RU2804039C1 - Система и способ эксплуатации подземных хранилищ газа - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована для хранения природных и промышленных газов в растворимых породах, например, в отложениях каменной соли, а именно группа изобретений относится к системе и способу эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ). Технический результат заключается в повышении безопасности эксплуатации ПХГ, снижении скорости потока газа при отборе или закачке, уменьшении гидратообразования, обеспечении эксплуатации на больших дебитах, уменьшении нагрузки растяжения на колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и уменьшении риска разгерметизации пакера. Система эксплуатации ПХГ содержит последовательно установленные на подвесной колонне НКТ клапан-отсекатель управляемый гидравлический (КОУГ) с защитной втулкой, выполненный с возможностью закрытия или открытия проходного канала, пакер гидравлический, выполненный с возможностью герметичного разобщения интервалов ствола эксплуатационной колонны и защиты ее верхней части от динамического воздействия рабочей среды, клапан циркуляционный (КЦ), предназначенный для сообщения проходного канала и затрубного пространства и при необходимости их герметичного разобщения, клапан-отсекатель установочный (КО-У). Также система эксплуатации ПХГ имеет: станцию управления, выполненную с возможностью открытия и закрытия КОУГ в автоматическом режиме путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию; инструмент для активации пакера гидравлического (ИА-ПГ); инструмент для активации КЦ (ИА-КЦ) и инструмент для активации КОУГ (ИА-КОУГ); фонтанную арматуру. ИА-ПГ выполнен с механизмом для выравнивания давления выше и ниже КО-У, а также с втулкой, выполненной с возможностью перемещения внутри указанного инструмента. ИА-КЦ выполнен с механизмом для выравнивания давления выше и ниже КЦ, а также с втулкой, выполненной с возможностью перемещения внутри указанного инструмента. ИА-КОУГ выполнен с плашками, выполненными с возможностью зацепления с пазами защитной втулки КОУГ и ее смещения вверх для перевода КОУГ в закрытое положение с перекрытием проходного канала КОУГ и дальнейшим открытием КОУГ путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию от станции управления. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Область техники

Группа изобретений относится к газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использована для хранения природных и промышленных газов в растворимых породах, например, в отложениях каменной соли.

Уровень техники

Из уровня техники известна совместимая с кабелем и управлением безвышечным способом, выполненная с возможностью взаимодействия с межтрубными пространствами система для использования и ликвидации подземной скважины (патент RU 2689933, E21B 29/00, 05.07.2012), которая содержит пакер и клапан-отсекатель.

Из способа эксплуатации газового, газоконденсатного месторождения (патент RU 2373380, E21B 43/00, E21B 33/03, 18.06.2008) известна система, содержащая циркуляционный клапан и клапан-отсекатель.

А из станции управления фонтанной арматурой и подземным клапаном-отсекателем газодобывающих скважин (RU 2181426, E21B 33/03, E21B 43/12, 02.07.2001) известна станция управления клапаном-отсекателем.

Также из уровня техники известны гидравлические пакеры (SU 1244287, E21B 33/12, 30.10.84; RU 2155857, E21B 33/12, 11.03.1999; RU 2676108 E21B 33/129, 05.03.2018).

Недостатками известных решений являются отсутствие защиты эксплуатационной колонны скважины от воздействия коррозионной среды и давления газа в резервуаре.

Из уровня техники также известен способ создания и эксплуатации подземного хранилища газа в отложениях каменной соли (RU 2707478, B65G 5/00, 29.12.2018), который заключается в том, что устанавливают лифтовую колонну с пакером, закачивают газ в межтрубное пространство обсадной и лифтовой колонн и вытесняют рассол по лифтовой колонне, заполняют резервуар газом, прекращают подачу газа, создают избыточное давление, при котором раскрывается пакер.

Недостатком известного способа являются повышенные статические нагрузки уровня жидкости при открытии отверстий патрубка, низкий уровень безопасности эксплуатации подземных хранилищ газа в отложениях каменной соли.

Раскрытие сущности

Техническая проблема, решаемая заявленной группой изобретений, заключается в повышении безопасности эксплуатации подземных хранилищ газа – ПХГ.

Технический результат заключается в:

- обеспечении возможности эксплуатировать скважину с одной подвесной колонной, что способствует активному замещению рассола газом, ускоряющему процесс запуска скважин ПХГ в эксплуатацию, и позволяет использовать фонтанную арматуру с одной трубной головкой, что уменьшает высоту сборки устьевой обвязки скважины и повышает безопасность эксплуатации ПХГ, при этом за счет расположения клапанов и их активации инструментом заявленным способом в заданном порядке у компоновки после активации клапана циркуляционного сохраняется канал, равнопроходной с подвесной колонной насосно-компрессорных труб – НКТ, что позволяет снизить скорость потока газа при отборе или закачке, а следовательно, уменьшить гидратообразование и эксплуатировать скважину на больших дебитах;

- обеспечении уменьшения нагрузки растяжения на НКТ за счет активации клапана циркуляционного при относительно небольшом давлении по сравнению с пакером гидравлическим, что позволяет избежать гидравлического удара при резком выходе жидкости в затрубное пространство, а следовательно, уменьшить риск разгерметизации пакера гидравлического;

- повышении защиты эксплуатационной колонны скважины от воздействия коррозионной среды.

Указанный технический результат достигается в системе эксплуатации ПХГ, содержащей последовательно установленные на подвесной колонне НКТ клапан-отсекатель управляемый гидравлический – КОУГ с защитной втулкой, выполненный с возможностью закрытия или открытия проходного канала в автоматическом режиме, пакер гидравлический, выполненный с возможностью герметичного разобщения интервалов ствола эксплуатационной колонны и защиты её верхней части от динамического воздействия рабочей среды, клапан циркуляционный – КЦ, предназначенный для сообщения проходного канала и затрубного пространства и при необходимости их герметичного разобщения, клапан-отсекатель установочный – КО-У, а также имеет станцию управления, выполненную с возможностью открытия и закрытия КОУГ в автоматическом режиме путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию, инструменты для активации пакера гидравлического, КЦ и КОУГ, при этом инструмент для активации пакера гидравлического – ИА-ПГ выполнен с механизмом для выравнивания давления выше и ниже КО-У, а также с втулкой, выполненной с возможностью перемещения внутри указанного инструмента, инструмент для активации КЦ – ИА-КЦ выполнен с механизмом для выравнивания давления выше и ниже КЦ, а также с втулкой, выполненной с возможностью перемещения внутри указанного инструмента, инструмент для активации КОУГ – ИА-КОУГ выполнен с плашками, выполненными с возможностью зацепления с пазами защитной втулки КОУГ и ее смещения вверх для перевода КОУГ в закрытое положение с перекрытием проходного канала КОУГ и дальнейшим открытием КОУГ путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию от станции управления, фонтанную арматуру.

Указанный технический результат достигается также в способе эксплуатации ПХГ, включающим этапы, на которых компоновку элементов системы эксплуатации ПХГ опускают на подвесной колонне НКТ на требуемую глубину в скважину с эксплуатационной колонной, заполненную рассолом; одновременно на поверхности скважины устанавливают фонтанную арматуру системы эксплуатации ПХГ, заполняют скважину газом путем его подачи с поверхности по межтрубному пространству между эксплуатационной колонной и подвесной колонной НКТ и одновременным вытеснением рассола из резервуара, выходящего из подвесной колонны НКТ, до полного заполнения резервуара закачиваемым газом; последовательно посредством канатной техники или гибких НКТ производят спуск и подъем каждого из инструментов для активации пакера гидравлического, КЦ и КОУГ, при этом при активации пакера гидравлического ИА-ПГ с механизмом для выравнивания давления выше и ниже КО-У и втулкой, выполненной с возможностью перемещения внутри указанного инструмента устанавливают в седло КО-У, герметично перекрывая проходной канал и создавая повышенное давление в НКТ выше КО-У; при активации КЦ ИА-КЦ устанавливают в седло КЦ, герметично перекрывая проходной канал, и подают расчётное давление для открытия циркуляционных окон КЦ и сообщения проходного канала и затрубного пространства; при активации КОУГ ИА-КОУГ спускают до его зацепления с пазами защитной втулки КОУГ и переводят КОУГ из транспортного положения в рабочее путем перемещения защитной втулки в крайнее верхнее положение, перекрыв проходной канал. Дальнейшее открытие КОУГ осуществляют путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию. При этом после активации КЦ проходной канал компоновки выше КЦ остается равнопроходным с подвесной колонной НКТ, на которой производят спуск компоновки.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 изображена принципиальная схема оборудования для эксплуатации скважины:

1 – фонтанная арматура;

2 – газ;

3 – подвесная колонна НКТ;

4 – эксплуатационная колонна;

5 – уровень остаточного рассола;

6 – пакер гидравлический;

7 – клапан-отсекатель установочный – КО-У;

8 – клапан циркуляционный – КЦ;

9 – клапан-отсекатель управляемый гидравлический – КОУГ;

10 – станция управления КОУГ.

На фигуре 2 изображена схема устройства ИА-ПГ и ИА-КЦ, где:

11 – сфера;

12 – шток;

13 – втулка;

14 – цилиндр;

15 – отверстие;

16 – корпус;

17 – винты.

Осуществление изобретения

Компоновку элементов системы (фиг.1) опускают на подвесной колонне НКТ в скважину с эксплуатационной колонной на требуемую глубину, почти до дна резервуара. На поверхности скважины устанавливают фонтанную арматуру. На этом этапе скважина ПХГ полностью заполнена рассолом после строительства резервуара.

После спуска компоновки начинают этап заполнения скважины газом, путем его подачи с поверхности по межтрубному пространству между эксплуатационной колонной и подвесной колонной НКТ и одновременным вытеснением рассола из резервуара, выходящего из подвесной колонны НКТ, до полного заполнения резервуара закачиваемым газом. После полного заполнения резервуара газом происходит активация компоновки.

Активацию компоновки начинают с установки пакера гидравлического. Для этого в колонну НКТ при помощи канатной техники (или гибких НКТ) производят спуск ИА-ПГ до седла КО-У, перекрыв проходной канал. Затем производят закачку порции жидкости в НКТ выше ИА-ПГ и постепенно повышением давления в НКТ устанавливают перепад давления для активации пакера гидравлического. После срабатывания пакера гидравлического ИА-ПГ извлекают при помощи канатной техники (или гибких НКТ) из седла КО-У, при этом ИА-ПГ имеет механизм для выравнивания давления выше и ниже КО-У, что позволяет избежать нагрузки от статического уровня жидкости при извлечении ИА-ПГ.

Далее при помощи канатной техники (или гибких НКТ) производят спуск ИА-КЦ до седла КЦ, перекрывая проходной канал. Производят закачку порции жидкости в НКТ выше ИА-КЦ. При достижении расчетного давления происходит разрушение срезных элементов, удерживающих седло КЦ, седло смещается, открывая циркуляционные окна и сообщая внутритрубное пространство выше КЦ и затрубное пространство. Происходит резкое падение давления, что означает успешное открытие и активацию КЦ, при этом после активации КЦ проходной канал компоновки выше КЦ остается равнопроходным с колонной НКТ, на которой производят спуск компоновки.

Активация КЦ, а именно открытие циркуляционных окон, происходит при относительно небольшом давлении с целью уменьшения нагрузки растяжения труб НКТ в процессе активации КЦ и исключения гидравлического удара при резком выходе жидкости в затрубное пространство, что значительно уменьшает риски разгерметизации пакера гидравлического во время проведения технологической операции.

С этой же целью КО-У и КЦ разделены на два отдельных устройства, так как для активации пакера гидравлического требуется высокое давление – до 20 МПа, а для активации КЦ низкое – до 2 МПа.

После срабатывания КЦ ИА-КЦ извлекают при помощи канатной техники (или гибких НКТ) из седла КЦ, при этом ИА-КЦ имеет механизм для выравнивания давления выше и ниже КЦ, что позволяет избежать нагрузки от статического уровня жидкости при их извлечении.

Схема устройства ИА-ПГ и ИА-КЦ показана на фиг.2.

Сфера герметично расположена на штоке и герметично устанавливается на седло КО-У или КЦ при спуске ИА-ПГ или ИА-КЦ соответственно в скважину на геофизическом кабеле. Втулка имеет подвижный ход внутри цилиндра, что позволяет использовать инструмент как ударный яс, в случае не прохода или заклинивании инструмента в колонне НКТ. Во время активации пакера гидравлического или КЦ колонна НКТ выше сферы заполняется жидкостью, которая давит на сферу и имеет значительный вес. Для выравнивания давления жидкости над и под сферой на штоке выполнены отверстия. В результате приложения растягивающей нагрузки к цилиндру и корпусу происходит срез винтов и передвижение корпуса относительно штока. Отверстия открываются, и жидкость из колонны НКТ переходит в подклапанное пространство, после чего можно беспрепятственно произвести подъем ИА-ПГ или ИА-КЦ.

Далее после активации КЦ осуществляют активацию КОУГ при помощи канатной техники или гибких НКТ с применением ИА-КОУГ. Спускают ИА-КОУГ до зацепления плашек ИА-КОУГ с пазами защитной втулки КОУГ. Затем ИА-КОУГ приподнимают, при этом защитная втулка смещается вверх, рабочая тарелка КОУГ переходит в закрытое положение, перекрыв проходной канал, после чего ИА-КОУГ отцепляют от втулки и извлекают при помощи канатной техники (или гибких НКТ). Дальнейшее открытие КОУГ осуществляют путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию от станции управления.

Снятие компоновки осуществляют поворотом не менее, чем на 30 градусов по часовой стрелке, и натяжением колонны НКТ с заданным усилием вверх, после чего скважину промывают и осуществляют подъем компоновки на поверхность.

После установки пакера гидравлического есть возможность заполнения надпакерного пространства жидкостью на углеводородной основе для защиты эксплуатационной колонны скважины от воздействия коррозионной среды.

Наличие КОУГ позволяет эксплуатировать скважины ПХГ на расстоянии менее 500 метров от населенных пунктов; активация КЦ при относительно низком давлении по сравнению с пакером гидравлическим позволяет уменьшить нагрузку растяжения на НКТ и избежать гидравлического удара при резком выходе жидкости в затрубное пространство, что уменьшает риск разгерметизации пакера гидравлического; возможность эксплуатации скважины с одной подвесной колонной НКТ позволяет ускорить первичный процесс замещения рассола газом, что ускоряет процесс запуска скважин ПХГ в эксплуатацию и является основным параметром, регламентирующим производительность закачки газа и отбора рассола, а также эксплуатировать фонтанную арматуру с одной трубной головкой, что уменьшает высоту сборки устьевой обвязки скважины и повышает безопасность ее обслуживания; а за счет расположения клапанов и их активации инструментами заявленным способом в заданном порядке у компоновки после активации КЦ сохраняется канал, равнопроходной с колонной НКТ, что позволяет снизить скорость потока газа при отборе или закачке, а следовательно, уменьшить гидратообразование и эксплуатировать скважину на больших дебитах.

Claims (2)

1. Система эксплуатации подземных хранилищ газа, содержащая последовательно установленные на подвесной колонне насосно-компрессорных труб – НКТ клапан-отсекатель управляемый гидравлический – КОУГ с защитной втулкой, выполненный с возможностью закрытия или открытия проходного канала, пакер гидравлический, выполненный с возможностью герметичного разобщения интервалов ствола эксплуатационной колонны и защиты ее верхней части от динамического воздействия рабочей среды, клапан циркуляционный – КЦ, предназначенный для сообщения проходного канала и затрубного пространства и при необходимости их герметичного разобщения, клапан-отсекатель установочный – КО-У, а также имеющая: станцию управления, выполненную с возможностью открытия и закрытия КОУГ в автоматическом режиме путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию; инструмент для активации пакера гидравлического – ИА-ПГ; инструмент для активации КЦ – ИА-КЦ и инструмент для активации КОУГ – ИА-КОУГ, при этом ИА-ПГ выполнен с механизмом для выравнивания давления выше и ниже КО-У, а также с втулкой, выполненной с возможностью перемещения внутри указанного инструмента, ИА- КЦ выполнен с механизмом для выравнивания давления выше и ниже КЦ, а также с втулкой, выполненной с возможностью перемещения внутри указанного инструмента, ИА-КОУГ выполнен с плашками, выполненными с возможностью зацепления с пазами защитной втулки КОУГ и ее смещения вверх для перевода КОУГ в закрытое положение с перекрытием проходного канала КОУГ и дальнейшим открытием КОУГ путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию от станции управления; фонтанную арматуру.

2. Способ эксплуатации подземных хранилищ газа, включающий этапы, на которых компоновку элементов системы по п. 1 опускают на подвесной колонне насосно-компрессорных труб – НКТ на требуемую глубину в скважину с эксплуатационной колонной, заполненную рассолом; одновременно на поверхности скважины устанавливают фонтанную арматуру системы по п. 1, заполняют скважину газом путем его подачи с поверхности по межтрубному пространству между эксплуатационной колонной и подвесной колонной НКТ и одновременным вытеснением рассола из резервуара, выходящего из подвесной колонны НКТ, до полного заполнения резервуара закачиваемым газом; последовательно посредством канатной техники или гибких НКТ производят спуск и подъем каждого из инструментов для активации пакера гидравлического, клапана циркуляционного – КЦ и клапана-отсекателя управляемого гидравлического – КОУГ, при этом при активации пакера гидравлического инструмент для активации пакера гидравлического с механизмом для выравнивания давления выше и ниже КО-У и втулкой, выполненной с возможностью перемещения внутри указанного инструмента, устанавливают в седло КО-У, герметично перекрывая проходной канал и создавая повышенное давление в НКТ выше КО-У; при активации КЦ инструмент для активации КЦ устанавливают в седло КЦ, герметично перекрывая проходной канал, и подают расчетное давление для открытия циркуляционных окон КЦ и сообщения проходного канала и затрубного пространства, при активации КОУГ инструмент для активации КОУГ спускают до его зацепления с пазами защитной втулки КОУГ и переводят его из транспортного положения в рабочее путем перемещения защитной втулки в крайнее верхнее положение, перекрыв проходной канал, дальнейшее открытие КОУГ осуществляют путем подачи и поддержания необходимого давления через гидравлическую линию.