СПОСОБ И ПОДЗЕМНЫЙ ТОПЛИВНИК ДЛЯ НАГРЕВА НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ Советский патент 1947 года по МПК E21B43/24 

С целью увеличения отдачи нефтяных пластов практикуется термическое воздействие на нефтяной пласт в целом или на отдельные его участки.

В отличие от известных способов подземного нагрева нефтяных пластов с инжекцией в них горячих газов, нагреваемых в топливнике, расположенном на забое скважины, по предлагаемому способу, с целью регулирования температуры инжектируемых газов, продукты горения, выходящие из топливнике, перед подачей в пласт разбавляют надлежащим количеством газа или воздуха.

Подземный топливник для осуществления указанного способа нагрева нефтяных пластов выполнен в виде спускаемого в скважину на грубых кожуха, внутри которого расположены газораспределительная трубка и газосборный канал, с катализаторной насадкой между ними, предназначенной для беспламенного сжигания всего или части нагнетаемого в скважину газа, с последующим смешением продуктов горения с остальной частью нагнетаемого газа или воздухом для получения заданной температуры нагнетаемой смеси.

Кроме того, предлагаемый подземный топливник для приведения в действие бойка при повышении давления в трубах выше определенного предела снабжен приспособлением для розжига, состоящим из подпружиненного бойка, предназначенного для разбивания расположенной в газосборной канале ампулы с самовоспламеняющейся жидкостью и сцепляющегося со спусковым крючком, взаимодействующим со штоком диафрагмы. Для создания в трубах повышенного по сравнению о межтрубным пространством давления и подсоса из него через отверстие части газа (или воздуха) в трубах повещены диафрагмы или сопло. Для регулирования подсоса газа (или воздуха) в топливник применено регулировочное кольцо, взаимодействующее, например, через рычаг со штоком диафрагмы. С целью обогащения парами горючего воздуха, подаваемого в распределительный канал, топливник снабжен резервуаром для жидкого горючего, связанным трубкой о карбюратором автотракторного типа. В топливнике применены также обводные каналы, предназначенные дли подачи избытка воздуха на смешение с продуктами горения, хвостовик с сеткой для направления потоке горячей воздушной смеси под уровень жидкости в скважине.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая способ нагрева нефтяных пластов, фиг. 2 и 3 - продольные разрезы топливника, фиг. 4 - карбюратор топливника, фиг. 5 - поперечный разрез топливника, показанного на фиг. 2 и 3.

Топливник 1 спускают в инжекционную скважину на трубах 2, по которым затем подают воздух в количестве, необходимом для сжигания части газа, нагнетаемого в скважину через межтрубное пространство 3. Газ из последнего засасывается в топливник 1 через ряд отверстий 4 инжектирующим действием струи воздуха, суживаемой в трубах 2 у топливника соплом 5.

Избыток нагнетаемого газа в межтрубном пространстве 3 огибает топливник 1, омывая его со всех сторон и охлаждая его стенки, и затеи под топливником смешивается с выходящими из последнего продуктами горения. Соотношение между количествами нагнетаемых газа и воздуха регулируется таким образом, чтобы после сжигания с данным количеством воздуха, соответствующего ему количества газа, основной газовый поток, огибающий топливник 1, после смешения о продуктами горения из топливника, был нагрет до заданной температуры.

Возможен другой вариант работы, когда в пласт нагнетается не газ, а воздух. При этом газ, в количестве необходимом лишь для сжигания в топливнике 1, подают по трубам 2, а через межтрубное пространство 3 нагнетают воздух. В пласт при этом поступает нагретая смесь воздуха с продуктами сгорания и температура этой смеси регулируется количеством газа, сгорающего в топливнике.

Топливник предназначен для беспламенного сжигания газовоздушной смеси под давлением. Он выполнен в виде металлического кожуха 6 с огнеупорной футеровкой 7 внутри, присоединяемого с помощью газоподводящей трубы 8 к колонне труб, на которых он опускается в скважину. По оси топливника укреплена центральная перфорированная газораспределительная труба 9 с футеровкой 10, вокруг которой расположена огнеупорная каталитическая насадка 11.

Каналы 12, по которым газовоздушная смесь подается в насадку 11, должны иметь такое сечение, чтобы скорость газа в них была выше скорости распространения пламени. Между насадкой 11 и внутренней поверхностью футеровки 7 имеется открытый снизу кольцевой газосборный канал 13, предназначенный для сбора и вывода продуктов горения. При большой длине топливника 1 (получающейся в случае, если он должен нагревать большие количестве газа) в стенке кожуха 6 делают один или несколько рядов отверстий 14 для вывода продуктов горения на смешение с основным газовым потоком.

Для обеспечения наиболее интенсивного смешения этого отверстия должны быть направлены тангенциально К поверхности топливника или вниз под некоторым углом к образующей.

Внутри газоподводящей трубы 8 укреплено сопло 5, ниже которого в стенке трубы сделаны отверстия 4 для подсоса газа к воздуху, подаваемому по трубам 2.

Величина открытия отверстий 4 может изменяться в зависимости от количества подаваемого воздуха регулировочным кольцом 15, связанным при помощи рычага 16 со штоком диафрагмы 17, правая стороне которой соединена трубкой с полостью труб 2, а левая находится под давлением межтрубного пространства 3.

Наверху кожуха 6 крепится приспособление для розжига топливника после спуска в скважину. Оно состоит из подпружиненного бойке 18, зацепляющегося за спусковой крючок 19, рычаг которого также связан со штоком диафрагмы 17. В газосборном канале 13 непосредственно под бойком 18 расположена ампула 20 с самовоспламеняющейся жидкостью.

В верхней части топливник снабжен резервуаром 21 для горючего, соединенным трубкой 22 с поплавковой камерой 28 карбюратора. По оси топливного резервуара 21 проходит воздухоподводящая трубе 24, соединенная через диффузор 25 с газораспределительной трубой для подачи в нее воздуха для горения и о двумя отводными каналами 26, по которым избыток воздухе подается мимо зоны горения на смешение с продуктами горения с целью их частичного охлаждения.

Нижняя часть топливника 1 снабжена хвостовиком 27 с сеткой 28, предназначенным для направления нагретой газовоздушной смеси под уровень находящейся на забое жидкости.

Топливник 1 опускают в скважину па трубах 2 и устанавливают над уровнем жидкости так, чтобы хвостовик 27 был погружен в последнюю. Затем после выполнения всех необходимых присоединений по трубам 29, 2, 24 нагнетают воздух. Последний, пройдя диффузор 25, через распыляющий жиклер 30 подсасывает из поплавковой камеры 23 горючее, смешивается с ним и, обогатившись его парами, в готовом для горения виде поступает в газораспределительную трубу.

Подача горючего из резервуара 21 в поплавковую камеру 23 регулируется поплавком 31, соединенным с игольчатым клапаном 32.

Перед спуском топливника 1 в скважину производят зарядку спускового приспособления. Для этого поднимают боек 18 и зацепляют его за спусковой крючок 19. Черев специальное окно в стенке кожуха 6 /на чертеже не показано/ устанавливают ампулу 20. Затем опускают топливник 1 в скважину, устанавливают оборудование устья и подключают газовую и воздушную линии.

Розжиг топливника производят следующим образом. Сначала в межтрубное пространство 3 нагнетают газ. При этом на забое создается некоторое давление; которое, отжимая диафрагму 17 направо, через шток последней а рычаг 16 поворачивает регулировочное кольцо 15 и закрывает отверстия 4. После того, как установится постоянный поток холодного газа через межтрубное пространство 3 мимо топливника 1 в пласт, а манометр 33 будет показывать постоянное давление, по трубам 2 подают воздух.

Располагаемое давление воздушного компрессора должно быть несколько выше давления газовых компрессоров. Благодаря наличию в трубе 8 перед топливником 1 сопла /или диафрагмы/ 5, давление в трубах 2 будет всегда выше, чем в межтрубном пространстве 3. Это повышение давления воздействуют на диафрагму 17 и передвигает ее шток налево. При движении пока рычаг 16 повернет регулировочное кольцо 15 и откроет доступ газа через отверстия 4 в топливник, а одновременно, повернув спусковой крючок 19, спустит боек 18, который разобьет ампулу 20. Находящаяся в последней самовоспламеняющаяся жидкость загорится и зажжет газовоздушную смесь, поступающую через газораспределительную трубу 9, каналы 12 и насадку 11 в канал 18 с пламенем, в затеи по мере разогрева насадки 11 очаг горения будет проникать внутрь последней, пламя опуститься, и процесс горения перейдет в беспламенный.

Период розжига, т.е. переход пламенного процесса в беспламенный, заканчивается в течение 1 мин. Момент окончания розжига топливника и начала поступления в пласт нагретого газа будет отмечаться на поверхности более или менее резким повышением давления закачки газа и воздуха, фиксируемого манометрами, или манографами 33, 34 на устье скважины. Это повышение давления вызывается резким увеличением объема нагнетаемого газа на забое за счет образования продуктов горения и за счет нагрева.

Чтобы погасить топливник и прекратить нагрев газа, не прерывая его закачки в пласт, что может иметь место, например, при достаточном прогреве приза бойкой зоны пласта и желании перенести накопленную в ней теплоту в более отдаленные части пласта путем прокачка холодным газом, достаточно прекратить подачу воздуха в трубы 2. При этом горение в топливнике 1 прекратится, и одновременно, благодаря падению давления в трубах 2, диафрагме 17 давлением газа в межтрубном пространстве переместится направо и закроет окна 4, в результате чего прекратится поступление газа в топливник и предотвратится забивание раскаленной насадки 11 сажей, благодаря крекингу в ней углеводородов. Момент прекращения горения будет отмечен на поверхности резким падением давления в межтрубном пространстве 3, фиксируемым монометром 33.

Интенсивность процесса горения и соответственно температура нагнетаемого в пласт газа, при постоянном объеме последнего, регулируется о поверхности путем изменения количества подаваемого в топливник воздуха.

1. Способ подземного нагрева нефтяных пластов с инжекцией в них горячих газов, нагреваемых в топливнике, расположенной на забое скважины, отличающийся тем, что, с целью регулирования температуры инжектируемых газов, продукты горения, выходящие из топливника, перед подачей в пласт разбавляют надлежащим количеством газа или воздуха.

2. Подземный топливник для осуществления способе по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде опускаемого в скважину на трубах кожуха, внутри которого расположены газораспределительная трубке и газосборный канал с катализаторной насадкой между ними, предназначенной для беспламенного сжигания всего или части нагнетаемого в скважину газа, с последующий смешением продуктов горения с остальной частью нагнетаемого газа или воздухом для получения заданной температуры нагнетаемой смеси.

3. Подземный топливник по п. 2, отличающийся тем, что, с целью приведения в действие бойка при повышении давления в трубах выше определенного предела, он снабжен приспособлением для розжига, состоящим из подпружиненного бойка, предназначенного для разбивания расположенной в газосборном канале ампулы с самовоспламеняющейся жидкостью и сцепляющегося со спусковым крючком, взаимодействующим со штоком диафрагмы.

4. Подземный топливник по пп. 2, 3, отличающийся тем, что, с целью создания в трубах повышенного по сравнению с межтрубным пространством давления и подсоса из последнего через отверстия части газа /или воздуха/, в трубах помещены диафрагмы или сопло.

5. Подземный топливник по пп. 2-4, отличающийся тем, что, с целью регулирования подсосе газа /для воздуха/ в топливник, применено регулировочное кольцо взаимодействующее, например, через рычаг со штоком диафрагмы.

6. Подземный топливник по пп. 2-5, отличающийся тем, что, с целью обогащения парами горючего воздуха, подаваемого в распределительный канал, он снабжен резервуаром для жидкого горючего, связанным трубкой с карбюратором автотракторного типа.

7. Подземный топливник по пп. 2-6, отличающийся применением обводных каналов, предназначенных для подачи избытка воздуха на смешение с продуктами горения.

8. Подземный топливник по пп. 2-7, отличающийся применением хвостовика с сеткой для направления потока горячей воздушной смеси под уровень жидкости в скважине.