СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННОЙ ЛИФТОВОЙ ТРУБЫ В СКВАЖИНЕ
PROCEDURE FOR DETERMINATION OF HEAT CONDUCTION COEFFICIENT OF HEAT INSULATION OF HEAT INSULATED LIFT PIPE IN WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы (ТЛТ), имеющейся в составе конструкций нефтяных, газовых, термальных и других скважин.
Проблема определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ является актуальной, так как обеспечивает в ряде случаев обоснование технологии для добычи флюида без протаивания мерзлоты, для добычи тяжелой нефти, закачки пара в нефтяные пласты и т.д.
Известен способ определения свойств теплоизоляции ТЛТ в стендовых заводских условиях (Макеев В.В., Аксель Н.Л., Смирнов B.C. Результаты теплотехнических и прочностных испытаний лифтовых теплоизолированных труб модели ТЛТ-114×73 // Повышение эффективности разработки месторождений природного газа: Сб. научн. тр. ВНИИГАЗа. - М.: ООО «ВНИИГАЗ», 2001, с.217-221). Сущность способа заключается в том, что теплоизолированную ТЛТ, входящую в состав теплоизолированной колонны в скважине, размещают на стенде, подают в ее внутреннюю часть теплоноситель, а на наружной поверхности, где размещена теплоизоляция, размещают температурные датчики (тепломеры). Обрабатывают результаты измерений температуры внутри и снаружи трубы и по результатам обработки определяют коэффициент теплопроводности теплоизоляции ТЛТ.
Однако такой способ определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ позволяет получить приблизительную величину этого коэффициента, поскольку в стендовых условиях невозможно учесть все факторы, влияющие на его величину, среди которых следует отметить теплопроводность горных пород околоствольного пространства, радиус теплового влияния скважины (от температурного воздействия продукции) и изменение этого радиуса во времени, свойства цемента между обсадными трубами в составе конструкции скважины, а также изменение свойств теплоизоляции при длительной работе скважины и др.
Задачей, на достижение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа определения величины коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ в скважине, позволяющего непрерывно контролировать свойства теплоизоляции ТЛТ в скважине по всей длине теплоизолированной колонны.
вл
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ в скважине производят расчет радиуса теплового влияния скважины r по формуле:
,
д
где r - радиус долота под направление, м,
пор
λ - коэффициент теплопроводности горных пород в околоствольном пространстве скважины, Вт/м·К,
м
3
С - коэффициент теплоемкости мерзлых пород, кДж/м·К,
τ - время строительства или работы скважины, с,
из
измеряют естественную температуру мерзлых пород за пределами радиуса теплового влияния исследуемой скважины, определяемую в находящихся в длительном простое скважинах, измеряют температуру в термометрических трубках, закрепленных на направлении скважины, путем спуска в них на различные глубины, соответствующие расположению в скважине теплоизолированной лифтовой трубы, температурных датчиков, определяют среднее значение температуры в термометрических трубках, измеряют температуру на устье скважины и производят расчет коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине λ, который ведут от оси скважины по формуле:
,
где ,
,
где m - количество колонн разного диаметра в скважине,
- внутренний диаметр несущей трубы теплоизолированной лифтовой трубы, м,
- наружный диаметр кожуха теплоизолированной лифтовой трубы, м,
i
i
D и d - внутренний и наружный диаметр труб, входящих в состав колонн скважины, м,
д
d - диаметр долота под направление, м,
m
d - наружный диаметр трубы, входящий в состав (m)-ой колонны скважины, м,
(i)-(i+1)
λ - коэффициент теплопроводности среды, находящейся между (i)-ой и (i+1)-ой колоннами, Вт/м·К,
(m)-(Д)
λ - коэффициент теплопроводности среды, находящейся между (m)-ой колонной и долотом, Вт/м·К,
1
t - температура на устье скважины, °С,
ТТ
t - средняя температура в термометрических трубках, °С,
2
t - естественная температура мерзлых пород за пределами радиуса теплового влияния исследуемой скважины, °С.
На фиг.1 показана схема конструкции скважины с ТЛТ, на фиг.2 - схема теплоизолированной лифтовой трубы, на фиг.3 - схема размещения термометрических трубок.
Конструкция скважины включает в себя лифтовую колонну 1, оснащенную в верхней части ТЛТ 2, предназначенной предупредить протаивание в зоне мерзлоты, эксплуатационную колонну 3, кондуктор 4 и направление 5 с закрепленными на нем термометрическими трубками 6. Основными конструктивными элементами ТЛТ являются несущая труба 7, концентрично установленный кожух 8 и теплоизоляция 9, расположенная между несущей трубой 7 и кожухом 8. Теплоизоляция может изготавливаться в двух возможных вариантах: блочно-цилиндрическая и вакуумно-многослойная.
Пространство между окружающими скважину грунтами и направлением 5, между направлением 5 и кондуктором 4, между кондуктором 4 и эксплуатационной колонной 3 заполнено цементом, а пространство между эксплуатационной колонной 3 и лифтовой колонной 1 заполнено газом.
Для непрерывного контроля свойств теплоизоляции ТЛТ в скважине используют термометрические трубки 6, представляющие собой трубки диаметром 48 мм, заполненные незамерзающей жидкостью. Термометрические трубки закрепляют на направлении 5 хомутами 10 и спускают совместно с направлением 5. Один из концов трубок выводится на поверхность и появляется возможность спуска в них на любую заданную глубину температурных датчиков на кабеле.
Коэффициент теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине определяют следующим образом.
вл
Рассчитывают радиус теплового влияния скважины r по формуле:
,
д
где r - радиус долота под направление, м,
пор
λ - коэффициент теплопроводности горных пород в околоствольном пространстве скважины, Вт/м·К,
М
3
С - коэффициент теплоемкости мерзлых пород, кДж/м·К,
τ - время строительства или работы скважины, с.
Далее измеряют естественную температуру мерзлых пород за пределами радиуса теплового влияния исследуемой скважины, определяемой в находящихся в длительном простое скважинах.
из
Для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляции теплоизолированной лифтовой трубы в скважине температуру в термометрических трубках определяют путем спуска в них на различные глубины, соответствующие расположению в скважине исследуемой теплоизолированной лифтовой трубы, температурных датчиков. После чего определяют среднее значение температуры в термометрических трубках. Одновременно с этим измеряют температуру на устье скважины. Далее рассчитывают коэффициент теплопроводности теплоизоляции ТЛТ в скважине λ по формуле, учитывающей такие факторы, как конструкция скважины, величины теплопроводности сред, находящихся как между колоннами скважины, так и между колонной скважины и долотом, а также величина теплопроводности горных пород в околоствольном пространстве скважины.
1
ТТ
2
1
2
2
3
3
4
4
Д
(1)-(2)
эк
(2)-(3)
(3)-(4)
(4)-(Д)
ц
пор
М
3
Пример расчета: Расчет коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ осуществляют через 196 сут. (τ=4704 ч=16934400 с) после пуска скважины 6805 месторождения Бованенково. По результатам измерений на глубине 59 м от устья скважины t=+25°С, t=-0,9°С, t=-4,5°С, m=4, при i=1 (лифтовая колонна с ТЛТ) d=0,168 м,  м,  м; при i=2 (эксплуатационная колонна) D=0,219 м и d=0,258 м; при i=3 (кондуктор) D=0,304 м и d=0,324 м; при i=4 (направление) D=0,406 м и d=0,426 м; долото d=0,490 м; λ=λ (эквивалентный коэффициент теплопроводности среды, находящейся между эксплуатационной колонной и ТЛТ) = 2,326 Вт/м·К; λ=λ=λ=λ(коэффициент теплопроводности цемента) = 1,163 Вт/м·К; λ=1,51 Вт/м·К, C=2100 кДж/м·К.
м
Вт/м·К.
Коэффициент теплопроводности теплоизоляции ТЛТ для данного примера составляет 0,0175 Вт/м·К.
Сравнение рассчитанного коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ с аналогичной величиной коэффициента теплопроводности теплоизоляции ТЛТ, указанной в паспорте заводом-изготовителем, позволяет сделать вывод о необходимости замены исследуемой теплоизолированной лифтовой трубы.
Использование данного способа позволяет непрерывно контролировать свойства теплоизоляции ТЛТ в скважине по всей длине теплоизолированной колонны.