RU2163663C2

RU2163663C2 - Cryogas generation process providing wells with high- pressure gas

Info

Publication number: RU2163663C2
Application number: RU98109371A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Мовчан; А.В. Громов; Л.В. Попов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический комплекс "Криогенная техника"
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2001-02-27

Abstract

FIELD: oil industry. SUBSTANCE: proposal refers to oil recovery and can be used for provision of nitrogen-employing technologies with high- pressure gas while conducting drilling operations, start-ups, repair and reconstruction of wells. Powder elements of sodium azide are burnt up in gas generator, produced gas is fed into well and pool is subjected to baric action. Gas is supplied into well and for action on pool from system providing well with gas that is placed above shaft of well. This system presents two main lines intercoupled hydraulically. One of main lines having source of hot high-pressure gas is made of gas generator, gas cleaning filter and heat exchanger-mixer, the other main line has source of liquefied gas, for instance, cryogenic tank. Required safe temperature of gas fed into well is obtained thanks to interaction and mixing of gases from two main lines. EFFECT: provision for safe and convenient operation of systems supplying wells with high-pressure gas. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для обеспечения безопасных азотоиспользующих технологий при проведении буровых работ при запуске, ремонте и восстановлении скважин и т.п. The invention relates to oil production and can be used to provide safe nitrogen-using technologies when drilling during startup, repair and restoration of wells, etc.

Известен способ отбойки горных пород с помощью газодинамического патрона, состоящего из пустотелого корпуса с зарядной камерой и разрядной головкой с выхлопными отверстиями, которые отделены друг от друга срезной диафрагмой. В зарядной камере установлен заряд твердого газообразующего вещества, в котором установлен электронагревательный элемент. В качестве вещества заряда использован газовый гидрат (см. а.с. 1413242, кл. E 21 C 37/06 от 06.05.86). A known method of breaking rocks using a gas-dynamic cartridge, consisting of a hollow body with a charging chamber and a discharge head with exhaust openings that are separated from each other by a shear diaphragm. A charge of a solid gas-forming substance in which an electric heating element is installed is installed in the charging chamber. As the charge substance, gas hydrate was used (see AS 1413242, class E 21 C 37/06 of 05/06/86).

Известен способ с использованием газогенератора для разрыва пласта давлением пороховых газов, с целью увеличения нефтеотдачи, включающий твердотопливный заряд в виде стержня, содержащего герметичную воспламенительную полость с цепью заряда. Воспламенительная полость выполнена с ребрами, расположенными по винтовой линии вдоль всего заряда, и сообщена с внешней средой расширяющимися каналами, закрытыми пробками из твердого топлива (см. а.с. 588782, кл. E 21 B 43/26 от 02.07.75). A known method using a gas generator for fracturing a pressure of powder gases, in order to increase oil recovery, comprising a solid fuel charge in the form of a rod containing a sealed ignition cavity with a charge circuit. The igniter cavity is made with ribs located along a helical line along the entire charge, and communicated with the external environment by expanding channels closed by plugs of solid fuel (see AS 588782, class E 21 B 43/26 from 02.07.75).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании этих двух известных способов, относят то, что устройства, использующие эти способы, устанавливают в скважину, что взрывоопасно. The reasons that impede the achievement of the following technical result when using these two known methods include the fact that devices using these methods are installed in the well, which is explosive.

Известен способ предупреждения взрывов при бурении, освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в котором газовую инертную смесь получают из атмосферного воздуха путем его предварительного сжатия, пропускания под давлением через установку, задерживающую кислород и пары воды, и сжатия до рабочего давления подачи в скважину газовой инертной смеси (см. патент РФ 2107807, кл. E 21 B 43/25). A known method of preventing explosions during drilling, development and operation of oil and gas wells, in which a gas inert mixture is obtained from atmospheric air by pre-compression, passing under pressure through a unit that retains oxygen and water vapor, and compression to a working gas supply pressure inert mixture (see RF patent 2107807, CL E 21 B 43/25).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе в качестве источника газовой инертной смеси используют атмосферный воздух и технологическая сложность получения из воздуха сжатой инертной газовой смеси. The reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method include the fact that in the known method, atmospheric air and the technological complexity of obtaining compressed inert gas mixture from air are used as a source of a gas inert mixture.

Известен способ обеспечения азотом путем получения его в жидком виде методом криогенного разделения воздуха с последующей газификацией непосредственно на скважине и подачей его под высоким давлением в скважину. Данный способ осуществляется криогенным комплексом, включающим в себя воздухоразделительную установку, транспортировщик жидкого азота и газификационную установку высокого давления (см. Криогенное и холодильное оборудование и технологии: Сб. науч. тр. Сиб рег. отд. Междунар. академии холода; Ред. А.К. Грезин и др. - Омск, 1997. - С. 25-36). A known method of providing nitrogen by producing it in liquid form by cryogenic air separation followed by gasification directly at the well and supplying it under high pressure to the well. This method is carried out by a cryogenic complex, which includes an air separation unit, a transporter of liquid nitrogen and a high-pressure gasification unit (see Cryogenic and refrigeration equipment and technologies: Collected Scientific Works of the Siberian Reg., Department of the International Academy of Refrigeration; Rev. A. K. Grezin et al. - Omsk, 1997 .-- S. 25-36).

Такой способ отличается высокой сложностью оборудования криогенного комплекса и его высокой стоимостью. Кроме того, мобильная газификационная установка, которая непосредственно обслуживает скважины, имеет чрезвычайно большую массу и габариты, что затрудняет обслуживание скважин в условиях плохих дорог (например, газификационная установка весит 31,7 т без тягача - там же, с. 35). This method is characterized by the high complexity of the equipment of the cryogenic complex and its high cost. In addition, a mobile gasification unit that directly serves the wells has an extremely large mass and dimensions, which makes it difficult to maintain wells in poor roads (for example, a gasification unit weighs 31.7 tons without a tractor - ibid., P. 35).

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ обработки продуктивного пласта, включающий термогазохимическое и барическое воздействие на пласт путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем - стабилизатором горения с центральным круглым каналом с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда с последующей передачей энергии горения заряда в пласт (см. патент РФ N 2103493, кл. E 21 B 43/25, 43/263 от 01.03.96 г.), принятый за прототип. The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a method of treating a productive formation, including thermogasochemical and pressure effects on the formation by burning a powder charge from a solid fuel material with a filler - a combustion stabilizer with a central circular channel in the interval of the productive formation while accumulating powder pressure gases in the cavity of the Central channel of the charge, followed by the transfer of the energy of combustion of the charge into the reservoir (see patent R N 2103493, Cl. E 21 B 43/25, 43/263 from 3.1.96 g) received the prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относят то, что в известном способе устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта непосредственно спускают в скважину, а появление в стволе нефтяной скважины высокотемпературной пороховой шашки само по себе взрывопожароопасно и требует высочайшей надежности исполнения устройства. Извлечение устройства после обработки скважины является достаточно сложной проблемой, а газовый состав продуктов сгорания не регламентирован по компонентам. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method adopted for the prototype include the fact that in the known method, the device for thermogaschemical processing of the productive formation is directly lowered into the well, and the appearance of a high-temperature powder bomb in the oil well’s bore is explosive and fire-hazardous in itself requires the highest reliability of the device. Removing the device after processing the well is a rather complicated problem, and the gas composition of the combustion products is not regulated by components.

К недостаткам также можно отнести то, что, во-первых, распространение горения по внешней поверхности заряда (шашки) происходит по мере вытеснения прилегающих слоев воды, что снижает начальное возрастание поверхности газообразования и в итоге снижает эффективность работы газогенератора и управляемость процесса истечения газа, а во-вторых, требуются значительные затраты на демонтаж надскважинного оборудования при использовании данного способа, что значительно ухудшает эксплуатационную ценность способа. The disadvantages include the fact that, firstly, the spread of combustion on the outer surface of the charge (checkers) occurs as the adjacent layers of water are displaced, which reduces the initial increase in the surface of gas formation and ultimately reduces the efficiency of the gas generator and controllability of the gas outflow process, and secondly, significant costs are required for dismantling the downhole equipment when using this method, which significantly degrades the operational value of the method.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в обеспечении безопасности и удобства эксплуатации систем обеспечения скважин газом высокого давления. The problem to which the invention is directed, is to ensure the safety and ease of operation of systems for providing wells with high-pressure gas.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе обеспечения скважин газом высокого давления, полученный газ подают в скважину и барически воздействуют на пласт. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method of providing wells with high-pressure gas, the obtained gas is fed into the well and pressurized on the formation.

Особенность заключается в том, что сжигают пороховые элементы на основе азида натрия, а подачу газа в скважину и воздействие на пласт производят из системы обеспечения скважин газом, расположенной над стволом скважины и представляющей собой две магистрали, гидравлически связанные друг с другом, причем к магистрали от газогенератора подключена магистраль азота из криогенной емкости. Магистраль от газогенератора с горячим источником газа высокого давления состоит из газогенератора, фильтра для очистки газа и теплообменника. За счет взаимодействия и смешения потоков газа из указанных магистралей достигают требуемой безопасной температуры газа, подаваемого в скважину. Кроме того, количество подаваемого в скважину газа и его давление регулируют вентилем, установленным в трубопроводе высокого давления. The peculiarity lies in the fact that they burn powder elements based on sodium azide, and gas is supplied to the well and the formation is exposed from the gas supply system located above the wellbore and consisting of two lines hydraulically connected to each other, and to the line from the gas generator is connected to the nitrogen line from the cryogenic tank. The line from the gas generator with a hot source of high pressure gas consists of a gas generator, a filter for gas purification and a heat exchanger. Due to the interaction and mixing of gas flows from these lines, the required safe temperature of the gas supplied to the well is reached. In addition, the amount of gas supplied to the well and its pressure are controlled by a valve installed in the high pressure pipeline.

Введение в систему обеспечения скважин газом высокого давления магистрали с источником сжиженного газа, например, криогенной емкости с жидким азотом, позволяет объединить в одну систему криогенный способ обеспечения азотом и горячий способ получения газов высокого давления от газогенератора. Криогенный способ требует для испарения жидкого азота и нагрева его до температуры окружающей среды значительного количества тепла, на что уходит основная часть (до 90%) энергопотребления в традиционных газификационных установках, а в горячем способе получения газа высокого давления от газогенератора требуется отвод значительного количества тепла. Комбинация этих способов позволяет получить качественно новый способ, который практически не требует энергопотребления, т.к. тепло горячего азота высокого давления газогенераторной системы используется для испарения и нагрева азота, поступающего из криогенной емкости, например в теплообменнике-смесителе, где потоки смешиваются и подаются по трубопроводу высокого давления в скважину. Благодаря смешению потоков газа из указанных магистралей достигается требуемая безопасная температура газа высокого давления, подаваемого в скважину. Газогенератор выполняют в виде корпуса, выдерживающего высокие давления и температуры. В качестве пороховых элементов используют азид натрия, выделяющий при сжигании практически чистый азот. The introduction into the system of providing wells with high-pressure gas pipelines with a source of liquefied gas, for example, a cryogenic tank with liquid nitrogen, allows you to combine in one system a cryogenic method of providing nitrogen and a hot method of producing high-pressure gases from a gas generator. The cryogenic method requires a significant amount of heat to evaporate liquid nitrogen and heat it to ambient temperature, which consumes the bulk (up to 90%) of energy consumption in traditional gasification plants, and a significant amount of heat is required to be removed from the gas generator in the hot method of producing high pressure gas. The combination of these methods allows you to get a qualitatively new way, which practically does not require energy consumption, because Heat of high pressure hot nitrogen from a gas generator system is used to vaporize and heat the nitrogen coming from a cryogenic tank, for example, in a heat exchanger-mixer, where the flows are mixed and fed through a high pressure pipeline to the well. By mixing the gas flows from these lines, the required safe temperature of the high-pressure gas supplied to the well is achieved. The gas generator is in the form of a housing that can withstand high pressures and temperatures. Sodium azide is used as powder elements, which releases almost pure nitrogen during combustion.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that the applicant did not find a source characterized by features that are identical (identical) to all essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the totality of the features of the analogue allowed us to establish a set of essential distinguishing features in relation to the applicant’s technical result in the claimed method set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна". Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed method from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention is not revealed from the prior art determined by the applicant to achieve a technical result.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Схема осуществления предлагаемого способа приведена на чертеже. The implementation scheme of the proposed method is shown in the drawing.

Способ осуществляют в следующей последовательности:
Воспламеняют с помощью воспламенителя и сжигают пороховые элементы азида натрия (пороховой шашки) 2 в специальном устройстве 3, выдерживающем высокие давления и температуры - газогенераторе. Для замены сгоревшей пороховой шашки предусмотрен затвор 4. Выделяющийся газ очищают от примесей и направляют в теплообменник-смеситель 5. Одновременно с работой горячей магистрали от газогенератора включают в работу магистраль с источником сжиженного газа 6, осуществляют взаимодействие этих магистралей и смешение горячего и холодного потоков, например, в теплообменнике-смесителе 5. Смешанный газ высокого давления по трубопроводу 7 высокого давления подают в скважину 8 через вентиль 9.The method is carried out in the following sequence:
Ignite with an igniter and burn the powder elements of sodium azide (powder bombs) 2 in a special device 3 that can withstand high pressures and temperatures - a gas generator. A shutter is provided for replacing the burnt powder bombs 4. The evolved gas is cleaned of impurities and sent to the heat exchanger-mixer 5. Simultaneously with the operation of the hot line from the gas generator, the line with the source of liquefied gas 6 is switched on, these lines interact and mix the hot and cold flows, for example, in a heat exchanger-mixer 5. Mixed high-pressure gas is supplied through a high-pressure pipe 7 to a well 8 through a valve 9.

После криогенной емкости в магистрали установлен насос сжиженных газов 10. After the cryogenic tank, a liquefied gas pump 10 is installed in the line.

Разработаны составы азида натрия типа АТС-1 и АТС-2, обеспечивающие безопасную для эксплуатации скорость горения и высокую плотность упаковки азота (863 и 1050 кг/м³). Проведены лабораторные испытания макета установки. Разрабатывается документация на опытную установку.Sodium azide compounds of the ATS-1 and ATS-2 types have been developed that provide a safe burning rate and high packing density of nitrogen (863 and 1050 kg / m ³ ). Laboratory tests of the installation layout were carried out. Pilot installation documentation is being developed.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средства, воплощающие заявленный способ при его осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно, в нефтегазодобывающей промышленности;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:
- funds that embody the claimed method in its implementation, are intended for use in industry, namely, in the oil and gas industry;
- for the claimed method in the form described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application is confirmed.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость". Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims

1. A cryogas-generating method for supplying wells with high-pressure gas, in which the produced gas is supplied to the well and pressure acting on the formation, characterized in that the powder elements of sodium azide are burned, and gas is supplied to the well and acting on the formation from the gas supply system located above the wellbore and consisting of two lines hydraulically connected to each other, and to the line from the gas generator with a hot source of high pressure gas, consisting of a gas generator, filter for gas purification and heat exchanger, connect the line with a source of liquefied gas, such as a cryogenic tank, and achieve the required safe temperature of the gas supplied to the well due to the interaction and mixing of gas flows and these lines.

2. The method according to claim 1, in which the amount of gas supplied to the well and its pressure is controlled by a valve installed in the high pressure pipeline.