установка для приготовления и нагнетания инертных газовых смесей

Формула изобретения

Установка для приготовления и нагнетания инертных газовых смесей, в частности азотно-воздушных смесей, включающая транспортную базу с двигателем внутреннего сгорания, снабженным выхлопным патрубком, платформу с размещенным на ней блоком приготовления и нагнетания азотно-воздушной смеси и нагнетательный трубопровод, отличающаяся тем, что она снабжена эжектором и дополнительным трубопроводом, один конец которого через первую задвижку соединен с указанным выхлопным патрубком, а другой конец сообщен с полостью эжекторного устройства, соединенного с нагнетательным трубопроводом, причем перед вводом этого трубопровода в указанную полость установлена вторая задвижка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, а также может быть использовано при ремонте нефтепромыслового оборудования.

В частности, оно может найти применение при выполнении ряда технологических внутрискважинных операций (вызов притока флюида опорожнением при освоении скважин, опрессовка трубопроводов и оборудования, испытание эксплуатационных колонн на герметичность понижением уровня, цементирование с использованием пеноцементов, вскрытие продуктивных пластов с использованием газожидкостных смесей, пенокислотная обработка призабойной зоны и др.), а также при т.н. "огневых" работах при ремонте нефте- и газопроводов, резервуаров и т. п. в среде инертных газов (сварка, газовая резка, зачистные работы и т.п. ).

Оборудование для приготовления и нагнетания инертных газовых смесей, в частности азота или более точно азотно-воздушных смесей, содержащих 88 - 97% азота, применяется по всему миру в нефтегазовой промышленности более тридцати лет и показало хорошие результаты при выполнении указанных технологических операций.

Использование инертных газовых смесей на нефтяных и газовых месторождениях (в частности, азотно-газовых смесей) имеет основной недостаток, заключающийся в том, что азот приходится транспортировать в жидком виде при температуре -195,6^oC, затем перекачивать при давлении до 10,5 МПа/см² и выше и нагревать до температуры около +22^oC, превращая в газ. Применявшийся в недавнем прошлом нагрев с использованием открытого пламени около нефтяных и газовых скважин представлял собой рискованную операцию вследствие возможности возникновения пожара. Известна установка для нагнетания азота, использующая для испарения жидкого азота тепло двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, на котором смонтирована установка, что позволяет избежать использования открытого пламени (см. каталог фирмы Stewart & Stevenson Inc. (США) за 1993 г, стр. 2754 - установка марки Model NC-181 - Приложение I).

Эта установка включает транспортное средство (автомобиль или трейлер), резервуар с жидким азотом, устройство для преобразования жидкого азота в газообразное состояние, включающее систему подвода тепла от транспортного двигателя автомобиля, дополнительный насос для нагнетания газообразного азота. Недостатком этой установки является ее сложность (наличие указанного устройства для преобразования жидкого азота в газообразное состояние, наличие дополнительного насоса для нагнетания газообразного азота, опасность работы с жидким азотом (требуются специальные костюмы для операторов), необходимость в сети заправочных станций жидким азотом и пр.

Известна также некриогенная установка для приготовления и нагнетания газообразных азотно-воздушных смесей, применяющая т.н. "мембранную" технологию для приготовления азотно-воздушной смеси из атмосферного воздуха (см. каталог фирмы Stewart & Stevenson Inc. (США) за 1993 г., стр. 2755 - установка Model NT96HPM - Приложение II).

Эта установка включает транспортную базу (автомобиль или трейлер) с двигателем внутреннего сгорания. На платформе транспортной базы размещен блок приготовления и нагнетания газообразной азотно-воздушной смеси, снабженный нагнетательным трубопроводом. Указанный блок не является объектом настоящего предполагаемого изобретения. Он содержит воздушный компрессор низкого давления с системой привода, мембранный аппарат, соединенный с этим компрессором и служащий для сепарации воздуха, и дожимной компрессор, сообщенный с напорным трубопроводом.

В процессе работы установки "мембранная" технология позволяет получать взрывопожаробезопасную азотно-воздушную смесь с содержанием азота на выходе от 95 до 99,9% и через нагнетательный трубопровод подавать его к объекту потребления под требуемым давлением. Это техническое решение может быть принято за прототип заявляемой установки.

На блок приготовления и нагнетания азотно-воздушных смесей ЗАО "Бустер-Ранко" была подана заявка N 95108952/06, по которой ВНИИГПЭ вынес 05.06.96 г. решение о выдаче патента на изобретение.

В значительной степени устраняя указанные выше недостатки, присущие установкам, работающим на жидком азоте, установки, работающие по "мембранной" технологии, в свою очередь имеют недостаток, заключающийся в том, что производительность такой установки напрямую зависит от производительности блока приготовления и нагнетания азотно-воздушной смеси, и без увеличения производительности этого блока (что связано с увеличением габаритов и массы установки) невозможно повысить производительность установки в целом, что необходимо для проведения ремонтных "огневых" работ.

Так, разработанная ЗАО "Бустер-Ранко" на основе указанной заявки N 95108952/06 установка марки УБНКА-9/160 обеспечивает подачу азотно-воздушной смеси до 9 м³/мин при рабочем давлении до 1,5 МПа. Для проведения же ремонтных "огневых" работ требуется в два раза большая производительность.

В связи с изложенным основной технической задачей, на решение которой направлено настоящее предполагаемое изобретение, является повышение производительности установки в целом без повышения производительности блока приготовления и нагнетания азотно-воздушной смеси и т.о. расширение технологических возможностей установки при улучшении экологических условий на месте работы установки.

Для решения поставленной технической задачи заявляемая установка для приготовления и нагнетания инертных газовых смесей включает транспортную базу (например, автомобиль или трейлер) с двигателем внутреннего сгорания, снабженным выхлопным патрубком, платформу с размещенным на ней блоком приготовления и нагнетания азотно-воздушной смеси и нагнетательный трубопровод.

Характерной особенностью установки является то, что она снабжена дополнительным трубопроводом, один конец которого через первую задвижку соединен с указанным выхлопным патрубком, а другой конец сообщен с полостью эжекторного устройства, соединенного с нагнетательным трубопроводом, причем перед вводом этого трубопровода в указанную полость установлена вторая задвижка.

Такое выполнение позволяет повысить производительность установки в целом за счет поступления в результате эжекторного эффекта в нагнетательный трубопровод выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания транспортной базы, смешивающихся с азотно-воздушной смесью, получаемой в результате работы блока приготовления и нагнетания азотно-воздушной смеси.

Таким образом, технический результат, получаемый в результате указанного выше выполнения установки, заключается в повышении ее производительности в целом без необходимости повышения производительности блока приготовления и нагнетания азотно-воздушных смесей и, таким образом, в расширении технологических возможностей установки.

Дополнительно к этому положительным качеством предложенного технического решения является то, что выхлопные газы двигателя транспортной базы не загрязняют атмосферный воздух на месте работы. Вместе с тем достоинством заявляемого технического решения является сохранение пожаровзрывобезопасных условий при выполнении "огневых" работ в среде инертных газовых смесей.

Азотно-воздушная среда, создаваемая в результате работы блока приготовления и нагнетания азотно-воздушных смесей, содержит менее 3% кислорода, а выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания - от 4% для карбюраторных двигателей до 11% для дизельных двигателей. Содержание кислорода в смеси газообразного азота и выхлопных газов не превышает 8%, что обеспечивает полную пожаровзрывобезопаность при выполнении указанных "огневых" работ. Производительность же установки за счет введения в общий поток выхлопных газов возрастает более чем в 2 раза.

В дальнейшем настоящее предполагаемое изобретение поясняется примером его выполнения, схематически изображенном на прилагаемых чертежах, на которых

фиг. 1 - общий вид установки для приготовления и нагнетания в скважину инертных газовых смесей в соответствии с настоящим предполагаемым изобретением;

фиг. 2 - выносной элемент А фиг. 1, показывающий эжекторное устройство установки в увеличенном масштабе.

Установка для приготовления и нагнетания в скважину инертных газовых смесей (в частности, азотно-воздушных смесей) включает транспортную базу 1 (фиг. 1), например грузовой автомобиль или трейлер, с двигателем внутреннего сгорания 2, снабженным выхлопным патрубком 3. Транспортная база 1 имеет платформу 4, на которой смонтирован блок 5 приготовления и нагнетания азотно-газовых смесей. Конструкция этого блока хорошо известна из прототипа (а также подробно описана в указанной выше заявке ЗАО "Бустер-Ранко") и не рассматривается, т. к. она не является объектом настоящего предполагаемого изобретения. В результате работы блока 5 получают азотно-газовую смесь, содержащую около 95 - 99,9% азота. Блок 5 сообщен с нагнетательным трубопроводом 6, который через задвижку 7 посредством ответвления 8 сообщен с бустерной установкой (не показана), служащей для повышения давления азотно-воздушной смеси при направлении последней для выполнения указанных внутрискважинных операций. Через задвижку 9 нагнетательный трубопровод 6 соединен с эжекторным устройством (фиг. 1, 2), включающим полый цилиндрический корпус 10 (фиг. 2) с размещенным в нем рабочим соплом 12. Полость корпуса 11 сообщена с конфузором 13, смесительной камерой 14, диффузором 15 и ответвлением 16 нагнетательного трубопровода 6, предназначенным для подачи инертной газовой смеси к потребителю (например, для выполнения "огневых" работ).

Установка снабжена дополнительным трубопроводом 17, один конец которого через задвижку 18 соединен с выхлопным патрубком 3, а другой конец сообщен с полостью корпуса 11 эжекторного устройства, соединенного с нагнетательным трубопроводом 6. Выхлопной патрубок снабжен задвижкой 19.

Работа заявляемой установки осуществляется следующим образом.

При работе двигателя 2 (в описываемом варианте - это двигатель автомобиля; однако существо изобретения не изменится, если блок 5 будет приводиться от палубного двигателя внутреннего сгорания, размещенного на платформе 4) блок 5 вырабатывает азотно-воздушную смесь с содержанием азота 95 - 99,9% и подает ее через нагнетательный трубопровод 6 и задвижку 7 к бустерной установке (не показана), откуда она направляется для выполнения внутрискважинных операций. При этом задвижки 9 и 18 закрыты, а задвижка 19 открыта.

При необходимости выполнения работ, требующих высокого расхода инертных газов, например указанных выше "огневых" работ в среде инертных газовых смесей (когда нужна большая производительность установки при относительно низком давлении), закрывают задвижки 7 и 19 и открывают задвижки 9 и 18. При этом струя вырабатываемой блоком 5 азотно-воздушной смеси, вырываясь из рабочего сопла 12 эжекторного устройства, создает в его полости 11 разрежение, благодаря чему через отдельный трубопровод 17 в указанную полость устремляется поток выхлопных газов от работающего двигателя 2. Этот поток является инертной газовой смесью.

В смесительной камере потоки азотно-воздушной смеси и выхлопных газов смешиваются, образуя общий поток инертной газовой смеси, который по ответвлению 16 напорного трубопровода 6 направляется к объекту потребления для выполнения требуемой технологической операции (например, для выполнения сварки в инертной среде при ремонте трубопровода и т.д.).

Возможность осуществления изобретения доказывается отечественной и зарубежной практикой использования в нефтегазодобывающей промышленности установок, вырабатывающих азотно-воздушные смеси по "мембранной" технологии.

Технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемой установки, могут быть реализованы с помощью средств, используемых в различных областях техники (эжекторные устройства, задвижки для трубопроводов, собственно трубопроводы). Отличительные признаки, отраженные в формуле изобретения, необходимы для осуществления предполагаемого изобретения и достаточны, поскольку обеспечивают решение поставленной задачи - повышение производительности установки в целом без повышения производительности блока приготовления и нагнетания азотно-воздушных газовых смесей, а также для получения дополнительного преимущества - при работе установки не происходит загрязнения атмосферного воздуха выхлопными газами работающего двигателя транспортной базы, что улучшает экологическую обстановку на месте работы сравнительно с известными техническими решениями.