling of thermo-hydro-mechanical processes related to geothermal heat pump operations in a subarctic climate
McKenna et al. The rehabilitation of a passive-ventilated slab on grade foundation using horizontal thermosyphons
RU177203U1 (en) Device for operating a geothermal well
RU2818341C1 (en) Method of construction and installation of piles in permafrost zones using heat stabilization couplings
Alzoubi et al. Renewable energy-based artificial ground freezing as an adaptation solution for sustainability of permafrost in post-climate change conditions
RU2779073C1 (en) Method for complex thermal stabilization of permafrost rocks in the impact zones of producing wells of neocomian-jurassic deposits
RU150908U1 (en) DEVICE FOR THERMOSTABILIZATION OF SOILS
RU2209934C1 (en) Method of well-rocks system stabilization in cryolitic zone
RU98102211A (en) METHOD FOR THERMAL INSULATION OF THE ORIENTAL ZONE OF THE EXTRACTING WELL IN MULTI-FROZEN ROCKS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
Stepanov et al. Influence of Thermal Insulation on Temperature Mode of Multiple-Frozen Grounds Based on Main Gas Pipeline