Скважинный парогазогенератор Советский патент 1986 года по МПК E21B36/00 E21B43/24 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, -а именно к устройствам, генерирующим парогазовую смесь и предназначенным для эксплуатации непосредственно в нефтяной скважине.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства при запуске и обеспечение стабильности процесса горения.

На чертеже изображена общая схема скважинного парогазогенератора с га зодинамическим запальным узлом.

Скважинный парогазогенератор состоит из камеры 1 сгорания с выходным соплом 2. В верхней части камеры 1 сгорания установлено запальное устройство, включающее ресивер 3, настроечную камеру 4 и резонируюпщй элемент 5, Все перечисленные элементы расположены последовательно и соосно. Резонируюпщй элемент 5 выпол-j иен и форме трубки переменного с ече- ния с коническим и цилиндрическим

Участками. Нас;троечная камера 4, с поьющью которой устанавливается требуемое расстояние Lp,6 между выходным сечением сопла 6 ЛаваЛя ресивера 3 и резонирующего элемента 5 имеет на боковой поверхности отверстия 7, сообщающие внутреннюю полость

настроечной камеры 4 с надпакерным гатрубным пространством скважины,. которое образовано обсадной колонной 8 и трубой 9 для подвода воздуха к расположено над теплоизолирующим паке- ром 10. Ресивер 3 имеет два отверстия выходное, выполненное - в форме сопла Лаваля 6 с площадью минимального сечения F, и входное, которое снабжено сменной расходной шайбой 11 площадью F . В ресивере 3 установлены успокоительные перегородки и сетки 12 для выравнивания поля давления перед выходным сопдом 6 ресивера 3. Резонирующий элемент 5 устанавливается в трубе 13 для подвода, тьплива, на .боковой поверхности которой выполнены радиальные отверстия 14 для ввода воздуха. Воздух,поступающий к паро- газогенератору по трубе 9 для подвода воздуха, поступает в камеру сгорания через отверстие 14 и завихритель 15, горючее - по трубе 13 для подвода топлива через коллектор 16, а вода - по трубе 17.

Разогрев резонирующего элемента 5 носит акустико-газодинамический характер и основан на явлении нестационарного взаимодействия сверхзвуковой струи с преградой. Истечение из сопла Лаваля. потока со сверхзвуковой скоростью и взаимодействие его с преградой, в качестве которой выступает конический участок резонирующего элемента, приводит к образованию отсоединенного скачка уплотнения.

Выброс газа из области высокого давления - внутренняя полость резонатора - воздействует на струю в ее основании, так что вся струя с системой скачков уплотнения начинает колебаться. Известно, что при отражении ударной волны от стенки вблизи нее происходит повышение давления и температуры до параметров торможения потока. Однако, если ударная волна подХОДИТ к стенке ускоренно, в силу колебательного состояния всей систем, то повышение давления и температуры за счет энергии всего потока происходит в малом объеме, прилегающем к

стенке, так что температура в этой области приобретает значение, во много раз превосходящее температуру торможения.

Стенка резонирующего элемента

выступает в роли аккумулятора тепла, поэтому необходимо, чтобы ее теплоемкость была как можно больше, а .теплопроводность для уменьшения потерь с теплоотводом - как можно меньше.

В результате достаточно большого числа колебательных циклов происходит прогрев резонирующего элемента до достаточно высокфс температур, отвечающих равенству тепловых потоков от колеблющегосй Газа к стенке и от стенки в окружающую среду.

Скважинный .парогазогенератор работает следующим образом.

Парогазогенератор опускают в скважину на трубах 9, 13 и 17 и устанавливают в фильтровой зоне с- помощью теплоизолирующего пакера 10. Непосредственно перед пуском парогазогенератора осуществляется продувка полостей парогазогенератора воздухом, подаваемым по трубе 9 для подвода воздУЬса. Часть воздуха, необходимого для работы запального устрой .тва, из зоны высокого давления, через расходную шайбу 11 попадает в ресивер 3.

В силу того, что отношение давлений в магистрали подвода воздуха Р, и ресивера Р, является сверхкрити

ческим, в последнем устанавливаются успокоительные перегородки и сетки для получения равномерного поля давления перед входом в сверхзвуковое сопло 6. Далее воздух истекает через сверхзвуковое сопло 6 Лаваля и настроечную камеру 4 в полость резонирующего элемента 5. Из настроечной камеры воздух через отверстия 7 поступает в межтрубное пространство, образованное обсадной колонной 8 и трубой пЬдвода воздуха и соединенное с атмосферой. Давление в . этой области Р.

При взаимодействии сверхзвукогого потока с отраженными от конического участка резонирующего элемента ударными волнами во внутренней поло.сти,... последнего развиваются устойчивые коле.баниядавления в результате чего проис 20 обствующий стабилизации процесса

ходит нагрев резонирующего элемента до температур, способных обеспечить воспламенение топлива. Значение получаемых температур зависит от скорости истечения газа из сопла 6, отношения давлений в полостях ресивера Р и настроечной камеры. Р , а также расстояния Ьрд между.выходным сечением сопла 6 и входом в резон - рующий элемент 5. Проведенные испытания показывают, что подбором перечисленных параметров можно получить температуру поверхности резонирующего элемента цо- .

По трубе 13 горючее подается в коллектор 16 и поступает к нагре

. 222822.

той части резонирующего элемента 5. Воздух в количестве, необходимом для начального воспламенения, поступает через отверстия 14 также непос5 редственно к нагретой части резонирующего элемента 5. Таким образом в трубе 13 для подвода топлива происходит начальное воспламенение компонентов топлива, а остальная часть

10 воздуха через завихритель 15 поступает в камеру сгорания и обеспечивает полное сгорание топлива. Воду в камеру сгорания по трубе 17 подают в полость охлаждения и далее по кана15 лам она поступает в камеру сгорания. Так как поступает к запальному устройству постоянно, то в парога-, зогенераторе имеется постоянный достаточно мощный источник тепла, спогорения.

При работе на различных глубинах меняется давление подачи компонентов. В зависимости от этого, для экономи 25 ческой работы запального устройства устанавливается соответствующая расходная шайба 11, которая обеспечивает оптимальные расход и давление воздуха в ресивере 3. При этом давление подачи Р и давление в ресивере Pj связаны с площадью расходной шайбы F и площадью минимального сечения сопла Ел следующим образом:

30

35 Р Р,

li.

fl

//

-/f

Составитель В. Борискина Редактор В. Петраш Техред И,Попович Корректор М. Максимишинец

Заказ 1682/31 Тираж 548Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Филиал Ш1П Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4