RU2633983C1

RU2633983C1 - Submersible well generator of gas-steam mixture

Info

Publication number: RU2633983C1
Application number: RU2016114923A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Щелоков; Семен Юрьевич Коротин; Юрий Петрович Коротин
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2017-10-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: submerged generator of the gas-vapour mixture consisting of a burner, a combustion chamber, a mixing chamber which is a Venturi tube with nozzles for spraying water, hoses for supply of air, fuel and water is characterised in that the walls of the combustion chamber and the initial section of the mixing chamber have a spiral channel, into which water under high pressure is supplied from the surface, wherein in the walls of the spiral channel there are inlet openings of the nozzles outgoing into the initial section of the mixing chamber at an angle to its internal surface.

EFFECT: providing reliable operation of the gas-steam mixture generator submersed in the well, low heat losses in the technological process.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и может быть применено для генерирования газопаровой смеси с целью термической обработки скважин в нефтедобывающей промышленности.The invention relates to the field of industrial power engineering and can be used to generate a gas-vapor mixture for the purpose of heat treatment of wells in the oil industry.

Известны установки для термической обработки скважин с закачиванием в скважину пара, вырабатываемого паропроизводящей установкой, находящейся на поверхности. Таковыми являются, например, серийно выпускаемые модификации паропромысловой установки типа ППУА-1600/100. Установка представляет собой паровой водотрубный котел со вспомогательными механизмами, размещенными на шасси грузового автомобиля. Достоинством прогрева паром, по сравнению с прочими (погружным электронагревателем, горелкой и т.п.), является высокая эффективность прогрева, т.к. радиус прогреваемой зоны пласта, прилегающей к скважине, легко доводится до 10-20 м. Однако с увеличением глубины скважины значительно возрастают тепловые потери в процессе подачи пара от устья к забою, что приводит к существенному перерасходу топлива. Создание погружного в скважину парогенератора с целью устранения данного недостатка ограничено значительными габаритами паропроизводящей установки на требуемую мощность, что неприемлемо с точки зрения помещения парогенератора непосредственно в скважину.Known installation for heat treatment of wells with the injection into the well of steam generated by the steam generating installation located on the surface. Such, for example, are commercially available modifications of a steam-field installation of the type PPUA-1600/100. The installation is a steam water tube boiler with auxiliary mechanisms located on the truck chassis. The advantage of heating with steam, in comparison with others (a submersible electric heater, burner, etc.), is its high heating efficiency, as the radius of the heated zone of the formation adjacent to the well can easily be increased to 10-20 m. However, with an increase in the depth of the well, heat losses during the supply of steam from the wellhead to the bottom significantly increase, which leads to a significant consumption of fuel. The creation of a submersible steam generator in order to eliminate this drawback is limited by the significant dimensions of the steam generating unit at the required power, which is unacceptable from the point of view of placing the steam generator directly into the well.

Прототипом изобретения является парогенератор (Патент РФ 2396485), состоящий из корпуса, заполненного водой, содержащего в себе камеру сгорания и устройство впрыска воды, выполненного в виде водяного сопла, расположенного на оси камеры сгорания, а также камеры смешения, предназначенной для приема дымовых газов из камеры сгорания, представляющей собой трубу Вентури. В данном парогенераторе тонко распыленная при помощи форсунки вода испаряется в камере смешения, в результате чего образуется газопаровая смесь. Вода в корпусе, с целью минимизации его металлоемкости при обеспечении требуемой прочности, находится под малым давлением, затем при помощи насоса давление воды повышается до необходимого для впрыска в камеру смешения. Недостатком указанной конструкции является то, что при использовании ее в качестве погружного генератора газопаровой смеси не обеспечивается надежная работа электродвигателя насоса в скважине, заполненной паром.The prototype of the invention is a steam generator (RF Patent 2396485), consisting of a housing filled with water, containing a combustion chamber and a water injection device made in the form of a water nozzle located on the axis of the combustion chamber, as well as a mixing chamber designed to receive flue gases from combustion chamber, which is a venturi pipe. In this steam generator, water finely atomized by means of a nozzle evaporates in the mixing chamber, as a result of which a gas-vapor mixture is formed. Water in the housing, in order to minimize its metal consumption while ensuring the required strength, is under low pressure, then with the help of a pump the water pressure rises to the level necessary for injection into the mixing chamber. The disadvantage of this design is that when using it as a submersible generator of a gas-vapor mixture, reliable operation of the pump motor in a well filled with steam is not ensured.

Техническим результатом изобретения является обеспечение надежного функционирования генератора газопаровой смеси, погруженного в скважину, низкие теплопотери в технологическом процессе.The technical result of the invention is to ensure reliable operation of the gas-vapor mixture generator submerged in the well, low heat loss in the process.

Технический результат достигается за счет того, что погружной генератор газопаровой смеси, состоящий из горелки, камеры сгорания, камеры смешения, представляющей собой трубу Вентури с соплами для распыливания воды, шлангов подачи воздуха, топлива и воды, причем стенки камеры сгорания и начального участка камеры смешения имеют спиральный канал, в который с поверхности подают воду под высоким давлением, причем в стенках спирального канала расположены входные отверстия сопел, выходящих в начальный участок камеры смешения под углом к его внутренней поверхности.The technical result is achieved due to the fact that the submersible gas-vapor mixture generator, consisting of a burner, a combustion chamber, a mixing chamber, which is a venturi pipe with nozzles for spraying water, air, fuel and water hoses, the walls of the combustion chamber and the initial section of the mixing chamber have a spiral channel into which water is supplied from the surface under high pressure, and in the walls of the spiral channel there are inlet openings of nozzles extending into the initial section of the mixing chamber at an angle to its morning surface.

Новизна изобретения заключается в том, что генератор газопаровой смеси имеет камеру сгорания с горелкой, расположенной на одной оси с камерой смешения, выполненную таким образом, что ее стенка состоит из внутреннего корпуса со спиралевидной канавкой и втулки, равно как и стенка цилиндрической части камеры смешения; стенки канавки на внутреннем корпусе и втулки образуют канал течения воды под высоким давлением, которая затем впрыскивается в продукты сгорания в цилиндрической части камеры смешения через сопла. Предвпрысковый нагрев воды под высоким давлением, выполненный по указанной схеме, принят в связи с тем, что непосредственно на погружаемом в скважину аппарате установка водяного насоса неприемлема. Парогенератор, предназначенный для спуска в скважину, снабжается с поверхности по гибким шлангам сжатым воздухом от компрессора, топливом и водой, от топливного и водяного насосов соответственно.The novelty of the invention lies in the fact that the gas-vapor mixture generator has a combustion chamber with a burner located on the same axis as the mixing chamber, made in such a way that its wall consists of an inner casing with a spiral groove and a sleeve, as well as the wall of the cylindrical part of the mixing chamber; the walls of the grooves on the inner casing and the bushings form a high-pressure water flow channel, which is then injected into the combustion products in the cylindrical part of the mixing chamber through nozzles. The pre-injection heating of water under high pressure, performed according to the indicated scheme, was adopted due to the fact that the installation of a water pump is not acceptable directly on the device immersed in the well. The steam generator intended for descent into the well is supplied from the surface through flexible hoses with compressed air from the compressor, fuel and water, from the fuel and water pumps, respectively.

Схема погружного генератора газопаровой смеси представлена на фиг. 1. Передвижная установка с погружным генератором монтируется на шасси грузового автомобиля; в кузове автомобиля размещены воздушный компрессор, водяной насос, бак с водой, запас топлива (дизельного, мазута, сжатого или сжиженного природного газа) с оборудованием для его подачи на горелку погружного генератора, катушки со шлангами для подачи воздуха, воды и топлива к погружному генератору. Погружной генератор газопаровой смеси состоит из горелки 1, имеющей форсунку 2 для впрыска топлива, запальное устройство 3 и форкамеру 4 для устойчивого поджигания топливо-воздушной смеси; камеры сгорания 5; камеры смешения 6. Камера сгорания имеет форму цилиндра, переходящего в усеченный конус, камера смешения состоит из цилиндрической части малого сечения, конической части и цилиндрической части большого сечения. В цилиндрической части малого сечения камеры смешения расположены сопла 7 для распыления воды. Вода подается по спиральному каналу 8, образованному проточкой на внутреннем корпусе 9 и втулкой 10. Проточка имеет начальный и конечный тупиковый участок; непосредственно за начальным участком располагается канал от присоединительного штуцера 11. Конический участок камеры смешения стыкуется с цилиндрическим участком малого сечения посредством резьбового соединения. Агрегат спускается в скважину при помощи установленной на автомобиле лебедки, на которую намотан жгут шлангов (воздуха 12, воды 13, топлива 14). Для предотвращения застревания агрегата в скважине при значительном сопротивлении его продвижению при спуске снизу может быть подвешен груз 15.A diagram of a submersible gas-vapor mixture generator is shown in FIG. 1. A mobile unit with a submersible generator is mounted on a truck chassis; in the car body there is an air compressor, a water pump, a water tank, a fuel supply (diesel, fuel oil, compressed or liquefied natural gas) with equipment for supplying it to the burner of the submersible generator, coils with hoses for supplying air, water and fuel to the submersible generator . Submersible gas-vapor mixture generator consists of a burner 1 having a nozzle 2 for fuel injection, an ignition device 3 and a pre-chamber 4 for stable ignition of the fuel-air mixture; combustion chamber 5; mixing chamber 6. The combustion chamber has the shape of a cylinder turning into a truncated cone, the mixing chamber consists of a cylindrical part of a small section, a conical part and a cylindrical part of a large section. In the cylindrical part of the small section of the mixing chamber are nozzles 7 for spraying water. Water is supplied through a spiral channel 8 formed by a groove on the inner case 9 and a sleeve 10. The groove has an initial and final dead end section; just beyond the initial section, there is a channel from the connecting fitting 11. The conical section of the mixing chamber is joined to the cylindrical section of a small section by means of a threaded connection. The unit is lowered into the well by means of a winch installed on the car, on which a hose bundle (air 12, water 13, fuel 14) is wound. To prevent the unit from getting stuck in the well with significant resistance to its movement during lowering, a load 15 can be suspended.

Погружной генератор газопаровой смеси для термической обработки скважин работает следующим образом. В горелку 1, расположенную в торце камеры сгорания 5, с поверхности подается сжатый воздух и топливо, по шлангам воздуха 12 и топлива 14 соответственно. Топливо распыляется в форкамере 4 посредством форсунки 2 и смешивается с воздухом. Производится розжиг горелки при помощи электрического запального устройства 3. В цилиндрической части камеры сгорания происходит сгорание топливовоздушной смеси под избыточным давлением. В конической части камеры сгорания, образующей сужающуюся часть трубы Вентури, происходит разгон дымовых газов (продуктов сгорания) и снижение давления потока. Затем дымовые газы попадают в цилиндрическую часть узкого сечения камеры смешения 6. На этом участке происходит впрыск распыленной воды, подводимой к соплам 7 по спиральному каналу 8 и разогретой за счет теплоотвода от нагретых стенок камеры сгорания. Мелко распыленная вода начинает испаряться, образуются струи пароводяной смеси, которые окончательно смешиваются с дымовыми газами в конической части камеры смешения, являющейся зоной вскипания впрыскиваемой воды, роста давления за счет вскипания воды и компенсации затрат энергии на парообразование (расширяющаяся часть трубы Вентури). Температура газопаровой смеси и ее давление может регулироваться путем изменения расхода впрыскиваемой воды.Submersible gas-vapor mixture for heat treatment of wells works as follows. In the burner 1, located at the end of the combustion chamber 5, compressed air and fuel are supplied from the surface via air hoses 12 and fuel 14, respectively. Fuel is sprayed in the prechamber 4 by means of a nozzle 2 and mixed with air. The burner is ignited using an electric firing device 3. In the cylindrical part of the combustion chamber, the air-fuel mixture is burned under excessive pressure. In the conical part of the combustion chamber, which forms the tapering part of the venturi, acceleration of flue gases (combustion products) and a decrease in flow pressure occur. Then the flue gases enter the cylindrical part of the narrow section of the mixing chamber 6. At this point, sprayed water is injected, supplied to the nozzles 7 through a spiral channel 8 and heated by heat removal from the heated walls of the combustion chamber. Finely sprayed water begins to evaporate, jets of steam-water mixture are formed, which are finally mixed with flue gases in the conical part of the mixing chamber, which is the zone of boiling of the injected water, pressure increase due to boiling of water and compensation of energy costs for vaporization (expanding part of the venturi). The temperature of the gas-vapor mixture and its pressure can be controlled by changing the flow rate of the injected water.

Расположение водяных сопел 7 под углом к поверхности стенки цилиндрической части камеры смешения позволяет максимально использовать энергию потока образующегося пара и значительно увеличить кинетическую энергию потока продуктов сгорания.The location of the water nozzles 7 at an angle to the wall surface of the cylindrical part of the mixing chamber allows you to maximize the use of the energy flow of the generated steam and significantly increase the kinetic energy of the flow of combustion products.

Электропроводка запального устройства 3 и линий от датчиков, расположенных на погружном генераторе газопаровой смеси, прокладываются внутри шланга подачи воздуха 12, что позволяет снизить агрессивное воздействие газопаровой смеси в скважине на электрическую изоляцию проводки.The wiring of the ignition device 3 and lines from sensors located on the submersible gas-vapor mixture generator are laid inside the air supply hose 12, which reduces the aggressive effect of the gas-vapor mixture in the well on the electrical insulation of the wiring.

Для очистки водяного канала втулка корпуса генератора газопаровой смеси снимается с внутренней части корпуса, при этом расширяющаяся часть камеры смешения предварительно отсоединяется.To clean the water channel, the sleeve of the gas-vapor mixture generator housing is removed from the inside of the housing, while the expanding part of the mixing chamber is previously disconnected.

Конструкция генератора газопаровой смеси допускает его эксплуатацию в вертикальных и наклонных скважинах. Благодаря массивной конструкции корпуса генератор стоек к жестким механическим воздействиям.The design of the gas-vapor mixture generator allows its operation in vertical and deviated wells. Due to the massive design of the housing, the generator is resistant to harsh mechanical stress.

Claims

Submersible gas-vapor mixture generator, consisting of a burner, a combustion chamber, a mixing chamber, which is a venturi pipe with nozzles for spraying water, air, fuel and water hoses, characterized in that the walls of the combustion chamber and the initial section of the mixing chamber have a spiral channel, which from the surface serves water under high pressure, and in the walls of the spiral channel are the inlet openings of the nozzles that exit into the initial section of the mixing chamber at an angle to its inner surface.