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. Установка для генерирования пара содержит оснащенный горелочным устройством паровой котел, имеющий вход для подвода на парообразование воды, выход для отвода пара, имеющий возможность соединения с нагнетательной скважиной и дымовую трубу для удаления дымовых газов, а также емкость для сырой воды, связанную с входом модуля водоподготовки. Установка оснащена модулем связывания кислорода и сепаратором, в полости которого установлен змеевик, имеющий возможность своим входом соединения с выходом котла для отвода пара, а выходом - с полостью сепаратора, при этом, сепаратор в верхней части имеет отвод для вывода пара, а в нижней - для вывода воды, связанный с емкостью для сырой воды, вход модуля связывания кислорода связан с выходом модуля водоподготовки, а выход - с входом котла, предназначенным для подвода воды на парообразование. 2 з.п. ф-лы, 1 илл.

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, обеспечивающее функционирование парогазогенератора, 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 работы парогазогенератора 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 посредством 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, (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, затруднено управление процессом парообразования, для проведения ремонта и обслуживания оборудования необходимо извлекать его из скважины.

Известно устройство для получения пара, включающее паровой котел, куда вода из емкости 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. При похождении через паровой котел, в который подаются 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.).

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 подготовки воды и топлива перед подачей их соответственно в паровой котел и на сжигание, снижает производительность работы по пару, требует довольно частого ее обслуживания для удаления накапливающихся в котле отложений. В известном устройстве не предусмотрена возможность подготовки оптимального состава подаваемого на сжигание топлива, что снижает эффективность работы устройства.

Известна установка для генерирования пара, содержащая паровой котел, имеющий теплоизолированный корпус, в котором размещен конвективный пучок труб, соединенный на входе с линией подготовки воды, а на выходе - с линией отвода (отбора) полученного из воды пара. На верхней части корпуса котла установлено горелочное устройство. Установка содержит линию подготовки топлива (газа), подаваемого на горелочное устройство. Линия подготовки топлива включает фильтр, для очистки подаваемого газа, выход которого связан с регулятором давления газа, а выход регулятора через компенсатор связан с входом горелочного устройства. Линия подготовки воды включает емкость для сырой воды, связанную с модулем водоподготовки. В линии связи емкости для сырой воды и модуля водоподготовки включен насос для перекачки воды из емкости в модуль. Выход модуля водоподготовки связан с емкостью питательной воды, которая связана с водяным входом конвективных труб парового котла. Паровой выход котла имеет возможность связи с нагнетательной скважиной и/или с теплообменником подогрева сырой воды, которая прокачивается через него перед подачей в емкость. Для обеспечения распределения пара по магистралям его подачи на скважину и/или теплообменник предусмотрены регулируемые задвижки, а на линии отвода пара предусмотрен клапан аварийного сброса пара. Работа установки начинается с подготовки воды, предназначенной для получения пара и обеспечения работы установки, и подготовки топлива, которые могут осуществляться параллельно. Подготовка воды к парообразованию осуществляется в несколько этапов. На первом этапе исходную воду осветляют, 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 углекислотной коррозии. В модуль подогретая в теплообменнике вода подается насосом из емкости для сырой воды. Очищенная вода подается в емкость для хранения питательной воды и подачи ее на водяной вход котла для получения пара. Для подготовки топлива, подаваемого от газонасосной станции, первоначально в фильтре осуществляется его очистка от механических примесей и излишков влаги, после чего очищенный газ через регулятор давления и компенсатор поступает на горелочное устройство, где поджигается и продукты его сгорания, перемещаясь в рабочем объеме котла, обтекают конвективные пучки труб, отдавая тепло прокачиваемой через них воде, результате чего вода нагревается, превращаясь в пар, а дымовые газы отводятся из полости котла в атмосферу. В процессе работы установки, в зависимости от положения регулируемых задвижек, полученный в котле пар подается либо на нагнетательную скважину, либо в теплообменник для подогрева подаваемой в емкость сырой воды, либо одновременно на нагнетательную скважину и в теплообменник. При повышения давления пара выше расчетного, срабатывает клапан аварийного сброса давления пара в атмосферу; см. патент РФ на полезную модель 104965 кл. Е21В 43/24, 2010 г. - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известной установки необходимо отметить, что для ее функционирования используются достаточно качественно подготовленные топливо (газ) и вода, что повышает срок службы агрегатов установки и уменьшает выбросы продуктов сгорания топлива а атмосферу. Полученный пар может быть использован по нескольким назначениям - для подачи в скважину и/или для подогрева сырой воды. Однако в случае перекрывания подачи пара в скважину необходимо либо останавливать установку, либо сбрасывать полученный пар в атмосферу, что значительно снижает эффективность ее работы, так как запуск установки занимает довольно много времени, что весьма часто делает невозможным его оперативную подачу в скважину, а сброс пара в атмосферу резко снижает эффективность работы установки, кроме того, наличие кислорода в подаваемой на пар воде снижает срок эксплуатации агрегатов котла.

Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка конструкции установки для генерирования пара, обеспечивающей подачу пара в скважину и прерывание его подачи строго в соответствии с технологическим регламентом и повышение эффективности ее работы за счет исключения непроизводительных потерь пара, а также увеличение срока эксплуатации агрегатов котла.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке для генерирования пара, содержащей оснащенный горелочным устройством паровой котел, имеющий вход для подвода на парообразование воды, выход для отвода пара, имеющий возможность соединения с нагнетательной скважиной и дымовую трубу для удаления дымовых газов, а также емкость для сырой воды, связанную с входом модуля водоподготовки, новым является то, что установка оснащена модулем связывания кислорода и сепаратором, в полости которого установлен змеевик, имеющий возможность своим входом соединения с выходом котла для отвода пара, а выходом - с полостью сепаратора, при этом, сепаратор в верхней части имеет отвод для вывода пара, а в нижней - для вывода воды, связанный с емкостью для сырой воды, вход модуля связывания кислорода связан с выходом модуля водоподготовки, а выход - с входом котла, предназначенным для подвода воды на парообразование, причем к горелочному устройству подведены трубопроводы подачи газа и воздуха, причем на трубопроводе подачи воздуха установлен теплообменник для подогрева воздуха дымовыми газами, а установка может быть оснащена резервуаром для сбора концентрата, связанным с модулем водоподготовки.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема установки для генерирования пара.

Установка содержит паровой котел 1, в котором размещен конвективный пучок труб, соединенный на входе с линией подачи подготовленной к парообразованию воды, а на выходе - с линией отвода полученного из воды пара.

На верхней части корпуса котла установлено горелочное устройство 2, топливные форсунки (не показаны) которого направлены в полость котла. Газ в горелочное устройство 2 поступает от газораспределительной станции (не показана).

Продукты сгорания топлива (дымовые газы) от котла отводятся через дымовую трубу 3. На дымовой трубе установлен теплообменник 4, предназначенный для подогрева воздуха, подаваемого по трубопроводу 5 в горелочное устройство 2 для приготовления газовоздушной топливной смеси.

Линия подготовки воды к парообразованию включает емкость 6 для сырой воды, закачиваемой насосом (не показан) из источника. Для обеспечения функционирования установки могут быть использованы различные источники воды (озера, реки, скважинная вода и оборотная вода, поступающая на нагнетательные скважины и пр.). Емкость 6 связана с модулем 7 водоподготовки. В магистрали связи емкости 6 с модулем 7 включен насос 8 для перекачки воды из емкости 6 в модуль 7.

Модуль водоподготовки может быть выполнен различным известным образом. Его выполнение зависит от ряда факторов - состояния исходной воды, подаваемой из источника, требуемой производительности модуля 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.

Как правило, модуль водоподготовки включает последовательно соединенные фильтры механической очистки, засыпные фильтры, ионообменные фильтры. Конкретный тип (типы) фильтров, их количество может быть различным и зависит от факторов, приведенных выше. Для каждого этапа водоподготовки в модуле 7 может быть использовано несколько установленных параллельно фильтров. В принципе, модуль водоподготовки может иметь и иное, отличное от описанного выше исполнение. В любом случае, исполнение данного модуля зависит от состава подаваемой на парообразование воды, количества и видов примесей в ней, а также производительности парового котла. Конкретное исполнение модуля водоподготовки без труда определяется специалистами. Концентрат от модуля водоподготовки отводится в резервуар 9 сбора концентрата.

Выход модуля 7 связан с модулем 10 связывания кислорода (насос в линии связи модулей 7 и 10 не показан). Модуль 10 предназначен для связывания кислорода, находящегося в очищенной воде, прошедшей модуль водоподготовки. 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, что приводит к выходу агрегатов установки из строя. С повышением температуры воды растворимость кислорода уменьшается и увеличивается его агрессивность. Модуль 10 может быть выполнен различным известным образом. Наиболее часто используется ведение в воду связывающего кислород реагента (например, сульфат натрия). Для этого модуль 10 содержит емкость, куда заливается вода и в нее дозированно из бункера подается реагент, после чего полученная смесь перемешивается и смесь воды и реагента по трубопроводу насосом 11 подается в котел 1 на вход конвективных труб. Проходя по конвективным трубам смесь воды и реагента постепенно нагревается и при достижении реакционной температуры начинается химическая реакция и находящийся в воде кислород связывается реагентом.

Линия 12 отвода пара связана с паровым выходом конвективных труб котла 1. Данная линия имеет возможность связи с нагнетательной скважиной и/или с сепаратором 13 пара. Для обеспечения распределения пара по магистралям его подачи на скважину и/или сепаратор на трубопроводах пара предусмотрены регулируемые задвижки 14 и 15. Сепаратор 13 имеет в полости змеевик, связанный с линией отвода пара, выход которого сообщен с его полостью в верхней его части. В верхней части сепаратор 13 имеет выход 16 для отвода пара, а в нижней - линию 17 для отвода воды из полости, которая связана с емкостью 6.

Естественно, что для обеспечения функционирования установка оснащена источником питания, магистралями транспортирования газа, воздуха, 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 генерирования пара работает следующим образом.

Работа установки начинается с подготовки воды, предназначенной для получения пара и подготовки топлива, сжигаемого в горелочном устройстве 2, которые могут осуществляться параллельно.

Сырую воду насосом закачивают в емкость 6.

Из емкости 6 вода насосом 8 подается в модуль 7 водоподготовки.

Подготовка воды в модуле 7 осуществляется в несколько этапов в зависимости от конкретного выполнения модуля водоподготовки.

Так, например, 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 углекислотной коррозии.

Из модуля 7 концентрат направляют в резервуар 9, а подготовленная к парообразованию вода подается насосом на модуль 10 связывания кислорода, в котором осуществляется смешивание воды с реагентом, связывающим кислород.

После прохождения модуля 10 вода подготовлена к парообразованию.

Подготовленная в парообразованию вода насосом 11 подается под давлением 250-300 кг/см² на вход конвективных труб котла 1.

Подготовку топлива осуществляют следующим образом.

При подаче газа от газораспределительной станции (не показана) в горелочное устройство он смешивается с воздухом, подаваемым в горелочное устройство по трубопроводу 5. В результате в форсунки горелочного устройства подается газовоздушная смесь. Весьма важно, что при подаче воздуха, он подогревается в теплообменнике 4 дымовыми газами, отводимыми через дымовую трубу 3, что улучшает условия горения топливной смеси и способствует более полному ее сгоранию.

В горелочном устройстве 2 газовоздушная смесь поджигается и продукты ее сгорания, перемещаясь в рабочем объеме котла сверху вниз, 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 через дымовую трубу 3 в атмосферу.

На стадии запуска установки перекрывается линия подачи пара в нагнетательную скважину и открывается в сепаратор. Пока котел не вышел на тепловой режим, испарения воды не происходит и по линии отвода пара вода поступает в полость сепаратора, заполняя его до заданного уровня, после чего излишки воды отводятся в емкость сырой воды. После разогрева котла начинается процесс парообразования из поступающей на его вход воды и доступ пара в сепаратор перекрывают и открывают подачу пара на нагнетательную скважину.

Полученный в котле пар, в зависимости от положения регулируемых задвижек 14 и 15, подается либо на нагнетательную скважину, либо в сепаратор 13, либо одновременно на нагнетательную скважину и сепаратор 13. Пар в сепаратор 13 направляют в случае, когда необходимо на определенное время прекратить подачу пара в скважину. Использование в данной ситуации сепаратора позволяет не прерывать работу установки, не выпускать весь полученный пар в атмосферу, а частично охлаждать пар, пропуская его через змеевик сепаратора и через выход 16 подавать потребителям или сбрасывать в атмосферу, а конденсированный в сепараторе пар через отвод 17 подавать, например, в емкость 6, что значительно упрощает процесс последующей водоподготовки, так как данная вода уже очищена от примесей, подогрета и полностью подготовлена в парообразованию.

Применение в конструкции установки сепаратора при временном прекращении подачи пара в скважину позволяет использовать полученный пар для производственных нужд или конденсировать его, направляя полученную воду на повторный цикл парообразования, что позволяет не прерывать работу установки и в случае необходимости быстро обеспечить подачу пара на скважину.

Применение в установке модуля связывания кислорода позволяет связывать кислород в процессе парообразования, что значительно увеличивает срок эксплуатации котла. Весьма важно также и то, что полученный в котле пар содержит минимальное количество кислорода, а это позволяет увеличить срок эксплуатации сепаратора и оборудования скважины, предназначенного для подачи пара в пласт для повышения его продуктивности.

Подогрев газовоздушной топливной смеси обеспечивает наиболее полное сгорание топлива, что повышает эффективность парообразования и снижает выброс вредных веществ в атмосферу.

Управление установкой может быть осуществлено в ручном или автоматическом режиме.

Установка может быть выполнена в стационарном исполнении или размещена на транспортабельной платформе, перемещаемой автотракторными средствами.

1. Установка для генерирования пара, содержащая оснащенный горелочным устройством паровой котел, имеющий вход для подвода на парообразование воды, выход для отвода пара, имеющий возможность соединения с нагнетательной скважиной и дымовую трубу для удаления дымовых газов, а также емкость для сырой воды, связанную с входом модуля водоподготовки, отличающаяся тем, что установка оснащена модулем связывания кислорода и сепаратором, в полости которого установлен змеевик, имеющий возможность своим входом соединения с выходом котла для отвода пара, а выходом - с полостью сепаратора, при этом сепаратор в верхней части имеет отвод для вывода пара, а в нижней - для вывода воды, связанный с емкостью для сырой воды, вход модуля связывания кислорода связан с выходом модуля водоподготовки, а выход - с входом котла, предназначенным для подвода воды на парообразование.

2. Установка для генерирования пара по п.1, отличающаяся тем, что к горелочному устройству подведены трубопроводы подачи газа и воздуха, причем на трубопроводе подачи воздуха установлен теплообменник для подогрева воздуха дымовыми газами.

3. Установка для генерирования пара по п.1, отличающаяся тем, что она оснащена резервуаром для сбора концентрата, связанным с модулем водоподготовки.