СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРОГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F23D21/00 E21B43/24 

Изобретение относится к газонефтедобывающей промышленности и может быть использовано в энергоустановках для термодинамического воздействия на пласт с целью интенсификации добычи нефти или для очистки трубопроводов и емкостей от различных отложений, а также в других различных отраслях промышленности, где в технологических процессах используется пароазот с заданным расходом, давлением и температурой.

Известен способ получения парогаза, основанный на сжигании водорастворимого горючего, в котором для снижения себестоимости добычи нефти, используют жидкие смеси водорастворимого горючего с практически чистым кислородом. В качестве водорастворимого горючего используют "сахара" - мелассу, экстракт сахарной свеклы, "алкоголи" метанол, этанол, пропанол, изопропанол и их смеси, которые при контакте с чистым кислородом самовоспламеняются в условиях забоя скважины.

Известно нагревательное устройство для скважин, содержащее парогазогенератор с камерой сгорания и топливными форсунками, систему поджига с кабелем, источник разогрева элементов конструкции камеры сгорания.

Недостатком данного способа является относительная высокая стоимость получения парогаза, что вызвано использованием дорогих исходных продуктов.

Недостатком устройства является отсутствие подвода тепла в процессе запуска, который необходим для обеспечения экзотермического разложения топлива.

Техническим результатом является упрощение технологии обработки скважин экологически чистым парогазом, снижение стоимости получения парогаза за счет использования дешевых, легкодоступных исходных компонентов, а также расширение арсенала технических средств при получении парогаза, используемого в технологических процессах нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности.

Технический результат достигается тем, что, в предлагаемом способе получения парогаза в качестве топлива используют нитрат аммония и аммиак, которые растворяют в воде и полученное топливо подают на поверхности конструкции, нагретые до температуры, обеспечивающей экзотермическое разложение топлива, которое в процессе работы вытесняют, а затем и замещают водой. Причем топливо может готовиться как непосредственно на месте эксплуатации, так и на специализированном заводе.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит топливную емкость, систему подачи воды, трубопроводы с запорной и регулирующей арматурой, насосы, полости камеры сгорания сообщены со стороны входа через насос с топливной емкостью, заполненной водным раствором нитрата аммония и аммиака, и с системой подачи воды, а со стороны выхода через дросселирующий элемент с потребителем парогаза. При этом источник разогрева элементов конструкции выполнены в виде электрической спирали, установленной на внутренней поверхности корпуса камеры сгорания и соединенной с токонесущим кабелем, а топливные форсунки располагают внутри спирали. Для случая расположения парогазогенератора в скважине парогазогенератор размещен в трубопроводе подвода топлива, полость которого отделена от полостей входа и выхода парогазогенератора соответственно обратным клапаном и уплотнительным элементом, а от окружающей среды заглушкой.

Предложенный способ получения парогаза реализуется следующим образом.

Топливо получают путем растворения нитрата аммония и аммиака в воде, а затем полученное топливо подают на поверхности, разогретые до температуры обеспечивающей его экзотермическое разложение (до температуры самовоспламенения топлива).

При завершении обработки скважины или другого объекта топливо вытесняют, замещают водой.

Самовоспламенение водных растворов нитрата аммония и аммиака обусловлено главным образом свойствами аммиака, как наиболее горючего из компонентов смеси.

Температура самовоспламенения аммиака с кислородом воздуха в присутствии металлического катализатора составляет 651^oC, а в отсутствии катализатора 850^oC.

Воспламеняемость растворов в нормальных условиях обеспечивается при наличии в нем аммиака в пределах от 15 до 28% (источник тот же).

Следует отметить, что обеспечение температуры самовоспламенения растворов вследствие дополнительных затрат энергии на подогрев и испарение ингредиентов смеси потребует разогрева элементов конструкции парогазогенератора и среды в нем до температуры несколько выше 651^oC и выше 850^oC в отсутствии катализатора.

Конкретная температура разогрева определяется расчетным путем, исходя из состава топлива, его расхода и теплоемкости элементов конструкции.

Продукты экзотермического разложения топлива экологически чистые и состоят в основном из паров воды и азота.

Для прекращения реакции разложения, промывки и охлаждения элементов конструкции установки топливо вытесняется водой.

Существо изобретения представлено чертежами, где на фиг. 1 представлена схема устройства, позволяющего реализовать предложенный способ получения парогаза; на фиг. 2 вариант установки со скважинным расположением парогазогенератора в трубопроводе подвода топлива.

Устройство включает в себя парогазогенератор 1 с источником разогрева элементов конструкции 2. Вход в парогазогенератор соединен трубопроводом 3 через насос 4 и пускоотсечные клапаны 5, 6 с топливной емкостью 7, заполненной раствором нитрата аммония и аммиака в воде, и с системой подачи воды 8. Выход из парогазогенератора сообщен с потребителем парогаза через дросселирующий элемент 9.

В качестве источника разогрева элементов конструкции 2 могут использоваться:
элементы нагреваемые электрически;
нагревание от пороховой шашки с пиротехническим или другим (например, ударным) воспламенением;
воспламенение от электрической искры двухкомпонентного топлива и другие.

В варианте установки со скважинным расположением /фиг. 2/ парогазогенератор размещен в трубопроводе 3 подвода топлива.

При этом внутренняя полость трубопровода 3 отделена от полости входа в парогазогенератор обратным клапаном 10, а от выхода уплотнительным элементом 11. Для защиты внутренних полостей парогазогенератора 1 и трубопровода 3 от окружающей среды 12 на торце трубопровода 3 установлена заглушка 13.

Конструктивно парогазогенератор выполнен с элементами камеры сгорания, нагреваемые электрически.

В качестве нагреваемого элемента применения электрическая спираль 14, которая может быть выполнена как изолированной от корпуса, так и контактирующей с ним.

На фиг. 2 приведен парогазогенератор для скважинного размещения, у которого камера сгорания выполнена в виде электрической спирали 14, контактирующей контактом 17 с корпусом 16.

В этом случае используется грузонесущий кабель 15, который одной фазой соединен со спиралью 14.

Свободный конец спирали 14 электрически контактом 17 соединен с корпусом 16, который в свою очередь имеет электрический контакт 18 с трубопроводом 3.

Электрический контакт 18 образуется при опускании парогазогенератора 1 в трубопровод 3 на грузонесущим кабеле 15, при этом трубопровод 3 заземлен.

Парогазогенератор 1 для наземного размещения может быть выполнен с электрической спиралью 14, изолированной от корпуса 16, при этом начало и конец спирали 14 непосредственно соединяются с кабелем 15.

В случае использования спирали 14 с контактом 17 на корпусе 16, вторая фаза кабеля 15 ("земля") соединяется с корпусом 16, который в целях безопасности должен быть изолирован диэлектрическими от других элементов парогазогенератора 1.

В общем случае принцип работы установки заключается в следующем.

Для запуска установки подготовленным раствором нитрата аммония и аммиака в воде заполняют топливную емкость 6 и подают команду на разогрев элементов конструкции 2 (в данном случае электрическую спираль 14).

Затем подают команду на открытие клапана 5 и включение насоса 4. Топливо поступает по трубопроводу 3 на вход в парогазогенератор 1.

Распыленное форсунками 19 топливо попадает на разогретые поверхности и самовоспламеняется. Топливные форсунки 12 расположены внутри спирали 14 для того, чтобы обратные токи распыленного топлива гарантировано находились в разогретой зоне.

Полученный парогаз через дросселирующее устройство 9 поступает к потребителю. Дросселирующее устройство 9 служит для создания противодавления, обеспечивающего постоянный режим работы парогазогенератора при различных гидравлических характеристиках потребителя.

После выхода установки на установившийся режим, подогрев элементов конструкции прекращается.

Для остановки клапан 5 подачи топлива закрывают, а клапан 6 подачи воды из системы 8 открывается.

Вода вытесняет топливо из насоса 4, трубопровода 3, обеспечивая его полное использование, и попадая на разогретые поверхности охлаждает конструкцию парогазогенератора, прекращая выработку парогаза.

При скважинном расположении парогазогенератора перед запуском проводят следующий объем работ.

Трубопровод 3 (труба НКТ) подвода топлива к парогазогенератору 1 с установленной на торце заглушкой 13 опускают в скважину (фиг. 2). Заглушка 13 предохраняет внутренние полости трубопровода 3 от попадания в них скважинной жидкости 12.

Парогазогенератор 1 опускают в трубопровод 3 на грузонесущем кабеле 15, который соединен с электрической спиралью 14. В случае использования одножильного кабеля, спираль 14 соединена с токопроводящим корпусом 16.

Парогазогенератор опускают до упора в наконечник трубопровода 3, с которым образуется электрический контакт 18. Трубопровод 3 в этом случае заземлен.

Установка подготовлена к запуску.

Глубина погружения парогазогенератора может быть различной, поэтому подобрать обратный клапан 10, удовлетворяющий всем условиям эксплуатации невозможно. Принят обратный клапан 10 с постоянным перепадом давления.

При запуске подается электрическое напряжение по кабелю 15 для нагрева спирали 14, включается насос 4 подачи топлива по трубопроводу 3 к парогазогенератору.

По мере заполнения трубопровода 3 топливом давления растет и обратный клапан 10 открывается, первая порция топлива попадая на разогретую поверхность спирали 14 самовоспламеняется.

Если возросшего от воспламенения первой порции топлива давления недостаточно для преодоления давления окружающей среды заглушка 13 не вылетит, а если давление будет выше давления топлива на входе в парогазогенератор обратный клапан 10 закроется.

По мере роста давления топлива на входе в парогазогенератор обратный клапан 10 вновь открывается и вторая порция топлива поступает на разогретые поверхности, топливо самовоспламеняется.

Этот процесс может повторяться несколько раз, пока давление топлива не превысит давления окружающей среды и процесс экзотермического разложения не стабилизируется и не станет непрерывным.

Заглушка 13 вылетает, открывая поступление парогаза потребителю. Установка выходит на стационарный режим и подача электрического тока для нагрева спирали 14 прекращается.

Установка на режиме при обработке скважины работает непродолжительное время и все топливо может оказаться закаченным в трубопровод 3 (НКТ), в этом случае клапан 5 закрывается и открывается клапан 6 подачи воды из системы 7.

Вода вытесняет топливо до полного его использования, при поступлении воды в парогазогенератор выработка парогаза прекращается.

Прокачиваемая воды охлаждает конструкцию парогазогенератора и промывает полости от возможного выпадания солей.

По завершении промывки закрывается клапан 6 и выключается насос 4.

Установка прекращает свою работу.

Использование: в газонефтедобывающей промышленности, в частности, в энергоустановках для термического воздействия на пласт для интенсификации добычи нефти или для очистки трубопроводов и емкостей от различных отложений. Сущность изобретения: в качестве топлива используют нитрат аммония и аммиак, которые растворяют в воде и подают на поверхности, разогретые до температуры, обеспечивающей экзотермическое разложение топлива, которое вытесняют, а затем замещают водой. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения парогаза, основанный на сжигании водорастворимого топлива, отличающийся тем, что в качестве топлива используют нитрат аммония и аммиак, которые растворяют в воде и подают на поверхности, разогретые до температуры, обеспечивающей экзотермическое разложение топлива, которое вытесняют, а затем и замещают водой. 2. Устройство для получения парогаза, содержащее парогазогенератор с камерой сгорания и топливными форсунками, систему поджига с кабелем, источник разогрева элементов конструкции камеры сгорания, отличающееся тем, что устройство содержит топливную емкость, систему подачи воды, трубопроводы с запорной арматурой, насосы, при этом полость камеры сгорания сообщена со стороны входа через насос с топливной емкостью, заполненной водным раствором нитрата аммония и аммиака и с системой подачи воды, а со стороны выхода через дросселирующий элемент с потребителем парогаза. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в нем источник разогрева элементов кострукций выполнен в виде электрической спирали, установленной на внутренней поверхности корпуса камеры сгорания и соединенной с токонесущим кабелем, а топливные форсунки располагают внутри спирали. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в нем парогазогенератор размещен в трубопроводе подвода топлива, полость которого отделена от полостей входа и выхода парогазогенератора соответственно обратным клапаном и уплотнительным элементом, от окружающей среды заглушкой.