УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ

Полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для повышения темпов отбора нефти в том числе добычи вязкой нефти в сложных геологических условиях.
Существующие установки термического воздействия эффективно работают только при неглубоком (700-1000 м) залегании продуктивных пластов. Связано это с тем, что с увеличением глубины скважины закачиваемые в пласт пар конденсируется, а нагретая вода охлаждается.
Известен скважинный парогазогенератор, включающий пакер, камеру сгорания с запальным узлом и выходным соплом, трубы для подвода воздуха, топлива и воды, при этом настроечная камера соединена с надпакерным затрубным пространством скважины, а резонирующий элемент, в виде связанных между собой конического сужающегося участка и цилиндрического участка с глухим дном, размещен в трубе для подвода топлива, которая связана посредством радиальных отверстий с трубой для подвода воздуха, при этом запальный узел выполнен из последовательно и соосно установленных ресивера с выходным соплом Леваля и входным отверстием для сообщения внутренней поверхности ресивера с трубами для подвода воздуха (авторское свидетельство СССР №1222822, Е 21 В 36/00,
1985). Недостатком этого скважинного парогенератора является сложность его применения, так как необходимо обеспечить три самостоятельных канала в скважине для подачи воздуха, топлива и воды, причем под высоким давлением. А для этого требуются компрессоры и насосы высокого давления и две колонны насосно-компрессорных труб (НКТ).
Известна установка для теплового воздействия на нефтяной пласт, включающая газо- и водопроводы, водоподогреватель устьевой, соединенный с нефтяным пластом через нагнетательные скважины, снабженные обсадной колонной и колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) с термостойким пакером и внутрискважинным компенсатором удлинения колонны НКТ (Молчанов Г.В. и др. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. М: Недра, 1984, с.424-431).
Недостатки этой установки: образование слоя накипи на стенках водоподогревателя устьевого (теплообменника), что резко снижает коэффициент теплопередачи, а также наблюдаются большие потери тепла в НКТ при нагнетании воды в пласт. В результате существенно ограничивается область применения: глубина залегания обрабатываемых пластов может быть не более 700-1000 м.
Поставлена задача: повысить коэффициент теплопередачи в нагревательных элементах и расширить область применения установки теплового воздействия путем уменьшения потерь тепла при транспортировке нагретой воды по НКТ.
Технический результат - увеличение коэффициента теплопередачи (до 95%) и обеспечение возможности применения установки до глубины залегания пластов 2500-3500 м, а также увеличение коэффициента извлечения нефти глубокозалегающих пластов (на 7-10%). Указанный технический результат достигается тем, что в установке для термического воздействия на нефтяной пласт, включающая, как и в прототипе, газо- и водопроводы, водоподогреватель устьевой, соединенный с нефтяным пластом через нагнетательные скважины, снабженные обсадной колонной и колонной насосно-компрессорных труб с термостойким пакером, и внурискважинный компенсатор удлинения колонны НКТ, согласно изобретению в нее включен установленный на водопроводе высокого давления струйный насос, соединенный одним из входов с контактным водонагревателем, на крыше которого размещена по меньшей мере одна камера сгорания, а выходом - с термоизолированной колонной НКТ.
Установка снабжена струйным насосом, установленным на водопроводе высокого давления, в качестве колонны НКТ выбрана термоизолированная колонна НКТ, водоподогреватель устьевой выполнен в виде контактного водонагревателя, на крыше которого размещена по меньшей мере одна камера сгорания.
При необходимости возможно размещение одновременно нескольких камер сгорания на крыше контактного водонагревателя.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в емкостях для нагрева - контактных или погружных водонагревателях
2
коэффициент теплопередачи существенно больше, чем в трубных водонагревателях, т.к. вода нагревается в результате ее прямого контакта с пламенем и горячими газами горелки. С применением термоизолированной колонны НКТ появляется принципиальная возможность существенно (2500 м и более) увеличить глубину залегания обрабатываемых нефтяных пластов, т.к. снижение температуры воды на участке 1000 м термоизолированной колонны не превышает 1,5-2,0°С. Дополнительный эффект получается за счет углекислого газ СО, который попадает в нагреваемую воду с продуктами сгорания (10-12%): углекислый газ увеличивает коэффициент извлечения нефти. По единому каналу НКТ можно закачивать в нефтяной пласт также водогазовую смесь, т.к. она не охлаждается при транспортировке по НКТ и не происходит выделения газогидратов. Таким образом, увеличивается коэффициент теплопередачи в нагревательных элементах путем уменьшения потерь тепла при транспортировке нагретой воды по НКТ.
На чертеже приведена принципиальная схема установки для термического воздействия на нефтяной пласт. Установка включает контактный водонагреватель 1, вход которого соединен через задвижку 2 с водопроводом низкого давления 3, а выход через задвижку 4, которая соединена с термостойким центробежным насосом 5, выход которого соединен через обратный клапан 6, со смесительной камерой 7, струйного насоса 8, установленного на водопроводе высокого давления 9. Контактный водонагреватель 1 содержит смеситель газа и воздуха 10, соединенный с соплом 11, и камеру сгорания 12, установленную на крыше 13 контактного
водонагревателя 1 с возможностью попадания продуктов сгорания в контактный водонагреватель 1. Внутри камеры сгорания 12 установлен запальник 14, камера сгорания 12 снабжена металлокерамической вставкой 15. Струйный насос 8 при помощи водопровода высокого давления 16, через задвижку 17 соединен с термоизолированной колонной НКТ 18, с термостойким пакером 19 и компенсатором теплового расширения 20, установленным в обсадной колонне 21. Термоизолированная колонна НКТ 18 гидравлически соединена с нефтяным пластом 22. Контактный водонагреватель 1 снабжен уровнемером 23 и термометром 24. Внутри контактного водонагревателя 1 установлена перфорированная перегородка 25, а на крыше 13 контактного водонагревателя 1 установлен дыхательный клапан 26.
2
Установка работает следующим образом. Вначале контактный водонагреватель 1 заполняют водой из водопровода низкого давления 3 до уровня, при котором нижний конец камеры сгорания 12 погружается в воду. При этом задвижка 2 открыта, задвижка 4 - закрыта, а дыхательный клапан 26 работает на «выдох». Затем на смеситель газа и воздуха 10 подается газ и воздух и включается запальник 14, например, электроискровой. Требуемое отношение газа и воздуха задается при помощи запорной арматуры и расходомеров (на чертеже не показано). После зажигания газо-воздушной смеси, пламя и горячие газы (в том числе и СО) контактируют с поверхностью воды в контактном водонагревателе 1, нагревая ее до требуемой температуры (95-98°С). Для увеличения производительности
контактного водонагревателя 1 количество камер сгорания 12 может быть увеличено. После нагревания воды до температуры 95-98°С (температура контролируется термометром 24) задвижку 4 открывают, горячая вода термостойким центробежным насосом 5 закачивается в смесительную камеру 7 струйного насоса 8. Здесь она перемешивается с водой, поступающей из водопровода высокого давления 9, которая дополнительно нагревается до 40°С. Дополнительно нагретая вода нагнетается через водопровод высокого давления 16 и задвижку 17 и термоизолированную колонну НКТ 18, снабженную термостойким пакером 19, в нефтяной пласт 22.
Уровень воды и ее температура поддерживается оператором или автоматически при помощи соответствующих приборов и исполнительных механизмов (на чертеже не показано). Наружную поверхность контактного водонагревателя 1, трубопровода 16 целесообразно обернуть - накрыть термоизолирующим материалом (на чертеже не показано). Это уменьшит расход газа для нагрева воды.
Для устранения выделения сажи при горении газа в зимнее время необходимо осуществить нагрев газа и воздуха, используя для этого тепло контактного водонагревателя 1.
Давление в смесительной камере 7 струйного насоса 8 определяется ее конструктивными параметрами. Благодаря применению контактного водонагревателя 1 не происходит отложение солей на элементах водонагревателя, коэффициент теплопередачи увеличивается до 0,95.
Применение термоизолированной колонны НКТ 18 обеспечивает незначительное снижение температуры нагретой воды (1,5-2,0°С на 1000 м).
3
Технические данные контактных водонагревателей: коэффициент теплопередачи 92-95%, температура нагреваемой воды 95-98°С, нагрев осуществляется под атмосферным давлением. Для нагрева 75-80 т воды потребуется 700-1000 м газа. Применяется прямой огневой подогрев воды, не требуется предварительная подготовка воды, характеризуется простотой и безопасностью работы.
Основные элементы установки проверены в производственных условиях (контактный водонагреватель, термостойкий насос, струйный насос и термоизолированная колонна).
Таким образом, применение в качестве теплообменника контактного водонагревателя, а в качестве колонны НКТ термоизолированной колонны НКТ, позволяет расширить область применения установки для теплового воздействия на нефтяной пласт за счет повышения коэффициента теплоотдачи и уменьшения тепловых потерь в колонне НКТ, тем самым повысить коэффициент извлечения нефти глубокозалегающих (2500-3500 м) пластов.