Парогазогенераторная установка (скважинная)

Разработанная в ОАО «Роснефть-Терм-нефть» (завод «Нефтетерммаш») парогазогене­раторная установка «Дракон» УПГГ-10/16 пред­назначена для выработки парогазового тепло­носителя непосредственно на забое 6-дюймо­вой скважины производительностью 10 т/ч при давлении 16 МПа с температурой до 350° С и проведения циклических тепловых обработок призабойных зон скважин парогазовой смесью.

Агрегат, представляющий собой малогаба­ритную камеру сгорания высокого давления, в которую наряду с подачей топлива и окислите­ля (воздуха) впрыскивается под давлением вода, обеспечивающая при испарении получение сме­си продуктов органического топлива с водяным паром, т. е. парогазовую смесь (парогаз).

Скважинный парогазогенератор позволяет непосредственно на забое скважины генериро­вать теплоноситель, в химический состав кото­рого входит не только вода (50%), но и азот (38%) и углекислый газ (12%). Его применение позво­ляет отказаться от использования теплоизоли­рованных насосно-компрессорных труб, осуще­ствлять тепловые методы разработки пластов в экстремальных геологических условиях (вечная или частичная мерзлота) и положительно решать вопросы охраны окружающей среды, т. к. про­дукты сгорания закачиваются вместе с тепло­носителем в нефтяной пласт.

Температура парогазовой смеси на выходе из аппарата зависит в основном от количества впрыскиваемой воды и может регулироваться в диапазоне 150—350° С.

Парогазогенераторы могут быть двух типов: наземные и глубинные (забойные), и представля­ют собой цилиндрическую трубу с максимальным наружным диаметром 130 мм и длиной до 2 м. Общий вес генератора составляет порядка 80 кг.

Парогазогенератор представляет собой ка­меру сгорания с воздушным или водяным ох­лаждением через рубашку со спиральными ка­налами. Топливо подается через форсунку в головной части камеры, в которой размещает­ся запальное устройство с завихрителем для подачи воздуха. Впрыскивание воды для обра­зования парогазовой смеси осуществляется с помощью сопел, размещенных у хвостовой ча­сти камеры (рис. 72).

Все пароциклические обработки парогазо­вым теплоносителем проводились на базе мо­дернизированной установки, работа которой обеспечивалась одной компрессорной станцией СД-9/101 и на режимах выработки парога­зовой смеси, в составе которой практически отсутствовал свободный углерод.

;

Данная парогазогенераторная установка со­стоит из 4 основных блоков [116]:

первый — блок контроля и управления, ко­торый смонтирован на автомобильном шасси и обеспечивает дистанционный контроль и управ­ление работой парогазогенератора

второй — блок насосов подачи воды и топ­лива к парогазогенератору, которые смонтиро­ваны на автомобильном прицепе. Кроме насо­сов на данном блоке смонтированы емкости приема воды и топлива, а также агрегаты авто­матического управления техническими канала­ми подачи воды, топлива и воздуха к парогазо­генератору;

третий — блок компрессоров, в состав ко­торого входят две (рабочая и резервная) пере­движные станции СД-9/101 с давлением нагнетания 10,1 МПа и производительностью 9 нм³/ мин. каждая;

четвертый — блок парогазогенераторный, который для наземной эксплуатации смонтиро­ван на жесткой раме и располагается непосред­ственно у скважины.

Технологический блок установки смонтиро­ван на шасси автомобиля КрАЗ и состоит из (рис. 73): обратного клапана — 1, гасителя скоро­сти теплоносителя — 2, парогазогенератора — 3, технологических трубопроводов подачи топ­лива — 4, воздуха — 5 и воды — 6, контрольно-силового кабеля — 7, пульта управления рабо­той парогазогенератора — 8, насоса (3 штуки) подачи топлива — 9, насоса подачи воды — 11 и емкости для хранения топлива — 10.

Агрегаты, отмеченные позициями 1—7, транспортируются в технологическом блоке. При работе на промысле оборудование 1—3 монтируется непосредственно на устье скважи­ны, а оборудование 4—7 устанавливается меж­ду устьем скважины и технологическим блоком.

Принцип работы парогазогенератора (рис. 74) состоит в следующем:

— воздух высокого давления от передвиж­ной компрессорной станции и дизельное топ­ливо любой марки насосом подаются в камеру сгорания высокого давления, где происходит сжигание топливно-воздушной смеси с темпе­ратурой до 1600° С и образуются газообраз­ные продукты сгорания топлива, в состав ко­торых входят азот, окись углерода и двуокись углерода;

— вода (техническая или пластовая без пред­варительной химической подготовки) насосом подается в рубашку охлаждения камеры сгора­ния высокого давления и из нее в испаритель­ную камеру в том количестве, которое обеспе­чивает требуемую температуру парогазовой смеси на выходе из генератора (150—350° С);

— температура наружной поверхности па­рогазогенератора по длине камеры сгорания составляет 30—75° С, а по длине испарительной камеры — 150—350° С.

Рабочие параметры установки и парогазовой смеси при одной работающей компрессорной стан­ции СД-9/101 приведены в табл. 18 и табл. 19.

Компонентный состав и теплофизические параметры парогазового теплоносителя зависят от начального соотношения между массовым расходом окислителя (воздуха) и топлива, а так­же от начального соотношения между массовы­ми расходами воды и топлива. Первый показа­тель выбирается из условия обеспечения наибо­лее полного использования его химической энер­гии. Для дизельного топлива данное соотноше­ние составляет 14,5+ 15,1, что соответствует ко­эффициенту избытка окислителя а = 1,01+1,05. При работе парогазогенератора соотношение между массовыми расходами окислителя и топ­лива поддерживается постоянным, а изменение температуры парогазовой смеси обеспечивает­ся путем изменения массового расхода воды, подаваемой в парогазогенератор. На рис. 75 при­ведены параметры (температура, массовая доля воды в жидкой фазе) и на рис. 76 — химический состав парогазовой смеси в зависимости от от­ношения массовых расходов воды и топлива при постоянном коэффициенте избытка окислителя (а = 1,0 и а = 2,0) и давлений парогаза,

В качестве основного критерия эффектив­ности парогазогенератора может служить па­раметр, непосредственно связанный с повыше­нием нефтеотдачи или интенсификацией раз­работки нефтяных месторождений. В качестве такого параметра может быть принято отноше­ние дополнительно добытой нефти к произве­денным энергетическим затратам:

Энергозатраты при термическом воздей­ствии на пласт согласно [96] состоят из расхо­дов энергии на получение теплоносителя — W_TЕПЛ, и подачу его в пласт — W_ПОД, где каждое из слагаемых может быть представлено через затраты энергии в соответствующем агрегате.

Количество тепла, поступающего в пласт — W_TЕПЛ при забойном расположении парогазоге­нератора отличается от количества тепла, вы­работанного наземным парогенератором, на величину потерь по стволу скважины глуби­ной Н.

При этом количество дополнительной добы­чи нефти составит:

Затраты энергии на подачу теплоносителя в пласт в общем случае складываются из затрат на компримирование (если один из подаваемых компонентов — газ) и преодоление гидравли­ческих сопротивлений:

С учетом вышеприведенных формул можно получить:

Полученные результаты позволили сделать три основных вывода:

— до глубин 500—600 м технологические показатели двух установок (наземной и забой­ной) практически сравнимы, а затем имеет ме­сто резкое увеличение эффективности приме­нения парогазовых теплоносителей, что связа­но с увеличением тепловых потерь по стволу скважины для наземного парогенератора;

— температура, теплосодержание и хими­ческий состав парогаза могут быть существен­но изменены за счет применения различных топлив или изменения соотношения между ис­ходными компонентами, поэтому в зависимос­ти от условий конкретного месторождения мо­жет быть усилена тепловая и химическая часть воздействия на пласт;

— достоверность полученных результатов во многом определяется точностью задания коэф­фициентов q и С, которые могут быть опре­делены лишь после обобщения соответствую­щих опытно-промышленных испытаний.