Многолетнемерзлые породы (ММП) занимают более половины северных территорий РФ , являющихся основной базой углеводородного сырья. Ареал распространения ММП уменьшается примерно на одну треть каждые 15-20 лет, поэтому в ближайшие несколько десятков лет добыча нефти и газа будет осуществляться на территориях с ММП. Исследователи, занимающиеся проблемами бурения и эксплуатации скважин в районах с ММП, отмечают необходимость использования промывочных жидкостей, охлажденных до температуры плавления льда, термоизолирующего оборудования, материалов и покрытий, а также обеспечения возможности замораживания приустьевой площадки. Использование термоизолирующего оборудования, например термокейсов, применение самых современных материалов и покрытий в условиях тотального оттаивания ММП может только уменьшить скорость роста площади талой зоны.
Например, для Ванкорского месторождения, ожидается такое протаивание ММП, при котором размер талой зоны со- ставит за 25 лет примерно 10 м для постоянного и 8 м для убывающего дебита. То есть применение термокейсов растягивает процесс протаивания ММП лишь на 25 лет, и только на это время можно ожидать соблюдение требований по растеплению устья скважин. Однако прогнозируемое увеличение объемов добычи тяжелой нефти увеличит срок службы месторождений в полтора - два раза и при переходе к добыче тяжелой нефти существующие термокейсы уже не обеспечат выполнение требований по растеплению скважин.
Для замораживания приустьевой площадки используются, например, термостабилизаторы. Они способствуют уменьшению площади насыпей и сокращению проектных расстояний между устьями скважин. Благодаря применению вертикальных естественнодействующих трубчатых систем (ВЕТ) компании «Фундаментстройаркос» на площадках Ванкорского месторождения удалось сэкономить 500 млн. руб. За рубежом ведутся исследования по созданию аналогичных устройств. Но эффективность работы естественно действующих термостабилизаторов зависит от 2 перепадов температуры в течение года, а точных данных о погодных условиях через 20-30 лет на данный момент не существует. В сложившейся ситуации весьма актуальным является разработка оборудования, предназначенного для замораживания приустьевой площадки, работа которого не зависит от температурных условий. В Сибирском Федеральном университете разработано устройство, работа которого осно- вано на применении термоэлектрического эффекта Пельтье. Устройство может быть выполнено в виде сплошного цилиндриче- ского кольца (рис. 1)или в виде сегментов цилиндрического кольца.
Устройство содержит корпус 1 в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические мо- дули Пельтье 2 с токопроводящими кабелями 3, и размещено на внутрен- ней поверхности направления 4 (рис. 2). Чтобы обеспечить максимальную разность температур между наружной и внутренней поверхностями устройства, создаѐтся отвод тепла с горячей стороны корпуса 1. Для этого вместо радиатора используются трубки-контейнеры 5 с циркулирующим хладагентом 6 с целью экономии энергии и пространства между эксплуа- тационной колонной 7 и направлением 4, которое заполнено теплоизоли- рующим материалом 8. Количество трубок-контейнеров и глубина их установки зависят от конкретных условий распространения ММП. Для ре- гистрации изменений температуры ММП имеется термопара 9.
Рис. 1. Устройство на основе термоэлектрического модуля Пельтье
в виде сплошного цилиндрического кольца
Устройство устанавливается на устье скважины (рис. 2) как обычное термоизолирующее направление. Автоматическое включение модулей Пельтье осуществляется от термопары 9, измеряющей температуру на наружной поверхности корпуса устройства. Модуль Пельтье будет охла- ждать корпус с наружной стороны, а значит и ММП, и нагревать с внут-3 ренней. Отвод тепла с внутренней стороны устройства происходит через трубки- контейнеры 5 с циркулирующим хладагентом 6.
Рис. 2. Схематическая компоновка скважины
Данное устройство на основе термоэлектрического модуля Пельтье предназначено для предотвращения образования провалов, сохранения устойчивости скважины. Принципиальным отличием устройства является наличие модулей Пельтье, обеспечивающих возможность использования устройства не только в качестве естественнодействующего термостабили- затора, но и в качестве охладителя ММП, работающего от электрической энергии. Устройство может использоваться для регулирования температу- ры ММП независимо от температуры на поверхности. Это сделает более безопасным ведение технологических процессов при бурении и эксплуатации скважин в районах с ММП.
Список использованных источников:
1. Портал о российском газе: электрон. статьи. URL: http://gasforum.ru/obzoryi-issledovaniya/885/. 2. Долгих Г.М. Технологии строительства объектов нефтегазовой отрасли с сложных условиях [Текст]: Г.М. Долгих // Газовая промышлен- ность. 2013. № 3/687. С. 86-87.4 3. Быков И.Ю. Термозащита конструкций скважин в мерзлых породах : учеб. пособие / И.Ю. Быков, Т.В. Бобылѐва. Ухта: УГТУ, 2007. 131 с. 4. Грязнов Г.С. Конструкции газовых скважин в районах многолет- немерзлых пород [Текст] / Г.С. Грязнов. М.: Недра, 1978. 136 с. 5. Медведский Р.И. Строительство и эксплуатация скважин на нефть и газ в вечномерзлых породах. // М.: Недра, 1987, 230 с. 6. Аргунова К.К. Тепловое взаимодействие нефтедобывающих скважин с многолетнемерзлыми породами [Текст]: К.К. Аргунова, Э.А. Бондарев, И.И. Рожин // Наука и образование. 2008. № 4. С. 78-83. 7. ПБ 08-624-03 Правила безопасности в нефтяной и газовой про- мышленности. 8. Данилова Е. Тяжелые нефти России [Электронный ресурс]: Е. Данилова // Все о нефти. URL: http://vseonefti.ru/neft/tyazhelye-neftiRossii.html. 9. Добыча тяжелой нефти [Электронный ресурс]: Научно- исследова- тельская работа по изучению и обобщению зарубежного опыта нефтегазодо- бывающей промышленности. URL: http://forexpoil.gubkin.ru/works/6/articles. 10. Пат.№ 115820 Российская Федерация, МКИ7 E21В36/00 Система термостабилизации приустьевой зоны скважины [Текст]/ Горелик Я.Б., Мельников В.П., Штоль В.Ф.: заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт криосферы Земли Сибирского отде- ления РАН (ИКЗ СО РАН). - № 2011152114/03; заявл. 20.12.2011; опубл. 10.05.12 5 с: ил. 11. Пат. №3763931 Соединенные Штаты Америки, МПК E21B 43/00. Oil well permafrost stabilization system [Text] / Waters, Elmer D.: заявитель и патентообладатель MCDONNELL DOUGLAS CORPORATIONATERS. - № 72715; заявл. 16.09.70; опубл. 31.07.73. 14 с: ил. 12. Пат. № 3757860 Соединенные Штаты Америки, МПК E21B43/24. Well heating [Text] / Pritchett, William C.: заявитель и патентообладатель ATLANTIC RICHFIELD COMPANY. - №278267; заявл.07.08.72; опубл. 11.09.73. 7 с: ил. 13. Marques, C. Super insulated wells to protect permafrost during thermal oil recovery [Text] : С. Marques, L.M. Castanier, A.R. Kovscek // Int. J. of Oil, Gas and Coal Technology. 2011 №4. P. 4-33. 14. Пат. № 2500880 Российская Федерация, МПК E21B36/00. Устройство для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых поролах [текст] / Колосов В.В., Бирих Р.А., Павлова П.Л., Лунев А.С.: заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет».- № 2012125732; заявл. 19.06.12; опубл. 10.12.13. - 5 с: ил.
Автор: П.Л. Павлова
