Передвижная установка для приготовления раствора бинарной смеси для термохимической обработки нефтегазоносного пласта
MOBILE PLANT FOR PREPARING SOLUTION OF BINARY MIXTURE FOR THERMOCHEMICAL TREATMENT OF OIL-GAS-BEARING FORMATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к смесительной технике для приготовления растворов бинарных смесей, предназначенных для термохимического воздействия на нефтегазоносный пласт.
Известно мобильное оборудование для приготовления раствора, содержащее воронку для подачи сухого порошкообразного материала, циркуляционный насос, осреднительную емкость для смешения порошкообразного материала и воды с механическими мешалками, связанную с ней расходную емкость, устройство для нагрева в потоке циркуляционной жидкости, систему контроля и управления процессом приготовления раствора и трубопроводную систему (Патент №88061, публ. 2009 г.).
Данное устройство используется для приготовления растворов при строительстве и капитальном ремонте скважин различного назначения и направлено на повышение производительности и качества приготовления буровых, буферных, тампонажных и др. растворов из сухих порошкообразных материалов при заданных водосмесевых отношениях.
Приготовление растворов бинарных смесей, предназначенных для термохимического воздействия на нефтегазоносный пласт, таких как, например, раствор аммиачной селитры и нитрита натрия, требует соблюдения строго определенной концентрации в нем химических веществ, а также определенного водородного показателя кислотности раствора - уровня pH раствора, при котором не происходит преждевременной инициации химической реакции компонентов бинарной смеси. Высокое качество приготовления таких растворов требует как можно более полного растворения порошковых реагентов в воде. Кроме того, в растворы бинарных смесей до их закачки в пласт дополнительно добавляются различные химические вещества, способствующие стабилизации раствора и предотвращению преждевременной реакции, такие как, например, аммиачная вода, карбонат натрия (сода) и др.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание передвижной установки для приготовления растворов бинарных смесей, закачиваемых в нефтегазоносный пласт при его термохимической обработке для увеличения производительности пласта, с заданной и контролируемой концентрацией и показателем pH раствора, повышение качества приготовления растворов бинарных смесей за счет обеспечения полного растворения сухих реагентов в воде.
Технический результат достигается тем, что в передвижной установке для приготовления раствора бинарной смеси для термохимической обработки нефтегазоносного пласта, содержащей воронку для подачи сыпучего материала, циркуляционный насос, осреднительную емкость для смешения сыпучего материала и воды с перемешивающими устройствами, связанную с ней расходную емкость, устройство для нагрева циркуляционной жидкости, систему контроля и управления процессом приготовления раствора и трубопроводную систему, циркуляционный насос выполнен в виде двухфазного насоса-смесителя с центробежным колесом и установленной на его входе дробилкой, воронка для подачи сыпучего материала установлена на входе в дробилку, осреднительная емкость разделена переливной перегородкой, образующей входную камеру, связанную с выходом из циркуляционного насоса и снабженную фильтрационным отсеком, и выходную камеру, связанную с входом в расходную емкость, при этом в каждой из камер осреднительной емкости установлено по перемешивающему устройству, а устройство для нагрева циркуляционной жидкости включает в себя установленный в фильтрующем отсеке входной камеры стакан с размещенным в нем змеевиком, а также установленные на одной из стенок осреднительной емкости дополнительный нагревательный элемент и паропровод, имеющий возможность соединения с парообразующей установкой, при этом установка снабжена узлом подачи в раствор сухих реагентов, включающим микродозаторы и эжекторный смеситель, связанный пассивным входом с микродозаторами, а активным входом с расходной емкостью, и узлом подачи в раствор жидких реагентов. Кроме того, в установке осреднительная емкость выполнена с теплоизоляцией, змеевик устройства нагрева циркуляционной жидкости выполнен спиральным и установлен на высоту, не меньшую высоты стакана, а система контроля и управления процессом приготовления раствора содержит датчик pH раствора.
Выполнение циркуляционного насоса в виде двухфазного насоса-смесителя с центробежным колесом и установленной на его входе дробилкой, соединенным на входе с воронкой для подачи сыпучего материала, обеспечивает измельчение исходного сухого вещества и его дальнейшее смешивание с водой, что позволяет уже на данном этапе осуществить частичное растворение сухого компонента в воде.
Выполнение осреднительной емкости в виде разделенных между собой переливной перегородкой двух камер, в каждой из которой установлено по перемешивающему устройству, позволяет произвести качественное смешивание сухого компонента с водой.
Установка в фильтрующем отсеке входной камеры осреднительной емкости устройства для нагрева циркуляционной жидкости в виде стакана с размещенным в нем змеевиком позволяет осуществлять нагрев жидкой фазы поступающей в емкость смеси уже на входе в саму емкость, повышая тем самым способность к растворению твердой фазы.
Установка на одной из стенок осреднительной емкости дополнительного нагревательного элемента, а также паропровода, имеющего возможность соединения с парообразующей установкой, обеспечивает дополнительный нагрев смеси для поддержания ее температуры, требуемой для лучшего растворения твердого компонента, ввиду протекания в процессе его растворения эндотермической реакции с понижением температуры.
Выполнение змеевика устройства нагрева циркуляционной жидкости спиральным на высоту, не меньшую высоты стакана, позволяет максимально эффективно произвести нагрев смеси, поступающей в осреднительную емкость.
Выполнение осреднительной емкости с теплоизоляцией способствует сохранению тепла в процессе перемешивания.
Наличие в установке узла подачи в раствор сухих реагентов, включающего микродозаторы и эжекторный смеситель, связанный пассивным входом с микродозаторами, а активным входом с расходной емкостью, позволяет наиболее эффективно внести в раствор порошковые химические реагенты.
Наличие в установке узла подачи в раствор жидких реагентов позволяет вводить в раствор жидкие реагенты.
Наличие в системе контроля и управления процессом приготовления раствора датчиков pH обеспечивает контроль за состоянием раствора и позволяет поддерживать его щелочную среду с целью предотвращения преждевременной реакции между компонентами бинарной смеси.
Изобретение поясняется графически, где на фиг. 1 представлен общий вид передвижной установки для приготовления раствора бинарной смеси, на фиг 2 - вид сверху на передвижную установку, на фиг. 3 - осреднительная емкость в разрезе, на фиг. 4 представлен общий вид узла подачи в раствор сухих реагентов.
Передвижная установка для приготовления раствора бинарной смеси содержит транспортную платформу 1 и размещенные на ней узел смешения, включающий входную воронку 2 для подачи сыпучего реагента и насос-смеситель 3, осреднительную емкость 4, силовую установку 5, расходную емкость 6, кабину оператора 7, узел подачи сухих реагентов 8 и узел подачи жидких реагентов 9.
Осреднительная емкость 4 включает в себя входной и выходной отсеки 10, 11, разделенные перегородкой 12, с установленными в них перемешивающими устройствами 13, 14. Во входном отсеке 10 стенки 15 образуют фильтрующий отсек в котором размещено одно из устройств для нагрева циркуляционной жидкости, представляющее собой стакан 16 с размещенной внутри него змеевиковой спиралью 17. Спираль 17 размещена вдоль внутренней стенки стакана на всю его высоту. Вход в осреднительную емкость 4 расположен на ее днище во внутренней полости стакана 16 со спиралью 17. На стенке емкости 4 расположены паропровод 18, имеющий возможность присоединения к парообразующей установке (на чертеже не показана) и дополнительный нагреватель 19.
Емкости 4 и 6 связаны между собой и с насосом-смесителем 3 системой трубопроводов.
Насос-смеситель 3 включает в себя рабочее колесо с установленной на его входе дробилкой (на чертеже не показаны). Входная воронка 2 установлена на входе в дробилку насоса-смесителя 3.
Узлы 8, 9 подачи в раствор сухих и жидких химических реагентов установлены на системе трубопроводов, связывающих емкости 4 и 6. Узел 8 подачи сухих реагентов включает в себя микродозаторы, представляющие собой приемные бункеры 20, 21 с дозировочными шнеками (не показаны) для размещения в них сухих химических реагентов, которые связаны с пассивным соплом эжекторного смесителя 22. Активное сопло смесителя 23, а также выход из него связаны с трубопроводной системой.
Узел 9 подачи жидких химических реагентов может быть выполнен в виде размещенных в едином корпусе емкостей для размещения жидких химических реагентов, а также насосов-дозаторов, связанных своими выходами с системой трубопроводов.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В осреднительную емкость 4 подается расчетное количество воды. Насос-смеситель 3 обеспечивает циркуляцию воды по системе трубопроводов. На приемную воронку 2 подается сыпучий (гранулированный или порошкообразный) материал - аммиачная селитра. В воронке 2 сыпучий материал просеивается, измельчается в дробилке, после чего перемешивается с водой в насосе-смесителе 3, где происходит его предварительное частичное растворение. Из насоса-смесителя 3 раствор попадает в осреднительную емкость 4. Вход в емкость 4 осуществляется через фильтрующий отсек входного отсека 10. Смесь проходит через стакан 16 со змеевиковой спиралью 17, где нагревается, что значительно улучшает процесс растворения селитры. Дальнейшее растворение селитры производится при постоянном перемешивании сначала перемешивающим устройством 13 в отсеке 10, а затем, при переливании смеси через разделяющую отсеки перегородку 12, перемешивающим устройством 14 в выходном отсеке 11. Кроме нагрева змеевиковой спиралью 17 для лучшего растворения нагрев смеси и поддержания требуемой температуры жидкость подогревается расположенным на стенке емкости 4 дополнительным подогревателем 19, а при недостатке нагрева дополнительным подогревателем и змеевиком подогревается паропроводом 18, при использовании которого пар, вырабатываемый парообразующей установкой, впрыскивается в емкость 4 через отверстия в теле паропровода 18. Дополнительный нагрев требуется ввиду того, что при растворении аммиачной селитры протекает эндотермическая реакция со значительным снижением температуры воды. Сохранению тепла также способствует и выполнение емкости 4 с теплоизоляцией.
Полученный раствор аммиачной селитры из емкости 4 поступает в емкость 6. После приготовления раствора аммиачной селитры в него вводят второй компонент бинарной смеси - нитрит натрия. Порошок нитрита натрия вводится в циркулирующий по системе трубопроводов раствор аммиачной селитры через воронку 2 и производится смешивание компонентов аналогично вышеописанному процессу.
В процессе приготовления бинарной смеси производится постоянный контроль различных параметров получаемого раствора, в том числе плотности, температуры и уровня pH, который не должен превышать требуемых пределов, чтобы предотвратить преждевременную реакцию между компонентами бинарной смеси. Для стабилизации полученного раствора в него добавляются химические реагенты, которые могут поставляться как в порошковом виде (сухом веществе), так и в жидком состоянии. Для этого установка предусматривает узлы 8 и 9 подачи сухих и жидких реагентов. Сухие компоненты поступают из приемных бункеров 20, 21 в пассивное сопло эжектора 22, через активное сопло 23 которого протекает отобранный из емкости 6 раствор. Готовый раствор с добавленными в него химическими реагентами поступает в осреднительную емкость 4 для окончательного растворения либо сразу в расходную емкость 6. При использовании жидких реагентов последние подаются из соответствующих емкостей для их хранения насосами-дозаторами непосредственно в раствор из расходной емкости 6.
Для инициации термохимической реакции, протекаемой в нефтегазоносном пласте при закачке в него полученной бинарной смеси, в раствор бинарной смеси, подаваемый из емкости 6, непосредственно перед его закачкой добавляют инициаторы реакции.
Изобретение позволяет осуществлять качественное приготовление растворов бинарных смесей с заданными контролируемыми параметрами.