СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ДОБЫТОЙ ПРОДУКЦИИ ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НЕФТЯНОЙ СКВАЖИНЫ
METHOD FOR RECOVERY OF GEOTHERMAL ENERGY FROM EXTRACTED PRODUCTS OF RUNNING OIL WELL

Изобретение относится к средствам извлечения геотермальной энергии из продукции нефтегазовых скважин и может использоваться в качестве альтернативных источников энергии.
Известны геотермальные скважины с применением теплового насоса (http://www.biiks.ru/bur/geotermalnoe-burenie.htm).
Для работы теплового насоса не нужно топливо. Нужен источник электроэнергии для работы насоса и компрессора. Принцип действия теплового насоса аналогичен принципу действия холодильника. В обоих есть испаритель, компрессор, конденсатор и дросселирующее устройство - все части объединены в единый контур. В испарителе хладагент нагревается до температуры 6-8°C, отобранной от теплоносителя из скважины, закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором. При росте давления температура хладагента поднимается до 35-65°C. Это тепло отдается через теплообменник конденсатора рабочей жидкости потребителя. Охлажденный хладагент снова конденсируется, продавливается через дроссель, давление падает, и хладагент вновь поступает в испаритель, где готов испариться.
Тепловой насос обладает высоким КПД, но применяется в основном в установках для геотермальных водяных скважин, из которых поступает не загрязненный поток воды. Использование теплового насоса для извлечения геотермальной энергии из продукции нефтегазовых скважин, из которых отбирается смесь парафинистой нефти с водой, представляется проблематичным.
Известен способ извлечения геотермальной энергии из скважины, в котором использован тепловой насос, вход которого соединен с трубопроводами с заборной и поглощающей (инфильтрационной) скважинами, выход теплового насоса подключен трубопроводами к системе распределения тепла (пат. РФ 2341736, 20.12.2008).
К тепловому насосу подключен U-образный контур трубопровода, помещенный в скважину и по которому циркулирует жидкость, подаваемая с поверхности. Указанная жидкость нагревается в скважине и отдает свое тепло контуру теплового насоса.
В известном патенте не используется тепловая энергия добываемой скважинной жидкости, например смеси нефти и воды, а задействована система кругового оборота жидкости, циркулирующей в U-образном контуре, помещенном на глубине скважины с повышеной темпаратурой.
Задачей заявляемого изобретения является извлечение геотермальной энергии из добытой продукции действующих нефтегазовых скважин в процессе эксплуатации.
Указанная задача решается тем, что способ извлечения геотермальной энергии из добытой продукции действующей нефтяной скважины, включающий подключение входа теплового насоса к трубопроводу, помещенному в ствол скважины, а выхода - к системе распределения тепла потребителю, в отличие от известного, предусматривает разделение в скважине с помощью скважинного сепаратора продукции нефтяной скважины на нефть и воду, затем с помощью скважинного насоса очищенную воду направляют в продуктопровод, подключенный к тепловому насосу, при этом тепловой насос включает внутренний замкнутый контур, проходящий через испаритель с жидкостью низкотемпературного кипения, конденсатор, компрессор и редукционный клапан, к конденсатору которого подключают отвод теплопровода потребителя, а к испарителю с жидкостью низкотемпературного кипения подключают отвод продуктопровода с очищенной водой.
На чертеже представлена конструкция геотермальной установки для нефтяной скважины, с помощью которой реализуется заявляемый способ.
Геотермальная установка расположена на участке нефтяного месторождения с повышенным геотермическим градиентом на устье скважины 1, в которой установлен электропогружной насос 2 для подъема добываемой продукции, представляющей собой смесь нефти с водой, из скважины 1 на поверхность. К электропогружному насосу 2 проведен электрокабель 3 для питания от шкафа управления 4. Под электропогружным насосом 2 установлен сепаратор 5 для отделения нефти от сопутствующей воды.
Добываемая продукция на поверхности направлена в продуктопровод 6 для воды с входными задвижками 7 и 8, выходной задвижкой 9 и проходной задвижкой 10 и нефтепровод 11.
Геотермальная установка содержит блок теплонасоса 12 с внутренним замкнутым контуром 13, проходящим через испаритель 14, конденсатор 15, компрессор 16 и редукционный клапан 17.
Через испаритель 14 также проходит отвод продуктопровода 6, а через конденсатор 15 проходит отвод теплопровода 18 с входной задвижкой 19 и выходной задвижкой 20.
Сепаратор 5 снабжен разделительной манжетой 21, которая установлена на хвостовике 22, прикрепленном к электропогружному насосу 2. Хвостовик 22 в нижней части под разделительной манжетой 21 снабжен ограничителем 23, а в верхней части над разделительной манжетой - выпускным отверстием 24 для воды. В качестве выпускного отверстия для нефти использована отводящая трубка 25 с окнами и патрубками для сообщения пространства под разделительной манжетой 21 и пространства выше приема электропогружного насоса. На хвостовике ниже разделительной манжеты размещен с возможностью вертикального перемещения вдоль хвостовика 22 кожух в виде стакана 26 с направляющими, имеющими возможность контактирования с ограничителем 23 хвостовика 22 и со стенками внутренней поверхности обсадной колонны скважины. Поз. 27 - проходной кран нефтепровода 11 (конструкция сепаратора представлена также в пат. РФ №2291291, 10.01.2007).
Способ реализуется следующим образом.
В скважине 1 добываемая с помощью электропогружного насоса 2 продукция, представляющая собой смесь нефти с водой, разделяется сепаратором 5 на нефть и воду, которая поступает на поверхность и направляется через задвижку 8 продуктопровода 6 в автономный блок теплового насоса 12 через входную задвижку 7. В это время задвижка 10 продуктопровода 6 перекрыта. При этом очищенная от нефти добываемая вода через кожух-стакан 26 поступает в хвостовик 22 и далее через канал попадает на прием насоса 2, а нефть с газом через окна и патрубок отводящей трубки 25 отводится выше приема насоса 2 и далее накапливается в межтрубном пространстве скважины.
В блоке теплового насоса 12 вода, поступившая из скважины 1, имеющая положительную температуру в пределах 25-79 град., передвигается по продуктопроводу 6 в испаритель 14, где происходит передача тепла от скважинной воды хладагенту с низкой температурой испарения, циркулирующего в замкнутом контуре 13 блочного теплового насоса 12. Далее под действием компрессора 16 хладагент, поступающий из испарителя 14 в газообразном состоянии, сжимается до жидкого состояния и под высоким давлением подается в конденсатор 15, где избыточная тепловая энергия хладагента передается жидкости, циркулирующей в системе отопления по теплопроводу 18 потребителя и поступающей с пониженной температурой в блок теплового насоса 12 из системы отопления через входную задвижку 19 и выходящую из него с более высокой температурой после конденсатора 15 через выходную задвижку 20. Хладагент, циркулирующий в замкнутом контуре 13, из конденсатора 15 после теплообмена с жидкостью, циркулирующей в теплопроводе 18, поступает под некоторым избыточным давлением в редукционный клапан 17, где он сжимается до определенного уровня, под которым хладагент поступает в испаритель 14 и цикл его движения по внутреннему контуру 13 теплового насоса 12 повторяется.
Применение тепловых насосов в нефтяных скважинах, снабженных скважинными сепараторами, позволит повысить эффективность использования геотермальной энергии пластовых вод, сопутствующих добываемой нефти, без дополнительных трудозатрат на оборудование скважин нефтедобывающих предприятий и снизить их энергозатраты.