Оборудование и устройства, применяемые при внутрипластовом горении

Как уже отмечалось, ввод тепла для зажигания пласта, в котором содержится трудно-окисляемая нефть, можно осуществить специальными глубинными огневыми и электрическими нагревателями.

При разработке нефтеносных пластов для инициирования горения в зажигательной скважине используются:

• 1) глубинные огневые нагреватели, привод в действие которых осуществляется с помощью газового и жидкого топлив;
• 2) глубинные электрические нагреватели, для привода которых используется переменный ток.

В Советском Союзе и за рубежом уже созданы разнообразные конструкции глубинных нагревателей.

Глубинные газовые горелки, используемые для возгорания нефти, содержащейся в нефтяном пласте, подразделяются следующим образом:

• 1) инжекционные — топливо и окислитель подаются к горелке раздельно, затем окислитель инжектируется в горелку в количестве, необходимом для полного сжигания газа;
• 2) смесительные — горючая смесь поступает в горелку в подготовленном виде;
• 3) беспламенные — горючая смесь сжигается в керамических насадках различной конструкции.

Имеются и другие виды газогорелочных устройств: диффузионные, факельные я т. д., отличающиеся некоторыми особенностями.

Спуск нагревателей на забой зажигательной скважины обычно производится с помощью труб, троса или каната (в зависимости от конструкции газогорелочного устройства).

На рис. 12 показан глубинный воздушный огневой нагреватель, состоящий из заборной камеры 1 с соплом 3, эжектора 4 и перфорированной трубы 5, на верхнем конце которой смонтировано (снаружи) зажигающее устройство 6. Нагреватель опускается в насосно-компрессорные трубы на канате 2. Его заборная камера с приемными отверстиями устанавливается в нижней части насосно-компрессорной колонны, которая одновременно служит для подачи горючего газа. Газ из заборной камеры через приемные отверстия и сопло 3 направляется в эжектор 4, где смешивается с инжектируемым воздухом, поступающим из межтрубного пространства. Воздушная смесь после прохождения через перфорированный хвостовик, длина которого около 4,5 м., поджигается с помощью устройства 6 (электрического или химического действия). Для стабилизации горения и равномерного распределения пламени по всей длине хвостовик окружен перфорированным металлическим кожухом.

Поток воздуха-окислителя нагнетается по кольцевому межтрубному пространству зажигательной (нагнетательной) скважины. Часть его инжектируется в газовую горелку, а остальной поток направляется вдоль хвостовика горелки на забой, где обеспечивает полное сгорание топлива и участвует в окислении пластовой нефти.

Нагреватель повышает температуру на забое скважины до 260 °C в течение суток.

Предлагаются воздушные нагреватели со вставными насадками, у которых камера сгорания присоединяется к нижнему концу компрессорной колонны, а непосредственно над камерой располагается сменная насадка с системой узких щелей, препятствующих проникновению пламени компрессорной колонны. В случае засорения щелей насадку извлекают и заменяют. Продукты сгорания поступают в диффузор и далее через перфорированный хвостовик в пласт.

В другом варианте между диффузором и хвостовиком смонтирован обратный клапан, обеспечивающий движение потока газов в одном направлении.

Предлагаются нагреватели факельного сжигания топлива. Здесь горючая смесь поступает к отверстиям, располагаемым вдоль всей длины горелки, причем топливо и воздух, подаваемые в камеру сгорания, предварительно нагревают.

Предложено нагревательное забойное устройство U-образной формы, в котором продукты сгорания отводятся через параллельные колонны труб. Ниже камеры сгорания размещается керамический коленчатый изгиб, через огнеупорные стенки которого нагревается призабойная зона. Воздушная смесь, подаваемая в горелку, охлаждается циркулирующей водой. В другой конструкции между камерой сгорания и коленчатым изгибом расположена труба узкого сечения для турбулизации потока дымовых газов, что обеспечивает лучший обогрев стенок коленчатого изгиба.

Имеются конструкции беспламенных нагревателей с цилиндрическим корпусом, изготовленным из пористого керамического огнеупорного материала. После зажигания смеси в порах корпуса происходит беспламенное горение, что позволяет обеспечить полное сгорание топлива и избежать засорения призабойной зоны сажей. В процессе горения керамический корпус горелки нагревается докрасна и излучает тепло в нефтенасыщенный пласт. В другом варианте предусматривается создание пористой керамической конструкции непосредственно в скважине вокруг перфорированного корпуса горелки. При промысловом испытании нагревателей подобного типа доказана возможность создания фронта горения с температурой 800−900°С. Технические данные нагревателя, работающего на газообразном топливе, разработанного ИГ и РГИ совместно с институтом Краснодар нефтяной проект.

Основные узлы конструкций представленных глубинных огневых нагревателей выполнены из сталей жаропрочных марок.

Глубинные нагреватели, эксплуатирующиеся на жидком топливе (рис. 13). Нагреватели подобного типа могут конструироваться для сжигания различных видов жидкого топлива (нефть, мазут, дизтопливо и т. п.).

Нагреватель опускается на забой скважины на насосно-компрессорных трубах, по которым затем подается топливовоздушная смесь при определенном давлении. Давление в процессе работы может регулироваться с поверхности в широком диапазоне. До поступления в камеру сгорания топливо и воздух разделяются в сепараторе.

Нагреватель снабжен запальным устройством. Горение осуществляется по диффузионному принципу при избытке воздуха (а = 2,2 — 3). Тепловая мощность нагревателя регулируется в пределах 50- 200 тыс. ккал/ч.

Глубинные электрические нагреватели. Воспламенение (зажигание) пластовой нефти с помощью забойных электрических нагревателей — наиболее распространенный способ инициирования горения. Разработаны и прошли промысловые испытания различные надежные конструкции нагревателей тепловой мощностью 30- 50 тыс. ккал/ч (45−75 кВт).

Электрические нагреватели спускают в скважину на армированном кабель-тросе, обладающем достаточной механической прочностью и выдерживающем относительно высокие температуры в жидкостной среде.

В Советском Союзе имеются кабели, которые отвечают необходимым требованиям работы в скважинных условиях при тепловых обработках.

Нагреватели питаются электроэнергией от общей промысловой сети или от специальных передвижных электрогенераторов. Например, передвижные дизель генераторы, выпускаемые в Советском Союзе, можно применять в промысловых условиях.

На рис. 14 показан забойный электронагреватель, который может эксплуатироваться продолжительное время в скважине при температуре до 725 °C.

Длина корпуса нагревателя определяется мощностью обрабатываемого нефтеносного пласта. Корпус его окружен тонкостенным кожухом из термостойкого сплава и состоит из трех секций: нагревательной, теплоизолированной и головной.

В нагревательной секции размещены два спиральных тепловыделяющих элемента. К головной секции крепится колонна протекторных труб для защиты силового кабеля. Нагреватель работает на переменном токе напряжением 480 В через автотрансформатор, позволяющий регулировать напряжение.

На рис. 15 показан глубинный электрический нагреватель, разработанный ИГ и РГИ.

Имеются нагреватели с U-образными и с прямыми элементами мощностью 10,5 и 13,2 кВт (8 и 10 тыс. ккал/ч) соответственно, а также и большей мощности.

Глубинные нагреватели с прямыми элементами представляют собою цилиндр с максимальным диаметром 140 мм. и длиной 3030 мм. Состоит он из головной части, хвостовика, нагревательных элементов ЭТ-160 и кожуха. Общая мощность двенадцати элементов длиной по 1600 мм., составляет 13,2 кВт (10 тыс. ккал/ч). Рассчитаны нагреватели на напряжение 380 или 760 В.