забойный парогазогенератор

Формула изобретения

Забойный парогазогенератор, включающий каналы для ввода воздуха, топливной смеси и воды, топливную форсунку, запальный узел и камеру сгорания с выходным соплом, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен форкамерой и камерой испарения, на внутренней поверхности которой выполнены сужающие устройства с секторами сброса воды, а камера сгорания выполнена в виде двух коаксиально расположенных оболочек с возможностью перемещения относительно друг друга и образования рубашки охлаждения, при этом на наружной поверхности внутренней оболочки камеры сгорания выполнен многозаходный шнек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, генерирующим парогазовую смесь непосредственно на забое.

Известна парогазовая установка, содержащая компрессор, привод компрессора в виде двигателя внутреннего сгорания, выхлопной коллектор, устройство впрыска воды, соединенное с системой подачи воды, и выходной трубопровод установки. Вход компрессора сообщен с выхлопным коллектором двигателя и устройством впрыска воды, а выход компрессора - с выходным трубопроводом. Устройство впрыска воды может быть выполнено в виде форсунки, а установка снабжена пароперегревателем, расположенным между выходом компрессора и выходным трубопроводом. Двигатель может быть снабжен системой охлаждения, выполненной в виде замкнутого контура, включающего расширительный бачок, насос и холодильник, выполненный в виде теплообменника, патрубки подачи хладагента которого подключены к накопительной емкости. Система подачи воды может быть снабжена насосом, вход которого подключен к накопительной емкости (Патент РФ №2101479).

Недостатком установки является сложность процесса получения парогазовой смеси (на поверхности земли). Полученная таким образом парогазовая смесь при нагнетании ее в пласт требует оснащения скважины наземным паропроводом, термостойкой арматурой, теплоизолироваными трубами, термостойким пакером, что усложняет и удорожает процесс теплового воздействия на нефтяной пласт.

Известна также парогазовая установка с забойным парогазогенератором (ПГГ) (Патент США №3456721). В известной установке исходные компоненты (вода, горючее и окислитель) к парогазогенератору подают по самостоятельным трубопроводам, а в качестве горючего используются сжиженный пропан или водород. Камера сгорания парогазогенератора с внутренней стороны облицована термостойким материалом в виде металлокерамической вставки (термостойкий лайнер), которая способствует уменьшению теплоотвода из зоны горения.

Недостатками известного парогазогенератора являются:

- наличие в нем термостойкого лайнера приводит к усложнению конструкции камеры сгорания и увеличению ее наружного диаметра, что приводит к техническим и технологическим осложнениям;

- использование подобных горючих для осуществления работы парогазогенератора требует наличия в составе установки криогенной техники, что делает устройство достаточно сложным и требующим повышенных мер безопасности при эксплуатации на промысле.

Наиболее близким по технической сущности является забойный парогазогенератор, выбранный нами в качестве прототипа и состоящий из каналов для ввода воздуха, топливной смеси и воды, топливной форсунки, запального узла и камеры сгорания.

Для защиты стенки камеры сгорания от высоких температур в верхней ее части расположены тангенциальные каналы для ввода воды, имеющие наклон относительно оси устройства, а по ее длине на внутренней стенке установлен ряд секторов сброса воды. В нижней части камеры сгорания установлено выходное сопло (АС №899872).

Забойный парогазогенератор имеет следующие недостатки:

- конструкция известной топливной форсунки с запальным электроискровым узлом не обеспечивает надежный многократный запуск парогазогенератора при подаче одновременно рабочих расходов воздуха, топлива и воды;

- поступление воды непосредственно в зону горения приводит к снижению температуры в пристеночном слое, что приводит к сажеобразованию;

- устойчивость жидкой пленки можно достичь тангенциальными отверстиями достаточно малого диаметра, что в свою очередь в зависимости от качества подаваемой воды может привести к их кольматации, перегреву стенки камеры сгорания, выходу из рабочего состояния парогазогенератора.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы забойного парогазогенератора.

Поставленная цель достигается тем, что забойный парогазогенератор, включающий каналы для ввода воздуха, топливной смеси и воды, топливную форсунку, запальный узел и камеру сгорания с выходным соплом, согласно изобретению дополнительно снабжен форкамерой и камерой испарения, на внутренней поверхности которой выполнены сужающие устройства с секторами сброса воды, а камера сгорания выполнена в виде двух коаксиально расположенных оболочек с возможностью перемещения относительно друг друга и образования рубашки охлаждения, при этом на наружной поверхности внутренней оболочки камеры сгорания выполнен многозаходный шнек.

На фиг.1 изображен забойный парогазогенератор.

На фиг.2 изображена схема парогазовой установки с забойным парогазогенератором.

Забойный парогазогенератор содержит переходный отсек (1), коммутирующий систему жизнеобеспечения с соответствующими каналами парогазогенератора, форкамеру (2), снабженную запальным узлом, камеру сгорания (3) с рубашкой охлаждения, организованной между внутренней (4) и наружной (5) оболочками камеры. Внутренняя (4) и наружная (5) оболочки камеры сгорания выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга и образования камеры охлаждения. На наружной поверхности внутренней оболочки (4) выполнен многозаходный шнек (6) ввода воды в камеру испарения (7), а по ее длине на внутренней поверхности стенки установлены сужающие устройства с секторами сброса (8). В нижней части парогазогенератора установлено выходное сопло (9).

Наземное оборудование включает в себя компрессорный (11) и технологический (12) блоки, расходные емкости по воде и топливу (13), скважинную арматуру (14), трубопроводы (15), связывающие все наземные блоки, компрессорный блок - самостоятельный технологический агрегат, комплектуемый по заказу (фиг.2). Технологический блок включает в себя системы подачи топлива и воды в парогазогенератор, приборы контроля и автоматического управления процессом выработки парогазовой смеси, запорно-регулирующую арматуру и трубопроводы воды, топлива, воздуха для крепления парогазогенератора в транспортном положении; скважинного оборудования: трубопроводов подачи к парогазогенератору воздуха (16),топлива (17), воды (18), кабеля подачи напряжения к запальному устройству форкамеры и термометрии (19), парогазогенератора (20), термостойкого пакера (21).

Забойный парогазогенератор работает следующим образом.

У обрабатываемой скважины монтируется наземное оборудование (11, 12, 13, 14, 15). Парогазогенератор (20) спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах (16) и устанавливают в зоне перфорации пласта при помощи термостойкого пакера (21). В камеру сгорания ПГГ (3) по НКТ подают воздух, а по трубопроводам (17), (18) - топливо и воду. Воспламенение рабочих расходов топлива и воздуха, подаваемых в камеру сгорания (3) через форсуночную головку (10), происходит при помощи форкамеры (2), где предварительно воспламеняются пусковые расходы топлива и воздуха.

Воду по трубопроводу (18) с поверхности земли (из межтрубного пространства) подают в рубашки охлаждения, организованную между внутренней и наружной оболочками камеры сгорания, и затем через многозаходный шнек (6) в камеру испарения (7). При этом происходит нагрев воды и частичное испарение. При попадании воды на сужающее устройство с сектором сброса (8) происходит ввод воды в высокотемпературный поток продуктов сгорания, что способствует более полному испарению воды и повышению паросодержания в парогазовой смеси. Полученная таким образом парогазовая смесь поступает через сопло (9) в продуктивный пласт, прогревая его и способствуя более полному извлечению нефти из пласта. Наличие выходного сопла (9) обеспечивает надежный запуск и устойчивый режим работы ПГГ в условиях повышенного противодавления.