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, спускаемый в скважину в зону нефтяного пласта и содержащий камеру испарения, 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.
Для обеспечения функционирования парогазогенератора используют наземное оборудование, которое 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 обеспечения работы парогазогенератора у обрабатываемой скважины монтируют 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 требует использования магистралей подачи воды и топлива большой длины, кроме того, затруднено управление процессом парообразования, для проведения ремонта и обслуживания оборудования необходимо извлекать его из скважины.
Известно устройство для получения пара, включающее паровой котел с форсуночным блоком и двумя конвективными змеевиками. Котел связан с емкостью для воды, из которой вода насосом через трубное пространство экономайзера по трубопроводу через коллектор ввода 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 разогретые 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.) - наиболее близкий аналог.
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 должной подготовки воды и топлива перед подачей их соответственно в паровой котел и на сжигание, снижает производительность работы по пару, требует довольно частого обслуживания для удаления накапливающихся в котле отложений. В известном устройстве не предусмотрена возможность подготовки подаваемого на сжигание топлива, что снижает эффективность его работы.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка установки для генерирования пара, обеспечивающей подготовку качественного топлива перед сжиганием его в котле, а также характеризующейся повышенным сроком службы котла.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке для генерирования пара, содержащей паровой котел, оснащенный горелочным устройством для сжигания подаваемого в котел топлива и имеющим возможность связи с системой подачи топлива, теплообменник, для подогрева подаваемой для получения пара воды, трубу для отвода дымовых газов из котла, новым является то, что установка оснащена модулем водоподготовки, выход теплообменника связан с входом модуля водоподготовки, выход которого связан с водяным входом котла, причем установка снабжена устройством противонакипной и антикоррозионной обработки воды, установленным на линии связи модуля водоподготовки и водяного входа котла, паровой выход которого имеет возможность соединения с нагнетательной скважиной и/или с входом теплообменника, при этом установка дополнительно снабжена воздухоподогревателем, установленным на трубе отвода дымовых газов, выход которого связан с горелочным устройством.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема установки для генерирования пара.
Установка включает паровой котел 1, содержащий теплоизолированный корпус, в котором размещен конвективный пучок труб, соединенный на входе с линией подготовки воды, а на выходе - с линией отвода полученного пара.
На верхней части корпуса котла установлено горелочное устройство 2, в качестве которого может быть использован стандартный форсуночный блок.
Установка содержит линию подготовки топлива (газовоздушной смеси) для котла, выход которой соединен с горелочным устройством. Линия подготовки топлива включает фильтр 3 для очистки подаваемого на сжигание газа, выход фильтра 3 связан с регулятором 4 давления газа, а его выход - через компенсатор 5 связан с входом горелочного устройства 2.
Линия подготовки воды включает насос 6 для закачки сырой воды, которая через теплообменник 7 поступает в модуль 8 водоподготовки. Для комплектования установки используется серийно выпускаемый теплообменник. Выход модуля водоподготовки связан с входом конвективных труб парового котла 1. В линию связи модуля 8 с котлом 1 включен нагнетательный насос 9. На данной линии перед входом в котел установлено устройство 10 противонакипной и антикоррозионной обработки воды, подаваемой на пар в котел.
Связанная с паровым выходом котла линия отвода пара имеет возможность связи с нагнетательной скважиной и/или с теплообменником 7 подогрева сырой воды, которая прокачивается через него перед подачей в модуль 8. Для обеспечения распределения пара по магистралям его подачи на скважину и/или теплообменник предусмотрены регулируемые задвижки 11 и 12. На линии отвода пара предусмотрен клапан 13 аварийного сброса пара.
Дымовые газы, образовавшиеся в результате сжигания газовоздушной смеси в горелочном устройстве 2 из котла 1 отводятся через трубу 14 в атмосферу. На трубе смонтирован воздухоподогреватель 15, предназначенный для подогрева воздуха, подаваемого в горелочное устройство 2 для приготовления сжигаемой в котле газовоздушной топливной смеси, которая используется в качестве топлива.
Для функционирования установки используется стандартный паровой котел. Для обеспечения мобильности установки предпочтительно, чтобы котел был смонтирован на самоходном транспортном средстве.
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 и линиями в данной заявке понимаются водяные, паровые, топливные трубопроводы.
В качестве устройства 10 в установке использован аппарат «Гидрофлоу», модификации «S», производителя фирмы «Hydropath Holding Limited» (Великобритания.
Конструкция остальных 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.
Для обеспечения функционирования установки могут быть использованы различные источники воды (озера, реки, скважинная вода и оборотная вода, поступающая на нагнетательные скважины и пр.).
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.
Подготовка воды осуществляется в модуле 8, как правило, в несколько этапов, количество которых зависит от состояния подаваемой в установку воды.
Как правило, 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 8 водоподготовки может включать последовательно соединенные засыпные фильтры, ионообменные фильтры и аппараты типа «Экофор». Количество фильтров и сочетание их типов может быть различным и зависит от их производительности и состояния воды. Для каждого этапа подготовки воды может быть использовано несколько установленных параллельно фильтров. В модуль 8 подогретая в теплообменнике 7 вода подается насосом 6.
Из модуля 8 очищенная вода подается насосом 9 на водяной вход котла 1 для получения пара.
Проходя через устройство 10, растворенные в воде ионы солей отталкиваются от стенок труб и скапливаются в центральной части водного потока и их кристаллизация происходит не на поверхностях нагрева котла, а в массе воды. Как показали исследования, использование устройства 10 позволяет увеличить межремонтный срок котла в 2-2,5 раза.
Подготовку топлива осуществляют следующим образом.
В качестве топлива для горелочного устройства 2 установки используют газ.
При подаче газа от газонасосной 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 смешивается с воздухом, подогретым дымовыми газами, отводимыми через трубу 14 и пропускаемым через воздухоподогреватель 15. Полученная газовоздушная смесь поджигается в устройстве 2 и продукты ее сгорания, перемещаясь в рабочем объеме котла, обтекают конвективные пучки труб, отдавая тепло прокачиваемой через них воде, в результате чего вода нагревается, превращаясь в пар, а дымовые газы отводятся из полости котла в атмосферу через трубу 14.
Применение регулятора 4 давления газа обеспечивает его постоянный расход на горелочном устройстве 2, независимо от колебаний давления в системе подачи газа, а также регулирование расхода газа. Использование в качестве топлива газовоздушной смеси обеспечивает практически полное сжигание газа в горелочном устройстве 2.
Компенсатор 5 выполняют в виде изогнутых колен труб. Применение компенсатора позволяет исключить повреждения магистрали подачи газа от термодеформаций.
В зависимости от положения регулируемых задвижек 11 и 12 полученный в котле пар подается либо на нагнетательную скважину, либо в теплообменник 7 для подогрева подаваемой насосом 6 воды, либо одновременно на нагнетательную скважину и в теплообменник 7.
При повышения давления пара выше расчетного, срабатывает клапан 13 аварийного сброса давления пара.
Установка может быть выполнена в стационарном исполнении или размещена на транспортабельной платформе, перемещаемой автотракторными средствами.