[go: up one dir, main page]

RU2500880C1 - Device for heat insulation of wells in permanently frozen ground - Google Patents

Device for heat insulation of wells in permanently frozen ground Download PDF

Info

Publication number
RU2500880C1
RU2500880C1 RU2012125732/03A RU2012125732A RU2500880C1 RU 2500880 C1 RU2500880 C1 RU 2500880C1 RU 2012125732/03 A RU2012125732/03 A RU 2012125732/03A RU 2012125732 A RU2012125732 A RU 2012125732A RU 2500880 C1 RU2500880 C1 RU 2500880C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
well
temperature
housing
containers
cylindrical ring
Prior art date
Application number
RU2012125732/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Владимирович Колосов
Руслан Александрович Бирих
Прасковья Леонидовна Павлова
Александр Сергеевич Лунев
Original Assignee
Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу) filed Critical Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" (Сфу)
Priority to RU2012125732/03A priority Critical patent/RU2500880C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2500880C1 publication Critical patent/RU2500880C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Laying Of Electric Cables Or Lines Outside (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: device contains heat transfer tubes-containers with refrigerating fluid, which are connected to the housing and placed inside intermediate column; well is equipped with thermal couple, temperature control and registration unit and an element consisting of conducting cable and housing made as a solid cylindrical ring or its segments with Peltie thermoelectric modules installed inside.
EFFECT: prevention of caving, maintenance of well stability.
7 dwg

Description

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности, в частности к охлаждающим устройствам буровых скважин, и предназначено для эксплуатации скважин в районах кавернозных, многолетнемерзлых пород (ММП).The invention relates to the gas and oil industry, in particular to cooling devices for boreholes, and is intended for the operation of wells in areas of cavernous, permafrost (IMF).

Известен стабилизатор для пластично-мерзлых грунтов с круглогодичным режимом работы [патент RU №2231595, МПК E02D 3/115, опубл. 01.10.2002 г.] для аккумуляции холода в основании инженерных сооружений, включающий подземную и наземную части трубчатого герметичного корпуса, заполненного хладагентом, подземная часть которого является испарителем, а надземная - конденсатором, имеющим термоэлектрические модули в виде элементов Пельтье.Known stabilizer for plastic-frozen soils with year-round operation [patent RU No. 2231595, IPC E02D 3/115, publ. October 1, 2002] for accumulating cold at the base of engineering structures, including the underground and ground parts of a tubular sealed enclosure filled with refrigerant, the underground part of which is an evaporator, and the above-ground part is a condenser having thermoelectric modules in the form of Peltier elements.

В данном стабилизаторе модуль Пельтье применяется исключительно для циркуляции хладагента и не имеет непосредственного отношения к охлаждению ММП.In this stabilizer, the Peltier module is used exclusively for the circulation of the refrigerant and is not directly related to the cooling of the MMP.

Известен способ теплоизоляции устьевой зоны добывающей скважины в многолетнемерзлых породах и устройство для его осуществления [патент RU №2127356, МПК Е21В 36/00, опубл. 10.03.1999 г.]. Вокруг верхнего участка колонны труб размещают теплоизолирующий элемент, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры. С помощью этих трубок-контейнеров осуществляют отвод тепла от теплоизолирующего элемента. В трубки-контейнеры, размещенные непосредственно за трубой направления, устанавливают с возможностью извлечения и замены сезонно действующие термостабилизаторы. Эти термостабилизаторы осуществляют перенос естественного природного холода от воздуха к границе теплоизолирующий элемент - многолетнемерзлые породы. Количество и взаиморасположение трубок-контейнеров и термостабилизаторов по периметру трубы направления определяют путем решения двумерного нестационарного уравнения теплопроводности. Расчетная область представляет собой сегмент сечения, плоскость которого параллельна поверхности земли. Величина расчетной области может меняться от 1×1 м до 30×30 м, а шаг разбиения на элементарные блоки неравномерный и может меняться от 0,01 до 5 м.A known method of thermal insulation of the wellhead of a producing well in permafrost and a device for its implementation [patent RU No. 2127356, IPC ЕВВ 36/00, publ. 03/10/1999]. A heat-insulating element is placed around the upper section of the pipe string, along the length of which heat-transfer tube containers are installed. Using these tube containers carry out heat removal from the insulating element. Seasonally operating thermostabilizers are installed with the possibility of extraction and replacement into tube containers placed directly behind the directional pipe. These thermostabilizers carry out the transfer of natural cold from air to the border of the heat-insulating element - permafrost. The number and relative position of the container tubes and thermostabilizers along the perimeter of the direction pipe is determined by solving the two-dimensional non-stationary heat equation. The computational domain is a sectional segment whose plane is parallel to the surface of the earth. The value of the computational domain can vary from 1 × 1 m to 30 × 30 m, and the step of dividing into elementary blocks is uneven and can vary from 0.01 to 5 m.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является система стабилизации вечной мерзлоты вокруг добывающей скважины [патент США №3763931, МПК Е21В 43/00, 1973 г.]. В данной системе вокруг верхнего участка добывающей скважины размещают колонну труб теплоизолирующего элемента, по длине которого установлены теплопередающие трубки-контейнеры соединенные кожухом. С их помощью осуществляют отвод тепла от теплоизолирующего элемента.Closest to the invention in technical essence is a system for stabilizing permafrost around a producing well [US patent No. 3763931, IPC ЕВВ 43/00, 1973]. In this system, around the upper section of the production well, a pipe string of a heat-insulating element is placed along the length of which heat-transfer tube containers are connected by a casing. With their help, heat is removed from the heat insulating element.

Однако упомянутые способы недостаточно надежно обеспечивают термоизоляцию ММП в устьевой зоне добывающей скважины, так как при их использовании не учитываются возможные сезонные перепады температур.However, these methods are not sufficiently reliable to provide thermal insulation of the permafrost in the wellhead zone of the producing well, since their use does not take into account possible seasonal temperature differences.

Техническим результатом предложенного изобретения является предотвращение образования провалов, сохранение устойчивости скважины.The technical result of the proposed invention is to prevent the formation of dips, maintaining the stability of the well.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах, содержащем теплопередающие трубки-контейнеры с хладагентом, соединенные кожухом, расположенные внутри промежуточной колонны, новым является то, что скважина дополнительно оснащена термопарой, блоком управления и регистрации температуры, а также элементом, состоящем из токопроводящего кабеля-троса и корпуса, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье.The technical result is achieved in that in a device for thermal insulation of a well in permafrost, containing heat transfer tubes-containers with refrigerant, connected by a casing, located inside the intermediate column, it is new that the well is additionally equipped with a thermocouple, a temperature control and recording unit, as well as an element consisting of a conductive cable-cable and a housing made in the form of a continuous cylindrical ring or its segments, inside of which there are thermoelectric Kie Peltier modules.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показан температурный график при перемещении трубки-контейнера к стенке промежуточной колонны; на фиг.2 - температурный график при установке элемента; на фиг.3 - элемент, состоящий из корпуса, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца, внутри которого имеются термоэлектрические модули Пельтье, и токопроводящего кабеля-троса; на фиг.4 - элемент, состоящий из корпуса, выполненного в виде сегментов цилиндрического кольца, внутри которого имеются термоэлектрические модули Пельтье, и токопроводящего кабеля-троса; на фиг.5 изображена компоновка скважины; на фиг.6 - разрез А-А на фиг.1, когда корпус элемента выполнен в виде сплошного цилиндрического кольца; на фиг.7 - разрез А-А на фиг.1, когда корпус элемента выполнен в виде сегментов цилиндрического кольца;The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the temperature graph when moving the container tube to the wall of the intermediate column; figure 2 is a temperature graph during installation of the element; figure 3 is an element consisting of a housing made in the form of a continuous cylindrical ring, inside which there are Peltier thermoelectric modules, and a conductive cable-cable; figure 4 - an element consisting of a housing made in the form of segments of a cylindrical ring, inside which there are Peltier thermoelectric modules, and a conductive cable-cable; figure 5 shows the layout of the well; Fig.6 is a section aa in Fig.1, when the housing of the element is made in the form of a continuous cylindrical ring; Fig.7 is a section aa in Fig.1, when the housing of the element is made in the form of segments of a cylindrical ring;

Устройство содержит элемент, состоящий из корпуса 1, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье 2, термопару 3, токопроводящие кабеля-троса 4, трубки-контейнеры 6 с циркулирующим хладагентом 7, теплоизолирующий материал 9, заполняющий кольцевое пространство между эксплуатационной 8 и промежуточной 5 колоннами, блок управления и регистрации температуры 10.The device contains an element consisting of a housing 1 made in the form of a continuous cylindrical ring or its segments, inside which Peltier thermoelectric modules 2, a thermocouple 3, conductive cable-cables 4, tube containers 6 with circulating refrigerant 7, heat-insulating material 9 are installed, filling annular space between production 8 and intermediate 5 columns, control unit and temperature registration 10.

На фиг.1 приведен температурный график при перемещении трубки-контейнера к стенке промежуточной колонны без элемента, содержащего термоэлектрические модули Пельтье. Из данного графика видно, что при эксплуатации скважины летом положительная температура (Т>0) выйдет за наружную поверхность промежуточной колонны, что приведет к потере устойчивости скважины в следствии протаивания ММП. В зимнее время года отрицательная температура опустится ниже температуры ММП, вследствие увеличения расстояния между изоляцией и эксплуатационной колонной.Figure 1 shows the temperature graph when moving the container tube to the wall of the intermediate column without an element containing Peltier thermoelectric modules. It can be seen from this graph that during well operation in summer, a positive temperature (T> 0) will go beyond the outer surface of the intermediate string, which will lead to a loss of well stability due to thawing of the permafrost. In the winter season, the negative temperature will drop below the temperature of the IMF, due to the increase in the distance between the insulation and the production casing.

Снижение температуры в зимнее время является положительным эффектом, а повышение температуры в летнее время - нежелательным. Чтобы устранить повышение температуры в летнее время, колонну оснащают элементом с корпусом 1, выполненным в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье 2.A decrease in temperature in the winter is a positive effect, and an increase in temperature in the summer is undesirable. To eliminate the increase in temperature in the summer, the column is equipped with an element with a housing 1 made in the form of a continuous cylindrical ring or its segments, inside which Peltier 2 thermoelectric modules are installed.

При установке элемента в результате эффекта Пельтье температурный график летнего периода будет иметь отрицательное значение с наружной стороны колонны, а с внутренней - положительное (фиг.2), причем из-за повышения температуры между поверхностью трубки-контейнера и модулем Пельтье будет происходить свободная или принудительная циркуляция хладагента, что является эффективным способом поддержания температуры ММП по всей длине скважины.When an element is installed as a result of the Peltier effect, the temperature graph of the summer period will have a negative value on the outside of the column, and on the inside it will be positive (figure 2), and due to an increase in temperature between the surface of the container tube and the Peltier module, free or forced refrigerant circulation, which is an effective way to maintain the temperature of the IMF along the entire length of the well.

Устройство для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах работает следующим образом.A device for thermal insulation of a well in permafrost rocks works as follows.

Элемент с корпусом 1, выполненный в виде сплошного цилиндрического кольца (фиг.3) или его сегментов (фиг.4), внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье 2, и термопарой 3 опускают с помощью токопроводящих кабелей-тросов 4 (фиг.5) в промежуточную колонну 5 (фиг.5, 6, 7) и размещают на внутренней поверхности данной колонны на глубину, где имеются зоны ММП. В зависимости от мощности ММП подбирают высоту элемента. Зоны, мощность и глубины распространения ММП определяют известными способами, например, бурением параметрических скважин с отбором керна и его последующим исследованием. Далее опускают трубки-контейнеры 6, которые заполняют циркулирующим хладагентом 7. Количество трубок-контейнеров и глубина их установки зависят от конкретных условий распространения ММП. В кольцевое пространство между эксплуатационной 8 и промежуточной 5 колоннами закачивают теплоизолирующий материал 9. Затем осуществляют процесс эксплуатации скважины.An element with a housing 1 made in the form of a continuous cylindrical ring (Fig. 3) or its segments (Fig. 4), inside which Peltier thermoelectric modules 2 are installed, and the thermocouple 3 is lowered using conductive cable cables 4 (Fig. 5) into intermediate column 5 (figure 5, 6, 7) and placed on the inner surface of the column to a depth where there are IMF zones. Depending on the power of the IMF, the height of the element is selected. Zones, thickness and depths of MMP distribution are determined by known methods, for example, by drilling parametric wells with coring and its subsequent investigation. Next, lower the tube-containers 6, which are filled with circulating refrigerant 7. The number of tube-containers and the depth of their installation depend on the specific conditions of the distribution of IMF. Heat-insulating material 9 is pumped into the annular space between production 8 and intermediate 5 columns. Then, a well operation process is carried out.

Термопара 3 (фиг.4), расположенная между промежуточной колонной 5 и элементом, фиксирует изменение температуры ММП и подает сигнал на блок управления и регистрации температуры 10, расположенный на устье скважины. С блока управления 10 через кабели-тросы 4 подается электрический ток определенной мощности к элементу с термоэлектрическими модулями Пельтье 2. Модули Пельтье 2 охлаждают корпус 1 с наружной стороны, вследствие чего происходит охлаждение ММП, и нагревают с внутренней. Трубки-контейнеры 6 с циркулирующим хладагентом 7 создают отвод тепла с горячей стороны корпуса 1, чтобы обеспечить максимальную разность температур между наружной и внутренней поверхностями элемента.Thermocouple 3 (figure 4), located between the intermediate column 5 and the element, captures the temperature change of the IMF and sends a signal to the control unit and register the temperature 10 located at the wellhead. From the control unit 10, through cables 4, an electric current of a certain power is supplied to the element with Peltier thermoelectric modules 2. Peltier modules 2 cool the housing 1 from the outside, as a result of which the IMF is cooled and heated from the inside. Tube containers 6 with circulating refrigerant 7 create heat dissipation from the hot side of the housing 1 to provide the maximum temperature difference between the outer and inner surfaces of the element.

В зимнее время элемент работает как дополнительный источник электроэнергии, так как трубки-контейнеры 6 обеспечивают необходимое охлаждение ММП. В результате разности температур между ММП и трубкой-контейнером 6 возникнет электрический ток, который поступает через кабели-тросы 4 в блок управления 10, который содержит преобразователь электрической энергии (не показан). Преобразователь электрической энергии предназначен для регулирования параметров электрической энергии, поступающей от элемента через кабели-тросы 4.In winter, the element operates as an additional source of electricity, since the tube-containers 6 provide the necessary cooling of the permafrost. As a result of the temperature difference between the IMF and the container tube 6, an electric current will arise, which flows through the cable cables 4 to the control unit 10, which contains an electric energy converter (not shown). The electric energy Converter is designed to control the parameters of the electric energy coming from the element through the cable cables 4.

Устройство для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах позволяет предотвратить образование провалов и сохранить устойчивость скважины.A device for thermal insulation of a well in permafrost rocks prevents the formation of dips and maintains the stability of the well.

Claims (1)

Устройство для теплоизоляции скважины в многолетнемерзлых породах, содержащее теплопередающие трубки-контейнеры с хладагентом, соединенные кожухом, расположенные внутри промежуточной колонны, отличающееся тем, что скважина дополнительно оснащена термопарой, блоком управления и регистрации температуры, а также элементом, состоящим из токопроводящего кабеля-троса и корпуса, выполненного в виде сплошного цилиндрического кольца или его сегментов, внутри которого установлены термоэлектрические модули Пельтье. Device for thermal insulation of a well in permafrost, containing heat transfer tubes-containers with refrigerant, connected by a casing located inside the intermediate column, characterized in that the well is additionally equipped with a thermocouple, a temperature control and recording unit, and also an element consisting of a conductive cable-cable and housing made in the form of a continuous cylindrical ring or its segments, inside of which Peltier thermoelectric modules are installed.
RU2012125732/03A 2012-06-19 2012-06-19 Device for heat insulation of wells in permanently frozen ground RU2500880C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012125732/03A RU2500880C1 (en) 2012-06-19 2012-06-19 Device for heat insulation of wells in permanently frozen ground

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012125732/03A RU2500880C1 (en) 2012-06-19 2012-06-19 Device for heat insulation of wells in permanently frozen ground

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2500880C1 true RU2500880C1 (en) 2013-12-10

Family

ID=49711096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012125732/03A RU2500880C1 (en) 2012-06-19 2012-06-19 Device for heat insulation of wells in permanently frozen ground

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2500880C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2625830C1 (en) * 2016-04-19 2017-07-19 Прасковья Леонидовна Павлова Device for wells thermal insulation in perennially frozen rocks
RU196464U1 (en) * 2019-11-26 2020-03-02 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ЭЛСЕТЕХ" Borehole THERMOELECTRIC SCREEN MODULE
RU2779073C1 (en) * 2021-09-24 2022-08-31 Публичное акционерное общество "Газпром" Method for complex thermal stabilization of permafrost rocks in the impact zones of producing wells of neocomian-jurassic deposits

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU184205A1 (en) *
SU369753A3 (en) * 1969-07-19 1973-02-08
US3763931A (en) * 1972-05-26 1973-10-09 Mc Donnell Douglas Corp Oil well permafrost stabilization system
US4693313A (en) * 1986-06-26 1987-09-15 Kawasaki Thermal Systems, Inc. Insulated wellbore casing
RU2170336C2 (en) * 1999-06-28 2001-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Надымгазпром" Process of operation of production well under conditions of expansion of rocks frozen for many years
RU2209934C1 (en) * 2002-07-15 2003-08-10 Дубина Михаил Михайлович Method of well-rocks system stabilization in cryolitic zone
RU2231595C1 (en) * 2002-10-01 2004-06-27 Мощенко Владимир Иванович Stabilizer for plastic-frozen ground used with the purpose of performing the whole-year works

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU184205A1 (en) *
SU369753A3 (en) * 1969-07-19 1973-02-08
US3763931A (en) * 1972-05-26 1973-10-09 Mc Donnell Douglas Corp Oil well permafrost stabilization system
US4693313A (en) * 1986-06-26 1987-09-15 Kawasaki Thermal Systems, Inc. Insulated wellbore casing
RU2170336C2 (en) * 1999-06-28 2001-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Надымгазпром" Process of operation of production well under conditions of expansion of rocks frozen for many years
RU2209934C1 (en) * 2002-07-15 2003-08-10 Дубина Михаил Михайлович Method of well-rocks system stabilization in cryolitic zone
RU2231595C1 (en) * 2002-10-01 2004-06-27 Мощенко Владимир Иванович Stabilizer for plastic-frozen ground used with the purpose of performing the whole-year works

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2625830C1 (en) * 2016-04-19 2017-07-19 Прасковья Леонидовна Павлова Device for wells thermal insulation in perennially frozen rocks
RU196464U1 (en) * 2019-11-26 2020-03-02 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ЭЛСЕТЕХ" Borehole THERMOELECTRIC SCREEN MODULE
RU2779073C1 (en) * 2021-09-24 2022-08-31 Публичное акционерное общество "Газпром" Method for complex thermal stabilization of permafrost rocks in the impact zones of producing wells of neocomian-jurassic deposits
RU2789556C1 (en) * 2022-07-28 2023-02-06 Общество с ограниченной отвественностью "Пермафрост" Method for preventing coalescence of thaw halos around wells in permafrost formations

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10260778B2 (en) Geothermal power plant
US9709337B2 (en) Arrangement for storing thermal energy
CA2606181C (en) Low temperature barriers for use with in situ processes
US8991488B2 (en) System and method for extracting energy
AU2019417822B2 (en) Ladder-structural gravity-assisted-heat-pipe geothermal energy recovery system without liquid-accumulation effect
US20150122453A1 (en) Geothermal loop in-ground heat exchanger for energy extraction
US20150330670A1 (en) System and method for utilizing oil and gas wells for geothermal power generation
WO2012008992A1 (en) Convection enhanced closed loop geothermal heat pump well
RU2012117487A (en) METHOD AND DEVICE FOR ALL-YEAR COOLING, FREEZING THE GROUND OF THE FOUNDATION OF THE FOUNDATION OF THE FOUNDATION AND HEAT SUPPLY OF THE STRUCTURE ON THE PERMANENTLY FROZEN SOIL IN THE CONDITIONS OF THE CRYOLITZONE
WO2020117946A1 (en) Groundwater enhanced geothermal heat pump
RU2500880C1 (en) Device for heat insulation of wells in permanently frozen ground
GB2549832A (en) Geothermal power system
RU2127356C1 (en) Method and device for thermal insulation of mouth zone of producing well in permafrost ground
CN103062856A (en) Seasonal soil rock cold or heat storage pool
RU2625830C1 (en) Device for wells thermal insulation in perennially frozen rocks
RU147446U1 (en) SEASONAL ACTING UNIT FOR COOLING ETERNAL-FROZEN SOILS OF BASES OF ENGINEERING STRUCTURES
JP2016114211A (en) Low temperature underground type reservoir and construction method of low temperature underground type reservoir
CA2942834A1 (en) Device for heat stabilization of perennial permafrost soils
WO2019000098A1 (en) One phase liquid filled thermosyphon with forced circulation
RU51637U1 (en) GEOTHERMAL HEAT PUMP SYSTEM OF HEAT SUPPLY AND COOL SUPPLY OF BUILDINGS AND STRUCTURES
RU2470114C2 (en) Thermopile for bridge supports
RU141110U1 (en) SYSTEM OF TEMPERATURE STABILIZATION OF SOILS OF BASES OF BUILDINGS AND STRUCTURES
RU2010124065A (en) PETROTHERMAL POWER PLANT AND MOUNTING INSTALLATION OF A HEAT-SELECTING SYSTEM FOR PETROTHERMAL POWER PLANT
JP2006052924A (en) Method for artificially preparing constant temperature layer in underground shallow part
Popov et al. Review of the current conditions for the application of heat pipes (thermosyphons) to stabilize the temperature of soil bases under facilities in the far North

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190620