глубинный твердотопливный нагреватель

Формула изобретения

1. Глубинный твердотопливный нагреватель, содержащий цилиндрический топливный контейнер с решетчатым дном, которое снаружи защищено пробкой, корпус запального механизма, выполненный в виде стакана, внутри которого помещен баллон в виде цилиндра, закрытого с обоих концов пробкой с воспламеняющей смесью, узел переключения потока воздуха, состоящий из полого поршня-бойка, клапанов, образующих с поршнем-бойком каналы, стопорных элементов фиксации узла переключения потока воздуха в верхнем положении, который опускается вниз под действием груза, отличающийся тем, что цилиндрический топливный контейнер выполнен перфорированным, причем отверстия заглушены пробками, корпус запального механизма снабжен крышкой, в которой размещен узел переключения потока воздуха в виде полого поршня-бойка, имеющего боковые отверстия, клапанов, образующих с поршнем-бойком каналы, стопорных элементов фиксации поршня-бойка в верхнем положении, выполненные в виде подпружиненных штифтов, которые расположены в боковых отверстиях на внутренней поверхности крышки, снаружи корпус запального механизма снабжен радиаторными кольцами, причем корпус запального механизма имеет диаметр меньше диаметра топливного контейнера и соединен с ним посредством муфты, отверстие которой снабжено перфорированной пробкой с буртиком-резаком на ее верхней поверхности.

2. Глубинный твердотопливный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно помещен в предохранительную сетку.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к тепловой обработке призабойной зоны скважин, и может быть использовано в горнорудной промышленности.

Известно устройство для термокислотной обработки призабойной зоны скважин, включающее контейнер, заполненный магниевой стружкой и перфорированный в нижней части, трубопровод для подачи соляной кислоты с поверхности в контейнер и клапан в верхней части контейнера (авторское свидетельство СССР № 142250, МКИ E21B 43/24, 1961 г.).

Недостатком данного устройства является то, что для теплового воздействия в призабойной зоне необходимо с поверхности подавать соляную кислоту, что является опасным, а также из-за коррозии быстро выходит из строя трубопровод.

Известен глубинный твердотопливный нагреватель, который состоит из топливного контейнера в виде цилиндрического корпуса, футерованного изнутри слоем графита, наполненного брикетами древесного угля, пропитанного нефтью (патент США № 3376928, кл. 166-38, 1968 г.).

В верхней части корпуса размещается запальный механизм в виде термитного запала, приводимого в действие от батарейного электрозапальника, и реле времени. Устройство спускается в скважину на стальном тросе через лубрикатор. После срабатывания запальника древесный уголь воспламеняется и нагревает воздух, проходящий в пласт через корпус устройства.

К недостаткам этого устройства следует отнести необходимость закачки воздуха по эксплуатационной колонне, стенки которой, как правило, покрыты нефтяными отложениями с возможным содержанием пирофорных соединений. Вследствие этого, с повышением давления нагнетаемого воздуха, возрастает опасность самовозгорания и взрыва этих отложений, что делает невозможным применение этого устройства в глубоких скважинах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является глубинный твердотопливный нагреватель, который содержит топливный контейнер с решетчатым дном, которое снаружи защищено пробкой, корпус запального механизма, выполненный в виде стакана, в днище которого встроен узел переключения потока воздуха, в котором имеются канал для подачи потока воздуха в призабойную зону, клапанная пара, которая защищает запальный механизм от попадания жидкости и газа из призабойной зоны, канал для подачи запальной жидкости и воздуха в контейнер, клапанная пара, которая служит для предотвращения возможного распространения ударной волны по колонне НКТ при резком повышении давления в момент воспламенения, крышку клапана, которая служит для фиксации шарика клапанной пары. На внутренней поверхности корпуса запального механизма выполнен паз, в котором установлено стопорное кольцо, фиксирующее полый поршень в верхнем положении. На полом поршне расположен баллон с воспламеняющей смесью. Для привода нагревателя в действие в колонну НКТ сверху сбрасывают груз, в качестве которого может быть использован любой предмет массой от 0,5 кг до 1,0 кг и размером, который позволяет свободно двигаться внутри колонны НКТ и разбить баллон (патент РФ № 2299312, E21B 36/00, 2006 г.).

Однако известный глубинный твердотопливный нагреватель недостаточно безопасен и трудноконтролируем в действии.

Задачей настоящего изобретения является создание глубинного твердотопливного нагревателя, более безопасного и надежного.

Поставленная задача решается так, что в глубинном твердотопливном нагревателе, содержащем цилиндрический топливный контейнер с решетчатым дном, которое снаружи защищено пробкой, корпус запального механизма, выполненный в виде стакана, внутри которого помещен баллон в виде цилиндра, закрытого с обоих концов пробкой с воспламеняющей смесью, узел переключения потока воздуха, состоящий из полого поршня-бойка, клапанов, образующих с поршнем-бойком каналы, стопорные элементы фиксации узла переключения потока воздуха в верхнем положении, который опускается вниз под действием груза, цилиндрический топливный контейнер выполнен перфорированным, причем отверстия заглушены пробками, корпус запального механизма снабжен крышкой, в которой размещен узел переключения потока воздуха, содержащий полый поршень-боек, имеющий боковые отверстия, клапаны, образующие с поршнем-бойком каналы, стопорные элементы фиксации поршня-бойка в верхнем положении, выполненные в виде подпружиненных штифтов, которые расположены в боковых отверстиях на внутренней поверхности крышки, снаружи корпус запального механизма снабжен радиаторными кольцами, причем корпус запального механизма имеет диаметр меньше диаметра топливного контейнера и соединен с ним посредством муфты, отверстие которой снабжено перфорированной пробкой с буртиком-резаком на ее верхней поверхности.

В варианте исполнения глубинный твердотопливный нагреватель дополнительно помещен в предохранительную сетку.

На чертежах изображен общий вид нагревателя в продольном разрезе (фиг.1, 2). Положение рабочих органов соответствует моменту продува воздухом.

Глубинный твердотопливный нагреватель содержит перфорированный по боковой поверхности цилиндрический топливный контейнер (1) с решетчатым дном (2), закрытый пробкой (3), корпус запального устройства (5), выполненный в виде стакана с радиаторными кольцами по наружной поверхности (15), корпус запального устройства (5) соединен с контейнером (1) посредством муфты (12), отверстие которой снабжено перфорированной пробкой с буртиком-резаком (6). Внутри корпуса запального механизма, выполненного в виде цилиндра, закрытого с обоих концов пробкой (16), установлен баллон с воспламеняющей смесью (7), а в крышке (8) запального устройства размещен подвижный узел переключения потоков воздуха, состоящий из полого поршня-бойка (9), клапанных пар (10) и каналов (а) для потока воздуха, стопорных подпружиненных штифтов (11) (фиг.2), расположенных в боковых отверстиях на внутренней поверхности крышки (8), предназначенных для фиксации поршня-бойка в верхнем положении. Для привода нагревателя в действие в колонну НКТ сверху через лубрикатор сбрасывается груз (13), который падает на поршень-боек, опускаясь, поршень-боек пробивает верхнюю пробку(16) баллона (7) и перемещает баллон в сторону перфорированной пробки с буртиком-резаком (6), который пробивает нижнюю пробку (16) баллона. В качестве груза может быть использован любой предмет массой от 0,5 кг до 1 кг (не искрообразующий) и размером, позволяющим свободно двигаться внутри колонны НКТ и разрушить баллон (7).

В исходном положении перфорация боковой поверхности топливного контейнера (1) заглушена легкоплавкими пробками (14), решетчатое дно (2) закрыто пробкой (3) для защиты от попадания воды и грязи при спуске, а его рабочий объем заполнен твердым топливом. Полый поршень-боек (9) зафиксирован в верхнем положении в пазу крышки (8) запального устройства (5) стопорными подпружиненными штифтами (11) (фиг.2), баллон с воспламеняющей смесью (7) установлен в стакан запального устройства (5). Вся конструкция твердотопливного нагревателя может быть помещена в предохранительную сетку (4). После сборки колонны НКТ груз (13) устанавливают в патрубке лубрикатора с задвижкой в устье скважины.

Нагреватель работает следующим образом. В НКТ подают воздух, который через отверстие в полом поршне-бойке (9), клапанную пару (10) и канал (а) в крышке запального устройства попадает в призабойную зону и поглощается пластом.

Для воспламенения твердого топлива в контейнере (1) открывают задвижку лубрикатора и сбрасывают груз (13). Под действием удара груза (13) о поршень-боек(9) стопорные штифты (11) (фиг.2) раздвигаются, полый поршень-боек (9) перемещается в нижнее положение, перекрывая канал для подачи воздуха в призабойную зону и открывая подачу воздуха вовнутрь корпуса запального механизма (5), протыкает верхнюю пробку(16) баллона (7), давит на баллон и перемещает его в сторону перфорированной пробки с буртиком-резаком (6), который пробивает нижнюю пробку (16) баллона (7), тем самым обеспечивается доступ воспламеняющей смеси и воздуха к твердому топливу в рабочей полости контейнера (1), и инициируется горение твердого топлива. Поступающий воздух и продукты горения выдавливают пробку (3).

Для поддержания горения в контейнере (1) подача воздуха продолжается в течение всей обработки скважины. Для обеспечения оптимальных условий горения твердого топлива предусмотрена перфорация боковой поверхности топливного контейнера (1), которая заглушена легкоплавкими пробками (14). При достижении заданной температуры пробки расплавляются, и обеспечивается выброс избытка воздуха и продуктов сгорания в призабойную зону, тем самым предотвращается перегрев и деформация контейнере (1).

Размещение узла переключения потоков воздуха в крышке запального механизма исключает попадание кислоты на движущиеся детали и клапанную пару в процессе работы.

Для предотвращения при спуске искрообразования и защиты от прорыва открытого пламени в пласт вся конструкция твердотопливного нагревателя может быть помещена в предохранительную сетку (4).

Затрубное пространство изолировано от призабойной зоны пакером, установленным на уровне кровли пласта. Для исключения перегрева резиновых вставок пакера он защищен радиаторными кольцами (15) на наружной поверхности стакана запального устройства (5).

Нагреватель предназначен для работы на глубинах до 2500 м и может быть использован на преобладающем большинстве существующих нефтяных скважин для повышения нефтеотдачи глубокозалегающих пластов.