УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ 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 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 для крепления парогазогенератора в транспортном положении; скважинного оборудования: трубопроводов подачи к парогазогенератору воздуха, топлива, воды, кабеля подачи напряжения к запальному устройству форкамеры и термометрии, парогазогенератора, термостойкого пакера.
Для работы 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. Е21В 43/24, 2008 г.).
В результате анализа известного парогазогенератора необходимо отметить, что размещение оборудования для получения парогазовой смеси непосредственно в зоне перфорации пласта скважины связаны с большими затратами, затруднена возможность ремонта и обслуживания оборудования, расположенного в скважине.
Известно устройство для получения пара, включающее котел, куда вода 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.
Далее вода при подаче топлива (горелки условно не показаны) подогревается, испаряется, через собирающий и раздаточный коллекторы и через пароводяной трубопровод поступает в сепаратор. Затем по контуру циркуляции смеси "сепаратор - змеевики - сепаратор», пароводяная смесь возвращается в сепаратор, где происходит отделение воды от пара, который через коллектор пара передается 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.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что, отделяя пар от воды в сепараторе при циркуляции пароводяной смеси, обеспечивается повышения качества пара, а утилизация тепла отходящих дымовых газов, уменьшает потери тепла и повышает производительность парогенератора. Кроме того, уменьшается количество газов, выбрасываемых в окружающую атмосферу, что улучшает экологию среды. Однако отсутствие систем подготовки воды и топлива снижает производительность работы установки по пару, требует довольно частого ее обслуживания для удаления накапливающихся в котле отложений. В известном устройстве не предусмотрена возможность регулирования температуры и давления получаемого пара, что снижает эффективность ее работы.
Задачей настоящей полезной модели является разработка установки для получения пара, обеспечивающей получение пара заданных температуры и давления, осуществляющей подготовку топлива и идущей на образование пара воды заданных свойств, а также имеющий большой срок службы узлов и агрегатов.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в установке для получения пара, содержащей парогенератор, оснащенной горелкой для сжигания подаваемого в котел топлива, подогреваемую емкость для воды, подаваемой в парогенератор для получения пара, новым является то, что установка оснащена модулями подготовки компонентов топлива - воды и нефти, первый из которых выходом связан с емкостью для воды, а второй выходом связан с емкостью для нефти, выполненной подогреваемой, при этом установка снабжена паровым котлом, оснащенным горелкой, двумя эмульгаторами, входы которых связаны с модулем подготовки нефти, и с емкостью для воды, выход первого эмульгатора связан через дозатор с горелкой парогенератора, а выход второго - с горелкой котла, паровой выход котла связан с емкостями для нефти и воды для обеспечения их подогрева, при этом водяной вход котла может быть связан с емкостью для воды
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема установки для получения пара.
Установка содержит парогенератор 1, выполненный в виде основания, на котором смонтирован закрытый сверху крышкой теплоизолированный корпус, разделенный вертикальной перегородкой на два отсека. В одном из отсеков установлены спиральные змеевики, подключенный к линии подачи воды. Парогенератор оснащен экономайзером. В принципе, это стандартный парогенератор.
На крышке парогенератора установлена горелка 2, оснащенная дозатором 3.
Установка содержит линию подготовки топлива, включающую первый эмульгатор 4, выход которого связан с дозатором 3, а вход - с модулем 5 подготовки топлива. Модуль 5 связан с емкостью 6 для хранения нефти, которая является компонентом топлива. Емкость 6 оснащена подогревателем (не показан).
Установка также содержит линию подготовки воды, которая включает модуль водоподготовки 7, выход данного модуля связан с емкостью 8 подготовленной воды. Выход емкости 8 связан с водяным входом парогенератора 1, подведенным к змеевикам. Емкость 8 оснащена подогревателем (не показан).
Установка оснащена паровым котлом 9, оснащенным горелкой 10, связанной со вторым эмульгатором 11. Второй эмульгатор 11 связан с модулем 5. Котел 9 может работать по пару от автономного источника воды или быть связан с емкостью 8. Паровой выход котла 9 связан с емкостями 6 и 8 для нагрева подогревателями находящегося в емкостях продукта (нефти и воды).
Выход емкости 8 дополнительно связан с эмульгаторами 4 и 11.
Паровой выход парогенератора 1 имеет возможность подачи полученного пара на нагнетательную скважину (не показана).
Естественно, что установка снабжена насосами для обеспечения транспортирования по магистралям 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 получения пара работает следующим образом.
Работа установки начинается с подготовки воды и подготовки топлива, которые могут осуществляться параллельно.
Для обеспечения функционирования установки могут быть использованы различные источники воды (озера, реки, скважинная вода и оборотная вода, поступающая на нагнетательные скважины и пр.).
Вода содержат разнообразные примеси, попадающие в воду в процессе ее естественного кругооборота. 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 парогенератора (накипь и коррозия).
Первичная накипь а парогенераторе и котле возникает в результате растворения соединений кальция, магния, железа, кремния с ростом температуры воды. Самая высокая температура воды - на внутренней поверхности парогенератора, 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 парогенератора. Ориентировочно считается, что каждый миллиметр накипи вызывает потерю 1% КПД парогенератора. Обычно накипь не образуется в системах, где применяется деминерализованная вода.
Растворенный в воде кислород вызывает точечную коррозию узлов и деталей парогенератора, образуя мелкие кратеры на поверхности металла. Некоторые из этих кратеров продолжают увеличиваться до возникновения свищей и выхода трубного блока 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 осуществляется в модуле 7 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».
В результате электромагнитной обработки воды, вместо накипи будет образовываться мелкокристаллический шлам, который уносится высокотемпературным паром.
Таким образом модуль водоподготовки 6 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.
Подготовку топлива для парогенератора 1 осуществляют следующим образом.
Нефть (компонент топлива) закачивают в емкость 6, нагревают примерно до 50°С и подают на модуль 5 подготовки топлива. В данном модуле осуществляется удаление из нефти механических примесей излишков воды, солей и пр. Модуль 5 выполнен в виде последовательно установленных фильтров механического, центробежного типа или отстойников. Конструкции данных фильтров известны и нет необходимости приводить их в данной заявке.
Подготовленная описанным выше образом нефть имеет возможность подачи в эмульгаторы 4 и 11, где происходит смешение нефти с подогретой до температуры 60°С водой, подаваемой из емкости 8 и ее гомогенизация, в результате которой получается топливная эмульсия (топливо для горелок), которая подается на горелки 2 и 10 парогенератора 1 и котла 9.
Подача топливной эмульсии на горелку 2 регулируется дозатором 3 в пределах от 0,1 т до 6,5 т/ч.
За счет возможности регулирования подачи топлива обеспечивается варьирование давления пара от 25 МПа до 32 МПа и температуры пара от 300°С до 500°С.
Запуск установки для парообразования начинают с включения в работу парового котла 9, для чего подготовленное топливо из эмульгатора 11 подают на горелку 10 и подают в котел воду для получения пара. Получаемый в котле пар используется на подогрев нефти и воды, находящихся в емкостях 6 и 8. Далее включают подачу воды в парогенератор 1 и подачу топлива на форсунку 2.
При работе парогенератора 1 дымовые газы в его камере сгорания отдают тепло змеевикам парогенератора, через которые пропускается вода, которая в процессе нагрева превращается в пар. Через паровой выход парогенератора полученный пар подается в нагнетательную скважину для повышения добычи нефти.
Наличие парового котла в составе установки обеспечивает эффективную работу установки круглогодично, при плюсовых и минусовых температурах окружающей среды.
Применение эмульгатора позволяет сокращать расход компонента топлива - тяжелой нефти, за счет добавления в топливо до 30% воды, а также снижать вредные выбросы в атмосферу при сжигании топливной эмульсии до значений ниже установленных предельно допустимых норм.
Использование дозатора обеспечивает регулирование давления и температуры получаемого пара в широких пределах.
Применение модуля водоподготовки позволяет повысить срок службы узлов и агрегатов установки.
Установка может быть выполнена в стационарном исполнении или размещена на транспортабельной платформе, перемещаемой автотракторными средствами.