глубинный твердотопливный нагреватель

Формула изобретения

Глубинный твердотопливный нагреватель, содержащий топливный контейнер с решетчатым дном, которое снаружи защищено пробкой, корпус запального механизма, полый поршень, который опускается вниз под действием груза, элемент фиксации полого поршня в верхнем положении, узел переключения потока воздуха посредством каналов и клапанных пар, баллон, заполненный воспламеняющей смесью, отличающийся тем, что в топливном контейнере образуют канал подачи воздуха внутри топлива посредством перфорированной трубки, корпус запального механизма выполнен в виде стакана, в днище которого встроен узел переключения потоков воздуха, полый поршень расположен на дне стакана, элементом фиксации полого поршня в верхнем положении является стопорное кольцо, расположенное в пазу, проточенном на внутренней поверхности стакана, а баллон с воспламеняющей смесью расположен на полом поршне.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, частности к тепловой обработке призабойной зоны скважин, и может быть использовано в горнорудной промышленности.

Известно устройство для термокислотной обработки призабойной зоны скважин, включающее контейнер, заполненный магниевой стружкой и перфорированный в нижней части, трубопровод для подачи соляной кислоты с поверхности в контейнер и клапан в верхней части контейнера (Авторское свидетельство СССР № 142250, МКИ Е 21 В 43/24, 1961 г.).

Недостатком данного устройства является то, что для теплового воздействия в призабойной зоне необходимо с поверхности подавать соляную кислоту, что является опасным, а также из-за коррозии быстро выходит из строя трубопровод.

Известен глубинный твердотопливный нагреватель, который состоит из топливного контейнера в виде цилиндрического корпуса, футерованного изнутри слоем графита, наполненного брикетами древесного угля, пропитанного нефтью (Патент США № 3376928, кл. 166-38, 1968 г.).

В верхней части корпуса размещается запальный механизм в виде термитного запала, приводимого в действие от батарейного электрозапальника и реле времени. Устройство спускается в скважину на стальном тросе через лубрикатор. После срабатывания запальника древесный уголь воспламеняется и нагревает воздух, проходящий в пласт через корпус устройства.

К недостаткам этого устройства следует отнести необходимость закачки воздуха по эксплуатационной колонне, стенки которой, как правило, покрыты нефтяными отложениями с возможным содержанием пирофорных соединений. Вследствие этого, с повышением давления нагнетаемого воздуха, возрастает опасность самовозгорания и взрыва этих отложений, что делает невозможным применение этого устройства в глубоких скважин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является глубинный твердотопливный нагреватель, который состоит из топливного контейнера, запального механизма и спускного средства. Контейнер заполнен коксом с прослойкой древесного угля, пропитанного воспламеняющимся составом, в качестве которого используется анилин. Во избежание заполнения пустот пластовой водой внутренняя полость нагревателя залита дизельным топливом. В верхней части контейнера установлен узел переключения потока воздуха для продува призабойной зоны, выполненный в виде цилиндра с радиальными каналами, защищенными шариковыми клапанами, и подвижным поршнем. Запальный механизм выполнен в виде перфорированного цилиндрического корпуса, резака, полусферического клапана и эластичного баллона с воспламеняющей смесью. Запальный механизм сбрасывается сверху, приводя в действие нагреватель. (Авторское свидельство СССР № 933958, МКИ Е 21 В 43/24, 1980 г.)

Нагреватель спускается в скважину посредством НКТ. После продува воздухом призабойной зоны запальный механизм через нижнюю задвижку лубрикатора на устье скважине, скидывается вниз. При ударе приводится в движение полый поршень, при этом открывается канал подачи запальной жидкости, полусферический клапан перекрывает канал подачи воздуха в призабойную зону, баллон разрывается резаком, и воспламеняющая смесь попадает в контейнер с топливом. Происходит воспламенение. В процессе горения температура стенок контейнера и продуктов сгорания резко повышается, что способствует интенсивному прогреву призабойной зоны.

К недостаткам этого устройства следует отнести сложность конструкции узла переключателя потока воздуха и запального механизма, а также возможность преждевременного разрыва баллона при падение в НКТ (при ударе о стыки труб), что приведет к несрабатыванию нагревателя.

Задачей настоящего изобретения является создание глубинного твердотопливного нагревателя, более простого, экономичного и надежного.

Поставленная задача решается тем, что в глубинном твердотопливном нагревателе, содержащем топливный контейнер с решетчатым дном, которое снаружи защищено пробкой, корпус запального механизма, полый поршень, который опускается вниз под действием груза, элемент фиксации полого поршня в верхнем положении, узел переключения потока воздуха посредством каналов и клапанных пар, баллон, заполненный воспламеняющей смесью, в топливном контейнере образуют канал подачи воздуха внутри топлива посредством перфорированной трубки, корпус запального механизма выполнен в виде стакана, в днище которого встроен узел переключения потоков воздуха, полый поршень расположен на дне стакана, элементом фиксации полого поршня в верхнем положение является стопорное кольцо, расположенное в пазу, проточенном на внутренней поверхности стакана, а баллон с воспламеняющей смесью расположен на полом поршне.

На чертеже изображен общий вид нагревателя в продольном разрезе (фиг.1). Положение рабочих органов соответствует моменту продува воздухом.

Нагреватель содержит цилиндрический топливный контейнер 2 с решетчатым дном 10, закрытый пробкой 11. Внутри контейнера 2 установлена перфорированная трубка 13, верхняя кромка которой находится выше уровня топлива на 10-30 мм, а нижняя может иметь зазор с дном 10, или может быть установлена в пазе, проточенном в дне 10, или жестко крепится ко дну 10. Перфорированная трубка может быть изготовлена, например, из металла, картона. Корпус запального механизма 1, выполненный в виде стакана, в днище которого встроен узел переключения потоков воздуха, в котором имеются канал (а) для подачи потока воздуха в призабойную зону, клапанная пара 4, которая защищает запальный механизм от попадания жидкости и газа из призабойной зоны, канал (b) для подачи запальной жидкости и воздуха в контейнер 2, клапанная пара 5 которая служит для предотвращения возможного распространение ударной волны по колоне НКТ 9 при резком повышении давления в момент воспламенения, крышка клапана 7 которая служит для фиксации шарика клапанной пары 5. На внутренней поверхности корпуса запального механизма 1 выполнен паз (фиг.2), в котором устанавливается стопорное кольцо 12, фиксирующие полый поршень 6 в верхнем положении. На полом поршне 6 расположен баллон 3 с воспламеняющей смесью. Для привода нагревателя в действие в колону НКТ сверху сбрасывается груз 14, в качестве груза может быть использован любой предмет массой от 0,5 кг до 1 кг и размером, который позволяют свободно двигаться внутри колоны НКТ и разбить баллон 3.

В исходном положении решетчатое дно контейнера 2 закрыто пробкой 11, а его рабочий объем заполнен твердым топливом, внутри которого помещена перфорированная трубка 13, полый поршень 6 зафиксирован в верхнем положении в пазе корпуса запального механизма 1 стопорным кольцом 12, на нем расположен баллон с воспламеняющей смесью. Груз 14 установлен в патрубке лубрикатора с задвижкой в устье скважины.

Нагреватель работает следующим образом. В НКТ 9 подают воздух, который через отверстие в полом поршне 6, клапанную пару 4 и канал (а) в корпусе 1 попадает в призабойную зону и поглощается пластом.

Для воспламенения твердого топлива в контейнере 2 открывают задвижку лубрикатора и сбрасывают груз 14. Под действием груза 14 баллон 3 разрушается, стопорное кольцо 12 раздвигается, полый поршень 6 перемещается в нижнее положение, перекрывает канал (а) для подачи воздуха в призабойную зону и открывает канал (b) для подачи воздуха и воспламеняющей смеси в контейнер 2 через клапанную пару 5 и крышку клапана 7. Воздух проходит через рабочую полость контейнера 2 и через перфорированную трубку 13, равномерно распределяясь в топливе, и выдавливает пробку 11. Воспламеняющая смесь поступает в рабочую полость контейнера 2 и инициирует горение твердого топлива. В случае резкого повышения давления в момент воспламенения клапанная пара 5 перекрывает отверстия в корпусе механизма 1, предотвращая возможное распространение ударной волны по колоне НКТ.

Для поддержания горения в контейнере 2 подача воздуха через канал (b) и трубку 13 продолжается. Равномерное распределение воздуха по всей полости контейнера обеспечивает выравнивание горения и усиливает его эффективность.

Затрубное пространство изолировано от призабойной зоны пакером, установленным на уровне кровли пласта.

Нагреватель предназначен для работы на глубинах до 2500 м и может быть использован на преобладающем большинстве существующих нефтяных скважин для повышения нефтеотдачи глубоко залегающих пластов.