RU2465448C1

RU2465448C1 - Device for correcting reservoir shape in rock salt formations

Info

Publication number: RU2465448C1
Application number: RU2011118651/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Мозер (RU); Сергей Петрович Мозер; Олег Владимирович Ковалёв (RU); Олег Владимирович Ковалёв; Игорь Юрьевич Тхориков (RU); Игорь Юрьевич Тхориков
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-10-27

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: proposed device comprises water feed tube with bottom head Note here that the latter features length exceeding radius of reservoir and is made of flexible water feed tube furnished with mechanical muscles secured thereto and pneumatically or hydraulically communicated with pressure source to control every muscle for positioning tube end in space.

EFFECT: higher efficiency.

3 dwg

Description

Изобретение относится к созданию подземных резервуаров в отложениях каменной соли и может использоваться при создании подземных хранилищ для газонефтепродуктов.The invention relates to the creation of underground reservoirs in rock salt deposits and can be used to create underground storage facilities for gas and oil products.

Известен гибкий погружной пульпопровод (патент РФ №2157438, опубл. 10.10.2000). Пульпопровод содержит несколько секций пульпопроводных труб, шарнирно соединенных между собой, дополнительно снабженных герметичной оболочкой, коаксиально закрепленной на пульпопроводной трубе при условии совпадения центров тяжести оболочки и трубы и удовлетворения следующего неравенства:Known flexible submersible slurry pipeline (RF patent No. 2157438, publ. 10.10.2000). The slurry pipeline contains several sections of slurry piping, articulated to each other, additionally provided with an airtight shell, coaxially mounted on the slurry piping provided that the centers of gravity of the shell and pipe coincide and the following inequality is satisfied:

где М_шарн, V_шарн, М_см, V_см, М_тр, V_тр, М_об, V_об - соответственно масса (кг) и объем (м³) шарнира, гидросмеси, трубы и оболочки, ρ_в - плотность воды, при этом оболочка выполнена из синтактика с удельным весом 0,5-0,6 т/м³ и в виде жестко соединенных полуцилиндров, охватывающих трубу по всему диаметру.where M _joint , V _joint , M _cm , V _cm , M _Tr , V _Tr , M _about , V _about - respectively, the mass (kg) and volume (m ³ ) of the hinge, hydraulic mixtures, pipes and shells, ρ _in - the density of water, the shell is made of syntactic with a specific gravity of 0.5-0.6 t / m ³ and in the form of rigidly connected half-cylinders, covering the pipe along the entire diameter.

Недостатком данного устройства является узкая область применения и невозможность корректировки формы резервуара.The disadvantage of this device is the narrow scope and the inability to adjust the shape of the tank.

Известен способ образования камеры в скважине (патент на изобретение РФ №2245476, опубл. 27.01.2005). Гибкий трубопровод содержит несколько секций пульпопроводных труб, снабженных камерами с шаровыми обратными клапанами и соединенных между собой трубчатыми диафрагмами. На наружной поверхности пульпопроводного трубопровода установлено вытеснительное устройство с возможностью перемещения по трубопроводу. Внутри секций пульпопроводных труб расположена оболочка, выполненная из слоев синтактика и полиуретана с отношением толщин слоев (10-4):1. Вытеснительное устройство воздействует на трубчатую диафрагму, проталкивает гидросмесь из нижней секции в следующую, расположенную выше обратного клапана, перемещается по наружной поверхности пульпопровода до следующей вышерасположенной трубчатой диафрагмы.A known method of forming a chamber in a well (patent for the invention of the Russian Federation No. 2245476, publ. January 27, 2005). A flexible pipeline contains several sections of slurry piping equipped with chambers with ball check valves and interconnected by tubular diaphragms. On the outer surface of the slurry pipeline installed displacing device with the ability to move through the pipeline. Inside the sections of the slurry pipes, a shell is made of syntactic and polyurethane layers with a ratio of layer thicknesses (10-4): 1. The displacing device acts on the tubular diaphragm, pushes the hydraulic mixture from the lower section to the next, located above the check valve, moves along the outer surface of the slurry pipeline to the next upstream tubular diaphragm.

Недостатком данного способа является узкая область применения и невозможность корректировки формы резервуара.The disadvantage of this method is the narrow scope and the inability to adjust the shape of the tank.

Известен способ скважинной гидродобычи соли и устройство для его осуществления, принятый за прототип (патент РФ №2078212, опубл. 27.04.1997). Устройство для осуществления способа содержит водоподающий став, рассолопровод, нижний оголовок с гидромониторной секцией. В кольцевом зазоре става и рассолопровода установлено стопорное кольцо, на поверхности которого установлены входные отверстия гидромонитора, совмещенные с его перепускными отверстиями. Став и рассолопровод могут перемещаться относительно друг друга.A known method of downhole salt hydro-production and a device for its implementation, adopted as a prototype (RF patent No. 2078212, publ. 04/27/1997). A device for implementing the method comprises a water supply stand, a brine pipe, a lower head with a hydromonitor section. A circlip is installed in the annular gap of the stav and brine pipe, on the surface of which there are inlet openings of the hydraulic monitor combined with its bypass openings. Becoming and pickle can move relative to each other.

Техническим результатом изобретения является расширение области применения и возможность корректировки формы резервуара.The technical result of the invention is to expand the scope and the ability to adjust the shape of the tank.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для корректировки формы резервуаров в формациях каменной соли, содержащем водоподающую трубу с нижним оголовком, согласно изобретению нижний оголовок, с длиной, большей радиуса резервуара, выполнен в виде гибкой водоподающей трубы с закрепленными на ней механическими мышцами, пневматически или гидравлически связанными с источником создания давления, с возможностью управления каждой механической мышцей для позиционирования конца гибкой водоподающей трубы в пространстве.The technical result is achieved in that in the device for adjusting the shape of reservoirs in rock salt formations containing a water supply pipe with a lower head, according to the invention, the lower head, with a length greater than the radius of the tank, is made in the form of a flexible water supply pipe with mechanical muscles fixed to it, pneumatically or hydraulically connected to a source of pressure, with the ability to control each mechanical muscle to position the end of the flexible water supply pipe in space.

Устройство для корректировки формы подземных резервуаров в формациях каменной соли поясняется чертежами. На фиг.1 изображен вертикальный разрез подземной камеры, этап корректировки формы резервуара, на фиг.2 приведен поперечный разрез водоподающей трубы с закрепленными на ней механическими мышцами, на фиг.3 приведен продольный разрез водоподающей трубы с закрепленными на ней механическими мышцами, где:A device for adjusting the shape of underground reservoirs in rock salt formations is illustrated by the drawings. Figure 1 shows a vertical section of the underground chamber, the stage of adjusting the shape of the tank, figure 2 shows a cross section of a water supply pipe with mechanical muscles attached to it, figure 3 shows a longitudinal section of a water supply pipe with mechanical muscles attached to it, where:

1 - проектный контур подземного резервуара, созданного, например в формациях каменной соли;1 - design contour of an underground reservoir created, for example, in rock salt formations;

2 - эксплуатационный контур подземного резервуара (неровности стенок резервуара - эксплуатационные потери, требующие корректировки);2 - operational circuit of the underground tank (unevenness of the walls of the tank - operational losses that require adjustment);

3 - рассолоподъемная труба;3 - pickling pipe;

4 - водоподающая труба с нижним оголовком 11 в виде гибкой водоподающей трубы, например металлопластиковая;4 - a water supply pipe with a lower tip 11 in the form of a flexible water supply pipe, for example, metal-plastic;

5 - механические мышцы, например пневматические или гидравлические;5 - mechanical muscles, such as pneumatic or hydraulic;

6 - эксплуатационная труба;6 - production pipe;

7 - хомуты для симметричной фиксации концов механических мышц на нижнем оголовке 11 с одной стороны и на водоподающей трубе 4 с другой стороны;7 - clamps for symmetrical fixation of the ends of mechanical muscles on the lower head 11 on the one hand and on the water supply pipe 4 on the other hand;

8 - фитинги для соединения источника создания давления через пневмо- или гидропроводы с механическими мышцами 5;8 - fittings for connecting the source of pressure through pneumatic or hydraulic lines with mechanical muscles 5;

9 - пневмо- или гидропроводы;9 - pneumatic or hydraulic pipes;

10 - заглушки на конце механической мышцы;10 - plugs at the end of a mechanical muscle;

11 - нижний оголовок.11 - lower head.

Строительство резервуаров в формациях каменной соли и прочих растворимых полезных ископаемых сопровождается образованием эксплуатационных потерь. Данные потери образуются из-за целого ряда геологических и технологических факторов наличия нерастворимых включений, анизотропии свойств соли в формации, нарушения регламента размыва и т.д. Снижение эксплуатационных потерь возможно за счет локального подвода растворителя (воды) непосредственно в место образования потерь. Сложность локального подвода растворителя осложняется большими размерами подземных резервуаров - высота до 600 м, радиус - до 150 м. Для решения данной проблемы известны решения с гибкими неуправляемыми водоподающими трубами, которые невозможно использовать для корректировки формы резервуара. Разработанное решение позволит решить данную проблему.The construction of reservoirs in rock salt and other soluble mineral formations is accompanied by the formation of operational losses. These losses are formed due to a number of geological and technological factors of the presence of insoluble inclusions, anisotropy of salt properties in the formation, violation of erosion regulations, etc. Decrease in operational losses is possible due to local supply of solvent (water) directly to the place of loss formation. The complexity of the local solvent supply is complicated by the large size of the underground tanks - height up to 600 m, radius - up to 150 m. To solve this problem, there are known solutions with flexible uncontrolled water supply pipes that cannot be used to adjust the shape of the tank. The developed solution will solve this problem.

Механическая мышца - техническое устройство, состоящее из эластичной оболочки, армированной гибкими нерастяжимыми нитями. При подаче сжатого воздуха или флюида внутрь оболочки, последняя начинает раздуваться. Ее произвольному раздутию препятствуют нити армирования. Раздувающаяся оболочка начинает опираться на нити армирования. Нити прогибаются и приводят к осевому сокращению всего устройства. Это осевое сокращение и используется для подвода конца нижнего оголовка 11 в виде гибкой трубы с растворителем к месту образования потерь в резервуаре 1 с целью корректировки формы. Сжимаемость воздуха в этом устройстве не оказывает влияния на кинематику сокращения, поскольку управляющим параметром устройства становится не расход воздуха, а его давление в оболочке. При этом механическая мышца абсолютно герметична, в ней полностью разделены рабочие среды, в ней нет трущихся частей, ей не нужна смазка и техническое обслуживание в период работы. У механических мышц есть основное и нереализуемое другими техническими двигателями уникальное преимущество: механическая мышца обладает инверсной силовой характеристикой. Это значит, что любой двигатель начинает работать от минимальной мощности, которую он увеличивает в процессе разгона. Механическая мышца, наоборот, начинает работать от максимальной мощности, которая в конце сокращения снижается до нуля. Самое важное свойство механической мышцы - способность к промежуточному энергетическому позиционированию. Как только энергия, запасенная оболочкой, станет равной механической работе, совершенной на определенном перемещении, внешняя инерционная нагрузка будет остановлена. Движение, начатое с максимальным ускорением, плавно и монотонно замедляется. Точность позиционирования определяется только рассеянием энергии в материале оболочки. При осуществлении точных управляющих воздействий мышца может работать на ползучих скоростях без эффекта подергивания. Сокращенная мышца удерживает нагрузку. При попытке увода нагрузки от положения энергетического позиционирования возникает возвращающее усилие. Принудительное удлинение мышцы приводит к изменению геометрии оболочки, а следовательно, к возникновению возвращающего усилия за счет изменившегося угла прогиба нитей и внутреннего объема оболочки. Принудительное вытягивание сжатой оболочки (без сброса давления) ведет к росту ее осевой жесткости. Оба фактора исключают возникновение колебаний при позиционировании либо способствуют гашению вынужденных колебаний. В настоящее время известно достаточно большое количество механических мышц и мускулов, наиболее современные приведены в таблице.Mechanical muscle - a technical device consisting of an elastic shell reinforced with flexible inextensible threads. When compressed air or fluid is supplied into the shell, the latter begins to swell. Reinforcing threads prevent its arbitrary swelling. The swelling shell begins to rely on the threads of the reinforcement. Threads bend and cause axial contraction of the entire device. This axial contraction is used to feed the end of the lower head 11 in the form of a flexible pipe with a solvent to the place of loss in the tank 1 in order to adjust the shape. The compressibility of the air in this device does not affect the kinematics of contraction, since the control parameter of the device is not the air flow, but its pressure in the shell. At the same time, the mechanical muscle is absolutely hermetic, the working media is completely separated in it, there are no rubbing parts in it, it does not need lubrication and maintenance during operation. Mechanical muscles have the main and unrealizable by other technical engines unique advantage: the mechanical muscle has an inverse force characteristic. This means that any engine starts to work from the minimum power that it increases during acceleration. The mechanical muscle, on the contrary, begins to work from maximum power, which at the end of contraction decreases to zero. The most important property of a mechanical muscle is its ability to intermediate energy positioning. As soon as the energy stored by the shell becomes equal to the mechanical work performed at a certain movement, the external inertial load will be stopped. Movement started with maximum acceleration slows down smoothly and monotonously. Positioning accuracy is determined only by energy dissipation in the shell material. When performing precise control actions, the muscle can work at creeping speeds without the effect of twitching. The contracted muscle holds the load. When trying to divert the load from the position of the energy positioning, a restoring force occurs. Forced muscle lengthening leads to a change in the geometry of the shell, and consequently, to the appearance of a restoring force due to the changed angle of deflection of the threads and the inner volume of the shell. Forced stretching of the compressed shell (without pressure relief) leads to an increase in its axial stiffness. Both factors exclude the occurrence of oscillations during positioning or contribute to the damping of forced oscillations. At present, a fairly large number of mechanical muscles and muscles are known, the most modern are shown in the table.

ТаблицаTable ПараметрыOptions Мышцы MATIS-20 (НИИ СУП)Muscles MATIS-20 (NII SOUP) Мускул MAS-20 (FESTO)Muscle MAS-20 (FESTO) Рабочее давление энергоносителя, МПаEnergy working pressure, MPa 0,1-3,50.1-3.5 До 0,8Up to 0.8 Предельное тянущее усилие, кНUltimate pulling force, kN До 15Up to 15 До 1,4Up to 1.4 Ход сжатия, %:Compression progress,%: - теоретически возможный- theoretically possible 36,336.3 29,329.3 - рекомендуемой- recommended 5-205-20 2525 Предельная деформация оболочки, %Ultimate deformation of the shell,% 150150 660660 Диапазон рабочих скоростей, мм/сRange of working speeds, mm / s 0,05-500.05-50 Нет данныхThere is no data Интервал рабочих температур, °СOperating temperature range, ° С -40…+80-40 ... + 80 +5…+50+ 5 ... + 50 Механический КПДMechanical efficiency 0,950.95 Нет данныхThere is no data Диаметр мышцы, ммMuscle diameter mm 16, 28, 5016, 28, 50 10, 20, 4010, 20, 40 Длина мышцы, ммMuscle length mm До 370Up to 370 До 10 мUp to 10 m

На практике для целей геологоразведки используют линейный двигатель геофизического прибора на механических мышцах. Эти мышцы работают боковой поверхностью; исполнение гидравлическое; рабочее давление до 350 МПа; внешнее пластовое давление до 1500 МПа; температура пластовой жидкости до 120°С; волновое сокращение мышц приводит к линейному продвижению геофизического прибора в трубах и пологих скважинах; тянущее усилие двигателя 2,5 кН.In practice, for the purposes of geological exploration, a linear engine of a geophysical instrument based on mechanical muscles is used. These muscles work on the lateral surface; hydraulic performance; working pressure up to 350 MPa; external reservoir pressure up to 1500 MPa; reservoir fluid temperature up to 120 ° С; wave contraction of muscles leads to linear advancement of the geophysical instrument in pipes and shallow wells; the pulling force of the engine is 2.5 kN.

Механические мышцы обладают предельно низкой ценой (недостижимой для изделий с механообработкой) в серийном производстве. Для работы в подземном резервуаре 1 можно использовать механические мышцы с оплеткой в виде объемной ромбической сетки. Смысл технологии состоит в следующем. Поверх тонкой трубки эластомера, которая становится внутренним слоем мускула, наносится тонкий слой усиливающего полимера. Сверху винтовым образом укладывается первый слой нитей армирования с постоянным углом укладки. Данный слой заливается слоем усиливающего полимера. Поверх данного слоя укладывается второй слой нитей армирования с углом винта, противоположным первому. Сформирована пространственная ромбическая сеть. Эта сеть заливается слоем полимера, формирующего внешнюю оболочку изделия. Усилие, создаваемое механическими мышцами, должно быть достаточным для манипулирования гибкой водоподающей трубой. Например, мышца (мускул) MAS развивает тяговое усилие в 10 раз большее, чем обычный пневматический цилиндр того же диаметра, и потребляет при этом только 40% потребляемой им энергии. Мышца (мускул) MAS-20 при давлении 0,8 МПа развивает начальное усилие в 120 кг. Для получения того же усилия достаточно трети поперечного сечения, ход при той же конструктивной длине меньше. При большой глубине заложения резервуаров предпочтительнее использовать гидравлические механические мышцы. Число и тип механических мышц определяют в зависимости от различного рода определяющих горнотехнических факторов экспериментальным, экспериментально-аналитическим или аналитическим путем. Оплетка может быть выполнена, например, из износостойкой нержавеющей стали или вольфрама.Mechanical muscles have an extremely low price (unattainable for products with machining) in serial production. To work in the underground tank 1, you can use mechanical muscles with a braid in the form of a volumetric rhombic network. The meaning of technology is as follows. A thin layer of reinforcing polymer is applied over a thin tube of elastomer, which becomes the inner layer of the muscle. The first layer of reinforcing threads with a constant angle of laying is laid on top in a helical way. This layer is poured with a layer of reinforcing polymer. On top of this layer, a second layer of reinforcement threads is laid with a screw angle opposite to the first. Formed spatial rhombic network. This network is poured with a layer of polymer forming the outer shell of the product. The force generated by the mechanical muscles must be sufficient to manipulate the flexible water supply pipe. For example, a muscle (muscle) MAS develops traction 10 times greater than a regular pneumatic cylinder of the same diameter, and consumes only 40% of the energy it consumes. The muscle (muscle) MAS-20 at a pressure of 0.8 MPa develops an initial force of 120 kg. To obtain the same force, a third of the cross section is sufficient, the stroke with the same structural length is less. With a large depth of the reservoir, it is preferable to use hydraulic mechanical muscles. The number and type of mechanical muscles are determined, depending on various kinds of determining mining factors, experimentally, experimentally, or analytically. The braid can be made, for example, of wear-resistant stainless steel or tungsten.

Устройство для корректировки формы подземных резервуаров в формациях каменной соли включает водоподающую трубку 4 с нижним оголовком 11. Нижний оголовок 11 принимают с длиной, большей радиуса резервуара 1. Нижний оголовок 11 выполнен в виде отрезка гибкой водоподающей трубы, закрепленной на водоподающей трубе 4. С внешней стороны оголовка 11 закреплены механические мышцы 5, пневматически или гидравлически связанные с источником создания давления (на чертеже условно не показан).A device for adjusting the shape of underground reservoirs in rock salt formations includes a water supply pipe 4 with a lower head 11. The lower head 11 is taken with a length greater than the radius of the tank 1. The lower head 11 is made in the form of a segment of a flexible water supply pipe fixed to the water supply pipe 4. With an external the sides of the head 11 are secured with mechanical muscles 5 pneumatically or hydraulically connected to a pressure source (not shown conventionally in the drawing).

Устройство для корректировки формы подземных резервуаров в формациях каменной соли работает следующим образом. Отрабатывают известными "управляемыми" методами, например подземным растворением солей через скважины с поверхности, запасы подземного резервуара 1 в формациях каменной соли в следующей последовательности. Бурят вертикальную скважину в массив отрабатываемого резервуара 1. Производят обсадку скважины, оборудуют ее концентрически расположенными водоподающей 4, рассолоподъемной 3 и эксплуатационной 6 трубами. Подают по зазору между водоподающей трубой 4 и рассолоподъемной 3 трубами под давлением растворитель. Подают по межтрубному пространству между водоподающей трубой 4 и эксплуатационной трубой под давлением нерастворитель. Создают методом гидровруба подготовительную выработку (на чертеже условно показана пунктиром). Отрабатывают запасы резервуара 1 с выдачей кондиционного рассола рассолоподъемной трубе 3. После строительства резервуара 1 из него извлекают водоподающую трубу и устанавливают на ее нижний конец нижний оголовок 11 в виде гибкой водоподающей трубы 4. Механические мышцы 5 закрепляют одним концом на гибкой водоподающей трубе по длине с помощью хомутов 7, другой конец крепят на водоподающей трубе 4. Механические мышцы 5 соединяют с источником создания давления пневмо- или гидропроводами 9 с через фитинги 8. Каждая механическая мышца 5 снабжена заглушкой 10. Подачу воздуха или рабочей жидкости от источника создания давления производят с помощью, например, программы электронно-вычислительной машины, определяющей местоположение потерь (место корректировки) по данным эхолокации и необходимое для их растворения количество воды. Размер и число механических мышц определяют аналитическим, экспериментальным или экспериментально-аналитическим путем. Растворитель подводят непосредственно к месту образования потерь в резервуаре 1 с отбором рассола по зазору рассолоподъемной и гибкой водоподающей трубой с контролем процесса с использованием камеры промышленного наблюдения или ультразвукового гидролокатора. В качестве камеры промышленного наблюдения может использоваться система INVIZ Pipe, обладающая одной из самых чувствительных камер в мире, разработанная специально для осмотров больших резервуаров через небольшие смотровые отверстия. Это стало возможным благодаря использованию технологии автофокуса и встроенной светодиодной подсветке. После получения необходимой формы резервуара 1 устройство извлекают и используют резервуар для целей народного хозяйства.A device for adjusting the shape of underground reservoirs in rock salt formations works as follows. Work out the well-known "managed" methods, for example by underground dissolution of salts through wells from the surface, the reserves of the underground reservoir 1 in the rock salt formations in the following sequence. A vertical well is drilled into the array of the developed reservoir 1. They make a well casing, equip it with concentrically located water supply 4, brine 3 and production 6 pipes. The solvent is fed through the gap between the water supply pipe 4 and the brine-raising 3 pipes under pressure. A non-solvent is fed through the annulus between the water supply pipe 4 and the production pipe under pressure. Create a preparatory development using the hydraulic pipe method (conventionally shown by a dotted line in the drawing). Work out the reserves of the tank 1 with the output of a conditioned brine with a brine lifting pipe 3. After the construction of the tank 1, a water supply pipe is removed from it and the lower head 11 is installed on its lower end in the form of a flexible water supply pipe 4. Mechanical muscles 5 are fixed at one end to a flexible water supply pipe along the length of using clamps 7, the other end is attached to the water supply pipe 4. Mechanical muscles 5 are connected to the source of pressure by pneumatic or hydraulic pipes 9 s through fittings 8. Each mechanical muscle 5 is equipped with Glushkov 10. The supply air or hydraulic fluid from the pressure generating source produced by, for example, programs of a computer, which determines the location of the loss (location correction) according echolocation and necessary for their dissolution amount of water. The size and number of mechanical muscles is determined analytically, experimentally, or experimentally-analytically. The solvent is led directly to the place of loss formation in the tank 1 with brine extraction by the clearance of the brine-raising and flexible water supply pipe with process control using an industrial surveillance camera or ultrasonic sonar. As an industrial surveillance camera, the INVIZ Pipe system can be used, which has one of the most sensitive cameras in the world, designed specifically for inspecting large tanks through small inspection openings. This is made possible through the use of autofocus technology and built-in LED illumination. After obtaining the necessary shape of the reservoir 1, the device is removed and the reservoir is used for the purposes of the national economy.

Применение устройства для корректировки формы подземных резервуаров в формациях каменной соли обеспечивает следующие преимущества:The use of a device for adjusting the shape of underground reservoirs in rock salt formations provides the following advantages:

- расширение области применения;- expansion of the scope;

- возможность корректировки формы резервуара;- the ability to adjust the shape of the tank;

- повышение эффективности работ.- improving work efficiency.

Claims

A device for adjusting the shape of reservoirs in rock salt formations containing a water supply pipe with a lower head, characterized in that the lower head with a length greater than the radius of the tank is made in the form of a flexible water supply pipe with mechanical muscles fixed to it, pneumatically or hydraulically connected to the source of creation pressure, with the ability to control each mechanical muscle to position the end of the flexible water supply pipe in space.