EP0061494B1 - Renforcement thermique - Google Patents

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EP0061494B1
EP0061494B1 EP81902877A EP81902877A EP0061494B1 EP 0061494 B1 EP0061494 B1 EP 0061494B1 EP 81902877 A EP81902877 A EP 81902877A EP 81902877 A EP81902877 A EP 81902877A EP 0061494 B1 EP0061494 B1 EP 0061494B1
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Charles E. Burrill, Jr.
Martin E. Smirlock
Ira P. Krepchin
Brian J. Doherty
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B36/00—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones
    • E21B36/02—Heating, cooling, insulating arrangements for boreholes or wells, e.g. for use in permafrost zones using burners

Claims (21)

1. Appareil de traitement thermique pour excavations ou forages souterrains, comprenant
-une structure (76) d'étape de combustion présentant une structure (164) à zone d'inflammation dans laquelle un mélange combustible-comburant est enflammé,
-des moyens de pulvérisation (84) pour pulvériser un liquide,
caractérisé par le fait que
-ledit mélange combustible-comburant renferme un combustible liquide,
-ladite structure (76) d'étape de combustion présente une structure (76) à bone de combustion aval d'une longueur suffisante pour assurer la combustion sensiblement complète dudit mélange combustible-comburant;
-une structure (78) d'étape d'injection de liquide est prévue en aval de ladite structure d'étape de combustion, par l'intermédiaire de laquelle des produits de combustion à haute température circulent à partir de ladite structure (76) d'étape de combustion; et
-lesdits moyens de pulvérisation (84) pulvérisent un liquide devant être vaporisé dans ladite structure (78) d'étape d'injection de liquide de telle sorte que des produits de combustion et du liquide vaporisé soient décharges dans la formation souterraine (14) devant être traitée.
2. Appareil selon la revendication 1,
caractérisé par le fait que
-ladite structure (76) d'étape de combustion présente une chambre allongée (80) de zone de combustion ayant une longueur représentant au moins cinq fois sa dimension en largeur de section transversale, et
-ladite structure (78) d'étape d'injection de liquide présente une chambre tubulaire allongée (82) de dimension similaire, alignée axialement avec ladite chambre (80) de zone de combustion.
3. Appareil selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé par le fait que
-ledit moyens de pulvérisation comprennent une rangée de buses pulvérisatrices (84) implantées dans la paroi de ladite chambre (82) de zone de vaporisation pour pulvériser un liquide dans ladite chambre (82) de zone de vaporisation, en vue d'une interaction avec le flux de produits de combustion provenant de ladite chambre (8) de zone de combustion.
4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérusé par
-une structure d'étanchement (36) adjacente à ladite structure (76) d'étape de combustion, pour entrer en contact de manière étanche avec la paroi enveloppante du puits (10) dans lequel ledit appareil est installé, et
-une structure présentant des passages traversants pour délivrer un combustible, un comburant et un liquide à des parties constitutives situées en aval de ladite structure d'étanchement (36).
5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par le fait que
-ladite structure (76) d'étape de combustion comprend une garniture (172) en un matériau réfractaire, et un passage annulaire (154) de circulation de liquide entourant ladite garniture (172) de la chambre de combustion.
6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par le fait que
-ladite structure (164) à zone d'inflammation comprend une buse d'atomisation (122) pour pulvériser un cône de combustible liquide atomisé dans ladite zone d'inflammation, et une structure (144) d'écoulement tourbillonnaire pour introduire un comburant gazeux dans ladite zone d'inflammation (164), en vue d'un mélange avec le combustible.
7. Appareil selon la revendication 6,
caractérisé par le fait que
-ladite structure à zone d'inflammation présente une structure d'éranglement à stabilisateur de flamme (60) du type convergent-divergent en aval de ladite buse d'atomisation (122).
8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par
-un manchon allongé commun (152) dans lequel ladite structure (76) d'étape de combustion et ladite structure (164) d'étape d'injection de liquide sont logées en alignement axial, avec un passage annulaire (154) s'étendant sur la longueur des deux structures précitées (76, 164) pour délivrer un liquide auxdits moyens de pulvérisation (84), et présentant un diamètre externe plus petit que le diamètre interne du puits dans lequel ledit appareil doit être déployé.
9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé par le fait que
-ladite structure d'étape de combustion comprend un dispositif à gaines tubulaires de refroidissement (150', 202), une unité (224) à chambre tubulaire de combustion disposée à l'intérieur dudit dispositif à gaines de refroidissement (150', 202), présentant une tube monobloc (234) en un matériau réfractaire muni d'une surface interne (236) qui délimite une zone de combustion, un manchon de renforcement (230) entourant ledit tube (234) et s'étendant sur sa longueur, dont la surface externe (240) est espacée (figure 4) de moins d'un millimètre de la surface interne (242) dudit dispositif à gaines de refroidissement (150', 202) en condition d'attente, assurant une durée de séjour suffisante pour mener à terme la combustion dudit mélange combustible-comburant à l'intérieur de ladite unité (224) à chambre de combustion, de telle sorte que le flux de produits de combustion décharge à partir de l'extrémité de ladite unité (224) à chambre de combustion, à distance de ladite structure (164') à zone d'inflammation, soit sensiblement exempt de particules.
10. Appareil selon la revendication 9,
caractérisé par le fait que
-le matériau et les paramètres dimensionnels de ladite unité (224) à chambre de combustion sont tels que ledit matériau réfractaire (224) soit soumis à compression d'un bout à l'autre du fonctionnement du système, englobant à la fois les séquences de démarrage et de refroidissement.
11. Appareil selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que
-ladite unité (224) à chambre de combustion présente un matériau (238) reliant ledit manchon (230) audit tube réfractaire (234), qui possède un gradient thermique notablement plus grand que le gradient thermique dudit matériau réfractaire, ou dudit manchon de renforcement (230).
12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 11,
caractérisé par le fait que
-le matériau dudit tube réfractaire (234) est un composé de silicium.
13. Appareil selon l'une quelconque des revendications 9-12,
caractérisé par le fait que
-ledit manchon de renforcement (230) présente un revêtement d'isolation thermique (232) sur sa surface externe.
14. Appareil selon l'une quelconque des revendications 9-13,
caractérisé par le fait que
-ledit manchon de renforcement (230) est en alliage métallique à haute température,
-ledit tube monobloc (234) est en carbure de silicium coulé, et
-ledit matériau de liaison (238) renferme de l'oxyde d'aluminium.
15. Procédé pour extraire des hydrocarbures et substances analogues de formations géologiques souterraines,
comprenant les étapes consistant à
-positionner une structure à chambre de combustion au fond du forage au voisinage immédiat de la formation géologique souterraine devant être traitée,
-faire circuler un comburant et une combustible au fond du forage vers ladite structure à chambre de combustion, caractérisé par le fait
-qu'un mélange combustible-comburant renfermant un combustible liquide en une proportion égale ou inférieure à la valeur stoechiométrique est enflammé dans ladite structure placée au fond du forage, et
-que le mélange comburant-combustible en combustion est mis en circulation, à travers ladite structure à chambre de combustion, à vitesse telle que le mélange en combustion soit retenu dans ladite chambre jusqu'à ce que la combustion soit sensiblement achevée, et de flux de produits de combustion résultant, substantiellement exempt de particules et d'oxygène, soit mis en circulation à partir de ladite chambre de combustion, de manière à affluer dans la formation géologique souterraine devant être traitée.
16. Procédé selon la revendication 15,
caractérisé par le fait que
-la paroi de ladite structure à chambre de combustion qui délimite la zone de combustion est maintenue, lors dudit processus de combustion, à une température excédant 1100°C.
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16,
caractérisé par la présence
-d'une zone à flux de comburant tourbillonnaire forcé dans ladite zone d'inflammation et
-d'une zone à flux inverse fortement agité en aval de ladite zone à tourbillon forcé, à l'extrémité supérieure de ladite chambre de combustion, afin d'augmenter le taux de combustion.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17,
caractérisé par
-une mise en circulation dudit flux de produits de combustion résultant, à travers une zone de vaporisation,
-avec injection simultanée de liquide dans le flux de produits de combustion en circulation, de telle sorte qu'un mélange résultant, de produits de combustion et de liquide vaporisé, soit déchargé dans la formation souterraine devant être traitée.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 18,
caractérisé par le fait que
-ledit comburant est de l'air,
-ledit combustible est du fioul et
-ledit liquide est de l'eau.
20. Procédé selon la revendication 19,
caractérisé par le fait que
-ledit mélange air-combustible est brûle, dans ladite zone de combustion, sous une pression d'au moins environ 35 kp/cm2 et avec un taux de brûlage d'au moins environ 2,6 GJ.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 20,
caractérisé par le fait que
-ladite zone de combustion présente une longueur d'au moins cinq fois sa dimension en largeur de section transversale, et
-ladite zone de vaporisation est alignée axialement avec ladite zone de combustion.
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EP0061494A4 EP0061494A4 (fr) 1984-09-28
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