УСТАНОВКА ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПАРА

Полезная модель относится к оборудованию для производства водяного пара, предназначенного для паротеплового воздействия на нефтяные пласты с целью увеличения добычи нефти.
Известен забойный парогазогенератор, содержащий переходный отсек, коммутирующий систему жизнеобеспечения с соответствующими каналами парогазогенератора, форкамеру, снабженную запальным узлом, камеру сгорания с рубашкой охлаждения, образованной между внутренней и наружной оболочками камеры. Внутренняя и наружная оболочки камеры сгорания выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга и образования камеры охлаждения. На наружной поверхности внутренней оболочки выполнен многозаходный шнек ввода воды в камеру испарения, а по ее длине на внутренней поверхности стенки установлены сужающие устройства с секторами сброса. В нижней части парогазогенератора установлено выходное сопло.
Наземное оборудование, обеспечивающее функционирование парогазогенератора, включает в себя компрессорный и технологический блоки, расходные емкости по воде и топливу, скважинную арматуру, трубопроводы, связывающие все наземные блоки, компрессорный блок. Технологический блок включает в себя системы подачи топлива и воды в парогазогенератор, приборы контроля и автоматического управления процессом выработки парогазовой смеси, запорно-регулирующую арматуру и трубопроводы воды, топлива, воздуха, кабели подачи напряжения к запальному устройству форкамеры и термометрии парогазогенератора, термостойкого пакера.
Для работы парогазогенератора у обрабатываемой скважины монтируется наземное оборудование. Парогазогенератор спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах и устанавливают в зоне перфорации пласта при помощи пакера. В камеру сгорания подают воздух, а по трубопроводам - топливо и воду. Воспламенение рабочих расходов топлива и воздуха, подаваемых в камеру сгорания через форсуночную головку, происходит при помощи форкамеры, где предварительно воспламеняются пусковые расходы топлива и воздуха.
Воду по трубопроводу с поверхности земли (из межтрубного пространства) подают в рубашку охлаждения между внутренней и наружной оболочками камеры сгорания, и затем через многозаходный шнек в камеру испарения. При этом происходит нагрев воды и частичное ее испарение. При попадании воды на сужающее устройство с сектором сброса происходит ввод воды в высокотемпературный поток продуктов сгорания, что способствует более полному испарению воды и повышению паросодержания в парогазовой смеси. Полученная таким образом парогазовая смесь поступает через сопло в продуктивный пласт, прогревая его и способствуя более полному извлечению нефти из пласта. Наличие выходного сопла обеспечивает надежный запуск и устойчивый режим работы парогазогенератора в условиях повышенного противодавления.
(см. патент РФ №2316648, кл. E21B 43/24, 2008 г.).
В результате анализа известного парогазогенератора необходимо отметить, что размещение оборудования для получения парогазовой смеси непосредственно в зоне перфорации пласта скважины требует использования магистралей подачи воды большой длины, затруднено управление процессом парообразования, для проведения ремонта и обслуживания оборудования необходимо извлекать его из скважины.
Известно устройство для получения пара, включающее паровой котел, куда вода из емкости насосом через трубное пространство экономайзера по трубопроводу через коллектор ввода воды поступает для нагревания по одному трубопроводу в первый конвективный змеевик а по второму трубопроводу во второй конвективный змеевик. При похождении через паровой котел, в который подаются продукты сгорания топлива из форсуночного блока, вода нагревается, испаряется и через собирающий и раздаточный коллекторы, через пароводяной трубопровод поступает в сепаратор, где происходит отделение воды от пара, который через коллектор пара выдается потребителю.
Дымовые газы с низа котла через дымоходную трубу направляются в межтрубное пространство экономайзера, в котором отдают свое тепло воде, подаваемой на питание котла. Далее газы идут на сброс в дымовую трубу. (см. патент РФ №2163324, кл. F22B 33/18, 2001 г.).
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что, за счет использования сепаратора обеспечивается отделение воды от пара, что повышает его качество, а использование тепла отходящих дымовых газов для подогрева воды уменьшает потери тепла и повышает производительность парогенератора. Однако отсутствие в известном устройстве возможности подготовки воды и топлива перед подачей их соответственно в паровой котел и на сжигание, снижает производительность работы по пару, требует довольно частого ее обслуживания для удаления накапливающихся в котле отложений. В известном устройстве не предусмотрена возможность регулирования расхода подаваемого на сжигание топлива, что снижает эффективность его работы.
Известна установка для генерирования пара, содержащая паровой котел, имеющий теплоизолированный корпус, в котором размещен конвективный пучок труб, соединенный на входе с линией подготовки воды, а на выходе - с линией отвода (отбора) полученного из воды пара.
На верхней части корпуса котла установлено горелочное устройство.
Установка содержит линию подготовки топлива (газа), подаваемого на горелочное устройство. Линия подготовки топлива включает фильтр, для очистки подаваемого газа, выход которого связан с регулятором давления газа, а выход регулятора через компенсатор связан с входом горелочного устройства.
Линия подготовки воды включает емкость для сырой воды, связанную с модулем водоподготовки. В линии связи емкости для сырой воды и модуля водоподготовки включен насос для перекачки воды из емкости в модуль. Выход модуля водоподготовки связан с емкостью питательной воды, которая связана с водяным входом конвективных труб парового котла.
Паровой выход котла имеет возможность связи с нагнетательной скважиной и/или с теплообменником подогрева сырой воды, которая прокачивается через него перед подачей в емкость. Для обеспечения распределения пара по магистралям его подачи на скважину и/или теплообменник предусмотрены регулируемые задвижки, а на линии отвода пара предусмотрен клапан аварийного сброса пара.
Работа установки начинается с подготовки воды, предназначенной для получения пара и обеспечения работы установки, и подготовки топлива, которые могут осуществляться параллельно.
Подготовка воды к парообразованию осуществляется в несколько этапов.
На первом этапе исходную воду осветляют, пропуская через фильтры, загруженные кварцевым или дробленным антрацитом. Это позволяет очистить воду от нефти и механических примесей.
На втором этапе воду пропускают через ионообменный фильтр, в котором осуществляется ее Na-катионирование.
На третьем этапе воду подвергают электромагнитной, ультразвуковой и силикатной обработке для обеспечения снижения кислородной и углекислотной коррозии. Данная обработка может быть осуществлена использованием аппаратов типа «Экофор».
Таким образом модуль водоподготовки включает последовательно соединенные засыпные фильтры, ионообменные фильтры и аппараты типа «Экофор». Количество фильтров может быть различным и зависит от их производительности. Для каждого этапа подготовки воды может быть использовано несколько установленных параллельно фильтров. В модуль подогретая в теплообменнике вода подается насосом из емкости для сырой воды.
Очищенная вода подается в емкость для хранения питательной воды и подачи ее на водяной вход котла для получения пара.
Для подготовки топлива, подаваемого от газонасосной станции, первоначально в фильтре осуществляется его очистка от механических примесей и излишков влаги, после чего очищенный газ через регулятор давления и компенсатор поступает на горелочное устройство, где поджигается и продукты его сгорания, перемещаясь в рабочем объеме котла, обтекают конвективные пучки труб, отдавая тепло прокачиваемой через них воде, результате чего вода нагревается, превращаясь в пар, а дымовые газы отводятся из полости котла в атмосферу.
В процессе работы установки, в зависимости от положения регулируемых задвижек, полученный в котле пар подается либо на нагнетательную скважину, либо в теплообменник для подогрева подаваемой в емкость сырой воды, либо одновременно на нагнетательную скважину и в теплообменник. При повышения давления пара выше расчетного, срабатывает клапан аварийного сброса давления пара в атмосферу.
(см. патент РФ на полезную модель №104965 кл. E21B 43/24, 2010 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной установки необходимо отметить, что для ее функционирования используются достаточно качественно подготовленные топливо (газ) и вода, что повышает срок службы агрегатов установки и уменьшает выбросы продуктов сгорания топлива а атмосферу. Полученный пар может быть использован по нескольким назначениям - для подачи в скважину и/или для подогрева сырой воды. Однако в случае перекрывания подачи пара в скважину необходимо либо останавливать установку, либо сбрасывать полученный пар в атмосферу, что значительно снижает эффективность ее работы, так как запуск установки занимает довольно много времени, что весьма часто делает невозможным его оперативную подачу в скважину, а сброс пара в атмосферу резко снижает эффективность работы установки.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка конструкции установки для генерирования пара, обеспечивающей подачу пара в скважину и прерывание его подачи строго в соответствии с технологическим регламентом и повышение эффективности ее работы за счет исключения непроизводительных потерь пара.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке для генерирования пара, содержащей паровой котел, оснащенный горелочным устройством для сжигания топлива и подачи продуктов сгорания в котел для образования пара из циркулирующей по трубам котла воды, емкость для сырой воды, модуль водоподготовки, теплообменник, причем вход емкости для сырой воды связан с выходом теплообменника, предназначенного для подогрева подаваемой в емкость для сырой воды, выход которой связан с входом модуля водоподготовки, выход которого связан с водяным входом парового котла, паровой выход которого имеет возможность соединения с нагнетательной скважиной и/или с входом теплообменника, новым является то, что установка оснащена баком-расширителем, в полости которого установлен змеевик, имеющий возможность своим входом соединения с паровым выходом котла, а выходом - с полостью бака-расширителя, при этом, бак-расширитель в верхней части имеет отвод для вывода пара, а в нижней - для отвода воды, полученной в результате конденсации пара.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема установки для генерирования пара.
Установка содержит паровой котел 1 с теплоизолированным корпусом, в котором размещен конвективный пучок труб, соединенный на входе с линией подготовки воды, а на выходе - с линией отвода полученного из воды пара.
На верхней части корпуса котла установлено горелочное устройство 2, топливные форсунки (не показаны) которого направлены в полость котла. Топливо (газ) в горелочное устройство поступает от газораспределительной станции (не показана). Перед поступлением в горелочное устройство на сжигание топливо очищается фильтром 3, выход которого связан с регулятором 4 давления газа, а выход регулятора 4 через компенсатор 5 связан с входом горелочного устройства. Выходом горелочного устройства являются упомянутые выше форсунки.
Линия подготовки воды включает емкость 6 для сырой воды, закачиваемой насосом. Емкость 6 связана с модулем 7 водоподготовки. В линии связи емкости 6 с модулем 7 включен насос 8 для перекачки воды из емкости 6 в модуль 7. Выход модуля 7 связан с водяным входом конвективных труб парового котла 1. В линии связи модуля 7 с входом конвективных труб включен нагнетательный насос 9.
Линия 10 отвода пара связана с паровым выходом котла 1. Данная линия имеет возможность связи с нагнетательной скважиной и/или с теплообменником 11 подогрева сырой воды, которая прокачивается через него перед подачей в емкость 6. Для обеспечения распределения пара по магистралям его подачи на скважину и/или теплообменник предусмотрены регулируемые задвижки 12 и 13. Параллельно линиям отвода пара на нагнетательную скважину и на теплообменник имеется линия отвода пара, на которой установлена регулируемая задвижка 14, - в бак-расширитель 15. Бак-расширитель 15 имеет в полости змеевик, связанный с линией отвода пара, выход которого сообщен с полостью расширительного бака в верхней его части. В верхней части бак-расширитель 15 имеет выход 16 для отвода пара, а в нижней - линию 17 для отвода воды из полости.
Естественно, что для обеспечения функционирования установка оснащена магистралями транспортирования топлива, воды, пара, запорно-регулирующей арматурой, датчиками измерения температуры и давления воды, пара, топлива. Под связями в данной заявке понимаются водяные, паровые, топливные трубопроводы.
Конструкция агрегатов установки, не раскрытая в настоящей заявке, является известной и не составляет предмета патентной охраны настоящей полезной модели.
Установка для генерирования пара работает следующим образом.
Работа установки начинается с подготовки воды, предназначенной для получения пара и обеспечения работы установки и подготовки топлива, которые могут осуществляться параллельно. В бак-расширитель 15 заливают воду до уровня, чтобы она покрыла змеевик.
Для обеспечения функционирования установки могут быть использованы различные источники воды (озера, реки, скважинная вода и оборотная вода, поступающая на нагнетательные скважины и пр.). Вода насосом закачивается в емкость 6. Проходя через теплообменник, она нагревается пропускаемым через него паром. Таким образом, в емкость 6 подается подогретая вода.
Необходимо отметить, что подаваемая на образование пара вода содержат разнообразные примеси. Кроме того, возможны ее загрязнения бытовыми, промышленными стоками. Оборотная вода может иметь в своем составе остатки нефти и солей, химических реагентов и пр.
Использование неподготовленной воды может привести к отложениям на трубных блоках котла (накипь и коррозия).
Первичная накипь в котле возникает в результате растворения соединений кальция, магния, железа, кремния с ростом температуры воды. Самая высокая температура воды - на внутренней поверхности котла, поэтому здесь, на стенке, и образуется твердый слой отложений. На внутренней поверхности откладывается также вторичная накипь - твердые частицы, образовавшиеся в объеме воды и "прикипевшие" к стенке. Теплопроводность накипи намного (в 20 и более раз) меньше теплопроводности металла. Из-за этого с ростом толщины отложений накипи неизбежно возрастает температура металла стенки. При этом металл теряет прочность, образуются трещины, свищи и т.д. Кроме того, повышение температуры стенки ведет к ухудшению теплопередачи и снижению КПД котла. Ориентировочно считается, что каждый миллиметр накипи вызывает потерю 1% КПД котла. Обычно накипь не образуется в системах, где применяется деминерализованная вода.
Растворенный в воде кислород вызывает точечную коррозию узлов и деталей магистралей и котла, образуя мелкие кратеры на поверхности металла. Некоторые из этих кратеров продолжают увеличиваться до возникновения свищей и выхода агрегатов установки из строя. С повышением температуры воды растворимость кислорода уменьшается и увеличивается его агрессивность.
В настоящее время существует целый ряд устройств, позволяющих решать практически любые проблемы с очисткой питательной воды. Наиболее распространены механические, химические, адсорбционные и мембранные фильтры.
Подготовка воды в модуле 7 может быть осуществлена в несколько этапов.
На первом этапе исходную воду осветляют независимо от источников ее поступления, пропуская через фильтры, загруженные кварцевым или дробленным антрацитом. Это позволяет очистить воду от нефти и механических примесей.
На втором этапе воду пропускают через ионообменный фильтр, в котором осуществляется ее Na-катионирование.
На третьем этапе воду подвергают электромагнитной, ультразвуковой и силикатной обработке для обеспечения снижения кислородной и углекислотной коррозии. Данная обработка может быть осуществлена использованием аппаратов типа «Экофор».
Таким образом модуль водоподготовки 7 может включать последовательно соединенные засыпные фильтры, ионообменные фильтры и аппараты типа «Экофор». Количество фильтров может быть различным и зависит от их производительности. Для каждого этапа подготовки воды может быть использовано несколько установленных параллельно фильтров. В модуль 7 подогретая в теплообменнике 11 вода подается насосом 8 из емкости 6. В принципе, модуль водоподготовки может иметь и иное исполнение. В любом случае, исполнение данного модуля зависит от состава подаваемой на парообразование воды, количества и видов примесей в ней, а также производительности парового котла. Конкретное исполнение модуля водоподготовки без труда определяется специалистами.
Из модуля 7 подготовленная к парообразованию вода подается насосом 9 на водяной вход котла 1 для получения пара.
Подготовку топлива (газа) осуществляют следующим образом.
В качестве топлива для горелочного устройства 2 установки используют газ.
При подаче газа от газораспределительной станции (не показана) первоначально в фильтре 3 осуществляется его очистка от механических примесей и излишков влаги. Далее очищенный газ через регулятор давления 4 и компенсатор 5 поступает на горелочное устройство 2, где поджигается и продукты его сгорания, перемещаясь в рабочем объеме котла, обтекают конвективные пучки труб, отдавая тепло прокачиваемой через них воде, результате чего вода нагревается, превращаясь в пар, а дымовые газы отводятся из полости котла в атмосферу.
Применение регулятора 4 давления газа обеспечивает его постоянный расход на горелочном устройстве 2, независимо от колебаний давления в системе подачи газа, а также регулирования подачи топлива в широких пределах.
Компенсатор 5 выполняют в виде изогнутых колен труб. Применение компенсатора позволяет исключить повреждения магистрали подачи газа от термодеформаций.
Полученный в котле пар, в зависимости от положения регулируемых задвижек 12, 13, 14 подается либо на нагнетательную скважину, либо в теплообменник для подогрева подаваемой в емкость 6 воды, либо одновременно на нагнетательную скважину и в теплообменник 11, либо в бак-расширитель 15. Пар в бак-расширитель направляют в случае, когда необходимо на определенное время прекратить подачу пара в скважину. Использование в данной ситуации бака-расширителя позволяет не прерывать работу установки, не выпускать полученный пар а атмосферу, так как его количество многократно превышает потребность для отвода на теплообменник, а частично охлаждать пар, пропуская его через змеевик бака-расширителя и через выход 16 подавать потребителям, а конденсированный в баке-расширителе пар через отвод 17 подавать, например, в емкость 6, что значительно упрощает процесс последующей водоподготовки, так как данная вода уже очищена от примесей и полностью подготовлена в парообразованию.
Применение в конструкции установки бака-расширителя при временном прекращении подачи пара в скважину позволяет использовать полученный пар для производственных нужд или конденсировать его, направляя полученную
воду на повторный цикл парообразования, что позволяет не прерывать работу установки и в случае необходимости быстро обеспечить подачу пара на скважину.
Управление установкой может быть осуществлено в ручном или автоматическом режиме.
Установка может быть выполнена в стационарном исполнении или размещена на транспортабельной платформе, перемещаемой автотракторными средствами.