НАСОСНО-КОМПРЕССОРНАЯ ТРУБА С ТОНКОСЛОЙНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к техническим средствам, повышающим термическое сопротивление конструкции скважины.
Известно устройство теплоизолированного направления по типу труба в трубе (Патент РФ №188535, МКП Е21В 17/02, Е21В 36/00, опубл. 16.04.2019 г.). Конструкция состоит из секции с заполнением межтрубного пространства пенополиуретановым, пенополистирольным утеплителем с соединением секций муфтами путем резьбового или фланцевого соединения. Так же известно устройство теплоизолированного направления с фиксированием скорлуп из экструдированного пенополистирола на обсадные трубы скважины при помощи термоусаживаемой оболочки.
Недостатком данного устройства и его аналогов является: необходимость дополнительных буровых работ для монтажа устройства, недостаточное теплоизолирование колонны скважины ввиду ограниченной длины теплоизолирующего направления (порядка 11-30 м), в то время как глубина распространения многолетнемерзлых грунтов достигает 300-500 м.
Известно устройство - лифтовая теплоизолированная труба (Патент RU №152072 U1, МКП Е21В 17/00, Е21В 36/00, опубл. 27.04.2015 г.). Конструкция состоит из коаксиально расположенных внутренней и наружной труб, соединенных с образованием кольцевого межтрубного зазора, в котором создан вакуум.
Недостатком данного устройства и его аналогов является необходимость бережной эксплуатации, трудоёмкий ремонт при выходе из строя и сложность выявления мест разгерметизации и потери вакуума.
Известно устройство - теплоизолированная труба (Патент RU 62643 U1, кл. Е21В 17/00, опубл. 27.04.2007). Конструкция из композитных и слоистых материалов предназначена для подачи пара в пласты (с температурой от 100 градусов) и для поддержания температуры закачиваемого пара. Пар подается для уменьшения вязкости нефтяной эмульсии. Технология предусматривает проведение работ в обычных геологических условиях (не на многолетнемерзлых грунтах) и может применяться на Европейской части России, юго-западной части Сибири и др. В модели применяются полые стеклянные микросферы размером 25 мкм.
Основным недостатком данного устройства и его аналогов является борьба с остыванием пара в обычных грунтах, а не сохранение мерзлых грунтов вокруг скважины от продукта. К недостаткам следует отнести применение композитных и слоистых материалов трубы, а не сталей, применение полых стеклянных микросфер размером 25 мкм, а не перлитовых вакуумированных микросфер, а так же применение защитного экрана из алюминиевой фольги.
Известно устройство - термоизолированная колонна (Патент SU 857425 А, опубл. 23.08.1981). Недостатком модели является:
- применение двойной стальной трубы (секции внешних и внутренних труб) с установленными между ними утеплителями и экранирующими материалами;
- модель увеличивает металлоёмкость скважины в 2 раза, что значительно увеличивает стоимость устройства скважины
- увеличение массы колонны в модели повышает требования к грузоподъемности бурового станка, что увеличивает стоимость устройства скважины;
- модель имеет сложную схему устройства стыков, включающую применение эластичных колец и гофрированной диафрагмы.
Известна модель кондуктора со сверхтонкой теплоизоляцией (Патент RU 202494 U1, кл. Е21В 17/00, опубл. 19.02.2021). Модель учитывает покрытие кондуктора нефтегазовых скважин сверхтонкой теплоизоляцией. Наносится до начала погружения кондуктора.
Недостатком модели является:
- невозможность нанесения теплоизоляционного слоя для работающих скважин, т.к. кондуктор, на этапе строительства скважины, фиксируется в грунте бетонным раствором, без возможности извлечения;
- нанесение сверхтонкой теплоизоляции на поверхности различных труб (НКТ или кондуктора) приводит к различным эффектам при растеплении грунтов от высокотемпературного флюида в связи с различным расстоянием от поверхностей, где наносится сверхтонкая теплоизоляция, до флюида и мерзлого грунта;
- труба НКТ устанавливается на всю глубину скважины, а кондуктор только на значительно меньшую глубину.
Целью полезной модели является снижение передачи тепла от высокотемпературного добываемого флюида, проходящего в трубе НКТ и оказывающего растепляющее воздействие на окружающий многолетнемерзлый грунт, а также решить ряд вопросов:
1) исключить ограничение по глубине теплоизоляции скважины;
2) обеспечить возможность теплоизоляции существующих нефтегазовых скважин, т.к. только трубу НКТ возможно извлечь для ремонтных работ. Все остальные трубы закреплены буровым раствором и не допускают демонтажа;
3) путем нанесения сверхтонкой теплоизоляции непосредственно на трубу НКТ, изменить влияние на передачу тепла на мерзлый грунт.
Поставленная цель достигается путем послойного покрытия НКТ сверхтонкой теплоизоляцией, представляющей собой эластомерную массу на основе синтетического каучука, акрилового, латексного или полимерного связующего, заполненная керамическими, полимерными или стеклянными вакуумированными микросферами, препятствующими процессу теплопередачи. Таким образом, применение НКТ со сверхтонкой теплоизоляцией взамен стандартной НКТ исключает необходимость устройства иных теплоизоляционных мероприятий, что исключает необходимость дополнительного бурения. Покрытие НКТ сверхтонкой теплоизоляцией позволяет устроить теплоизоляцию на необходимую глубину, не ограничиваясь глубиной кондуктора. НКТ со сверхтонкой теплоизоляцией не требует специальных условий эксплуатации, т.к. покрытие имеет антивандальные свойства. Ремонт, обнаружение дефектов и устройство НКТ со сверхтонкой теплоизоляцией не имеет отличий от тех же операций на стандартной НКТ.
Конструкция насосно-компрессорной трубы с тонкослойной теплоизоляцией (НКТС) представлена на фиг. 1.
Устройство состоит из секции трубной (1), теплоизоляционного слоя (2), муфты соединительной (3). По НКТ подается под давлением высокотемпературный флюид.
Принцип работы заключается в следующем. На наружную поверхность НКТ послойно наносится теплоизоляционное покрытие теплопроводностью менее 0,05 Вт/м°С, имеющее в своей основе вакуумированные сферы, вакуум в сферах не распространяет тепловой поток от добываемого горячего флюида, находящегося во внутренней полости трубы. Нанесение сверхтонкой теплоизоляции снижает передачу тепла от высокотемпературного флюида к многолетнемерзлому грунту (1 мм сверхтонкой теплоизоляции эквивалентен 50 мм экструдированного пенополистирола). Покрытие наносится на глубину залегания многолетнемерзлых грунтов (30-500 м) и менее на основании соответствующего моделирования теплового состояния грунтов. Теплоизоляционное покрытие возможно наносить как при строительстве скважин, так и при их капитальном ремонте (трубы НКТ извлекаются из скважины, выполняется замена насосного оборудования или другие технологические операции, после чего трубы НКТ опускаются в скважину).
Преимущество данного устройства заключается в отсутствии дополнительных буровых работ при монтаже, в низких требованиях к условиям эксплуатации, возможности нанесения теплоизоляции на работающих нефтегазовых скважинах при ремонте скважин.