ПОГРУЖНОЙ СКВАЖИННЫЙ ГЕНЕРАТОР ГАЗОПАРОВОЙ СМЕСИ
SUBMERSIBLE WELL GENERATOR OF GAS-STEAM MIXTURE

Изобретение относится к области промышленной теплоэнергетики и может быть применено для генерирования газопаровой смеси с целью термической обработки скважин в нефтедобывающей промышленности.
Известны установки для термической обработки скважин с закачиванием в скважину пара, вырабатываемого паропроизводящей установкой, находящейся на поверхности. Таковыми являются, например, серийно выпускаемые модификации паропромысловой установки типа ППУА-1600/100. Установка представляет собой паровой водотрубный котел со вспомогательными механизмами, размещенными на шасси грузового автомобиля. Достоинством прогрева паром, по сравнению с прочими (погружным электронагревателем, горелкой и т.п.), является высокая эффективность прогрева, т.к. радиус прогреваемой зоны пласта, прилегающей к скважине, легко доводится до 10-20 м. Однако с увеличением глубины скважины значительно возрастают тепловые потери в процессе подачи пара от устья к забою, что приводит к существенному перерасходу топлива. Создание погружного в скважину парогенератора с целью устранения данного недостатка ограничено значительными габаритами паропроизводящей установки на требуемую мощность, что неприемлемо с точки зрения помещения парогенератора непосредственно в скважину.
Прототипом изобретения является парогенератор (Патент РФ 2396485), состоящий из корпуса, заполненного водой, содержащего в себе камеру сгорания и устройство впрыска воды, выполненного в виде водяного сопла, расположенного на оси камеры сгорания, а также камеры смешения, предназначенной для приема дымовых газов из камеры сгорания, представляющей собой трубу Вентури. В данном парогенераторе тонко распыленная при помощи форсунки вода испаряется в камере смешения, в результате чего образуется газопаровая смесь. Вода в корпусе, с целью минимизации его металлоемкости при обеспечении требуемой прочности, находится под малым давлением, затем при помощи насоса давление воды повышается до необходимого для впрыска в камеру смешения. Недостатком указанной конструкции является то, что при использовании ее в качестве погружного генератора газопаровой смеси не обеспечивается надежная работа электродвигателя насоса в скважине, заполненной паром.
Техническим результатом изобретения является обеспечение надежного функционирования генератора газопаровой смеси, погруженного в скважину, низкие теплопотери в технологическом процессе.
Технический результат достигается за счет того, что погружной генератор газопаровой смеси, состоящий из горелки, камеры сгорания, камеры смешения, представляющей собой трубу Вентури с соплами для распыливания воды, шлангов подачи воздуха, топлива и воды, причем стенки камеры сгорания и начального участка камеры смешения имеют спиральный канал, в который с поверхности подают воду под высоким давлением, причем в стенках спирального канала расположены входные отверстия сопел, выходящих в начальный участок камеры смешения под углом к его внутренней поверхности.
Новизна изобретения заключается в том, что генератор газопаровой смеси имеет камеру сгорания с горелкой, расположенной на одной оси с камерой смешения, выполненную таким образом, что ее стенка состоит из внутреннего корпуса со спиралевидной канавкой и втулки, равно как и стенка цилиндрической части камеры смешения; стенки канавки на внутреннем корпусе и втулки образуют канал течения воды под высоким давлением, которая затем впрыскивается в продукты сгорания в цилиндрической части камеры смешения через сопла. Предвпрысковый нагрев воды под высоким давлением, выполненный по указанной схеме, принят в связи с тем, что непосредственно на погружаемом в скважину аппарате установка водяного насоса неприемлема. Парогенератор, предназначенный для спуска в скважину, снабжается с поверхности по гибким шлангам сжатым воздухом от компрессора, топливом и водой, от топливного и водяного насосов соответственно.
Схема погружного генератора газопаровой смеси представлена на фиг. 1. Передвижная установка с погружным генератором монтируется на шасси грузового автомобиля; в кузове автомобиля размещены воздушный компрессор, водяной насос, бак с водой, запас топлива (дизельного, мазута, сжатого или сжиженного природного газа) с оборудованием для его подачи на горелку погружного генератора, катушки со шлангами для подачи воздуха, воды и топлива к погружному генератору. Погружной генератор газопаровой смеси состоит из горелки 1, имеющей форсунку 2 для впрыска топлива, запальное устройство 3 и форкамеру 4 для устойчивого поджигания топливо-воздушной смеси; камеры сгорания 5; камеры смешения 6. Камера сгорания имеет форму цилиндра, переходящего в усеченный конус, камера смешения состоит из цилиндрической части малого сечения, конической части и цилиндрической части большого сечения. В цилиндрической части малого сечения камеры смешения расположены сопла 7 для распыления воды. Вода подается по спиральному каналу 8, образованному проточкой на внутреннем корпусе 9 и втулкой 10. Проточка имеет начальный и конечный тупиковый участок; непосредственно за начальным участком располагается канал от присоединительного штуцера 11. Конический участок камеры смешения стыкуется с цилиндрическим участком малого сечения посредством резьбового соединения. Агрегат спускается в скважину при помощи установленной на автомобиле лебедки, на которую намотан жгут шлангов (воздуха 12, воды 13, топлива 14). Для предотвращения застревания агрегата в скважине при значительном сопротивлении его продвижению при спуске снизу может быть подвешен груз 15.
Погружной генератор газопаровой смеси для термической обработки скважин работает следующим образом. В горелку 1, расположенную в торце камеры сгорания 5, с поверхности подается сжатый воздух и топливо, по шлангам воздуха 12 и топлива 14 соответственно. Топливо распыляется в форкамере 4 посредством форсунки 2 и смешивается с воздухом. Производится розжиг горелки при помощи электрического запального устройства 3. В цилиндрической части камеры сгорания происходит сгорание топливовоздушной смеси под избыточным давлением. В конической части камеры сгорания, образующей сужающуюся часть трубы Вентури, происходит разгон дымовых газов (продуктов сгорания) и снижение давления потока. Затем дымовые газы попадают в цилиндрическую часть узкого сечения камеры смешения 6. На этом участке происходит впрыск распыленной воды, подводимой к соплам 7 по спиральному каналу 8 и разогретой за счет теплоотвода от нагретых стенок камеры сгорания. Мелко распыленная вода начинает испаряться, образуются струи пароводяной смеси, которые окончательно смешиваются с дымовыми газами в конической части камеры смешения, являющейся зоной вскипания впрыскиваемой воды, роста давления за счет вскипания воды и компенсации затрат энергии на парообразование (расширяющаяся часть трубы Вентури). Температура газопаровой смеси и ее давление может регулироваться путем изменения расхода впрыскиваемой воды.
Расположение водяных сопел 7 под углом к поверхности стенки цилиндрической части камеры смешения позволяет максимально использовать энергию потока образующегося пара и значительно увеличить кинетическую энергию потока продуктов сгорания.
Электропроводка запального устройства 3 и линий от датчиков, расположенных на погружном генераторе газопаровой смеси, прокладываются внутри шланга подачи воздуха 12, что позволяет снизить агрессивное воздействие газопаровой смеси в скважине на электрическую изоляцию проводки.
Для очистки водяного канала втулка корпуса генератора газопаровой смеси снимается с внутренней части корпуса, при этом расширяющаяся часть камеры смешения предварительно отсоединяется.
Конструкция генератора газопаровой смеси допускает его эксплуатацию в вертикальных и наклонных скважинах. Благодаря массивной конструкции корпуса генератор стоек к жестким механическим воздействиям.