RU2293860C2 - Method of producing inert gas-liquid high-pressure mixtures - Google Patents

Method of producing inert gas-liquid high-pressure mixtures Download PDF

Info

Publication number
RU2293860C2
RU2293860C2 RU2005105830/06A RU2005105830A RU2293860C2 RU 2293860 C2 RU2293860 C2 RU 2293860C2 RU 2005105830/06 A RU2005105830/06 A RU 2005105830/06A RU 2005105830 A RU2005105830 A RU 2005105830A RU 2293860 C2 RU2293860 C2 RU 2293860C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
power plant
air
combustion
inert
Prior art date
Application number
RU2005105830/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005105830A (en
Inventor
Алексей Васильевич Семенов (RU)
Алексей Васильевич Семенов
Юрий Борисович Кобцев (RU)
Юрий Борисович Кобцев
Original Assignee
Алексей Васильевич Семенов
Юрий Борисович Кобцев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Васильевич Семенов, Юрий Борисович Кобцев filed Critical Алексей Васильевич Семенов
Priority to RU2005105830/06A priority Critical patent/RU2293860C2/en
Publication of RU2005105830A publication Critical patent/RU2005105830A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2293860C2 publication Critical patent/RU2293860C2/en

Links

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: oil industry.
SUBSTANCE: method comprises burning fuel-air mixture in the combustion chamber of a power plant with subsequent using the combustion products as inert agents. The power plant represents a drive for a two-stage pump-compressor plant or one of its stages. The fuel is burnt out in the air with a stoichiometric ratio providing the safety concentration of oxygen in air with subsequent supplying hot gas combustion products to the generator of the power plant for doing a useful work. The inert combustion products are supplied to the finishing system and, after additional compression, to the consumer.
EFFECT: simplified method.
1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли промышленности, где осуществляется приготовление и нагнетание под большим давлением нейтральных (инертных) газожидкостных смесей для предотвращения воспламенения углеводородных газовых и газожидкостных смесей. В частности, при операциях с применением газожидкостного воздействия инертными смесями на пласт при эксплуатации скважин, прекративших фонтанирование из-за падения пластового давления или увеличения обводненности, в условиях отсутствия источника газа высокого давления, что способствует интенсификации добычи нефти и повышению коэффициента нефтеизвлечения за счет замены заводнения пласта газожидкостным воздействием. Так же изобретение может быть использовано в бурении с применением аэрированных буровых растворов, освоении нефтяных и газовых скважин, вызове и интенсификации притока флюида в нефтяных и газовых скважинах, испытании эксплуатационных колонн на герметичность понижением уровня, вскрытии продуктивных пластов с использованием газожидкостных смесей, промывки скважин после ГРП, пенных и пенокислотных обработках призабойной зоны. Кроме того, изобретение может быть использовано для заполнения и опрессовки полостей, газонефтепромыслового оборудования и трубопроводов и в некоторых других случаях, когда в процессе работы требуется создание взрывобезопасной среды.The invention relates to the oil and gas industry, where the preparation and injection under high pressure of neutral (inert) gas-liquid mixtures to prevent ignition of hydrocarbon gas and gas-liquid mixtures. In particular, in operations using gas-liquid treatment with inert mixtures on the formation during the operation of wells that stopped flowing due to a drop in reservoir pressure or an increase in water cut, in the absence of a high-pressure gas source, which contributes to the intensification of oil production and an increase in oil recovery due to replacement of water flooding reservoir gas-liquid exposure. The invention can also be used in drilling using aerated drilling fluids, developing oil and gas wells, calling up and intensifying fluid inflow in oil and gas wells, testing production cores for leaks by lowering the level, opening productive formations using gas-liquid mixtures, flushing wells after Hydraulic fracturing, foam and foam acid treatments of the bottomhole zone. In addition, the invention can be used to fill and pressure cavities, gas and oilfield equipment and pipelines and in some other cases when in the process of work creation of an explosion-proof environment is required.

Способы и оборудование для приготовления и нагнетания инертных газовых и газоводяных смесей применяются в мировой нефтегазовой промышленности более тридцати лет. В качестве инертных газовых смесей преимущественно используются смеси на основе азота. Они хорошо зарекомендовали себя при вторичных методах эксплуатации нефтяных и газовых скважин; цементировании скважин, когда требуется легкий, но прочный цемент в пластах с естественной трещиноватостью; при опорожнении скважин для искусственного вызова притока флюида; при вскрытии пластов с использованием газожидкостных смесей; при пенокислотной обработке призабойной зоны и в ряде других случаев.Methods and equipment for the preparation and injection of inert gas and gas-water mixtures have been used in the world oil and gas industry for more than thirty years. Nitrogen-based mixtures are mainly used as inert gas mixtures. They have proven themselves in secondary methods of operating oil and gas wells; well cementing when light but strong cement is required in formations with natural fracturing; when emptying wells for artificially inducing fluid flow; at the opening of formations using gas-liquid mixtures; during foam acid treatment of the bottomhole zone and in a number of other cases.

Азотные смеси получают в основном "криогенным" и "мембранным" способами. Это трудоемкие и затратные процессы. Использование жидкого "криогенного" азота требует применения сложной, дорогостоящей криогенной техники и значительных затрат на приобретение жидкого азота, значительных транспортных расходов на доставку его от завода-производителя азота к месту потребления (скважины). Процесс превращения жидкого азота в газ требует значительных энергетических затрат.Nitrogen mixtures are obtained mainly by "cryogenic" and "membrane" methods. These are laborious and costly processes. The use of liquid "cryogenic" nitrogen requires the use of complex, expensive cryogenic equipment and significant costs for the purchase of liquid nitrogen, significant transportation costs for delivering it from the nitrogen manufacturing plant to the place of consumption (well). The process of converting liquid nitrogen to gas requires significant energy costs.

Использование "мембранной" технологии также требует применения дорогостоящего оборудования и больших энергозатрат. К тому же для осуществления данной технологии требуется сложная технология подготовки воздуха, практически неприемлемая в полевых условиях. Следует отметить и низкий объемный КПД способа.The use of "membrane" technology also requires the use of expensive equipment and high energy costs. In addition, the implementation of this technology requires sophisticated air preparation technology, which is practically unacceptable in the field. It should be noted and low volumetric efficiency of the method.

Известны изобретения, в которых делаются попытки упростить и удешевить процесс получения инертных газов. Кислород воздуха не удаляется, а химически связывается. Достигается это за счет бинарного использования приводного дизельного двигателя, который одновременно выполняет две различные функции - силовой установки, приводящей в движение все устройство, и "поставщика" нейтрального газа.Known inventions in which attempts are made to simplify and reduce the cost of the process of producing inert gases. Oxygen is not removed, but chemically bound. This is achieved through the binary use of a driving diesel engine, which simultaneously performs two different functions - the power plant, which drives the entire device, and the "supplier" of neutral gas.

Так, известен (RU 2083812 С1 Е 21 В 43/25 от 02.10.1994 г.) способ освоения скважин путем подачи с помощью компрессора инертного газа в межтрубное пространство скважин, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют азотосодержащую смесь выхлопных газов дизель-мотора, очищенную в сепараторе, а подачу газа в межтрубное пространство осуществляют по замкнутому циклу дизель-мотор - компрессор - скважина.So, there is a known (RU 2083812 C1 Е 21 В 43/25 dated 02.10.1994) method for developing wells by supplying an inert gas to the annulus of a well using a compressor, characterized in that a nitrogen-containing mixture of diesel exhaust gases is used as an inert gas motor, cleaned in the separator, and the gas supply to the annular space is carried out in a closed cycle diesel engine - compressor - well.

Наиболее близким к заявке техническим решением (прототипом) является известная из предшествующего уровня техники бустерная насосно-компрессионная установка для приготовления и нагнетания инертных газовых и газоводяных смесей RU 2121077 С1 F 04 B 41/00 от 02.10.1994 г, которая может быть принята за прототип. Установка включает в себя двигатель внутреннего сгорания, снабженный выхлопным патрубком, напорный трубопровод и бустерный насос с приемной трубой, газовым коллектором и нагнетательным трубопроводом, отличающаяся тем, что напорный трубопровод одним юнцом через обратный клапан и первую задвижку сообщен с выхлопным патрубком двигателя внутреннего сгорания, а другим концом через вторую задвижку - с приемной трубой бустернего насоса, причем между указанным выхлопным патрубком и бустерным насосом в напорный трубопровод последовательно встроены устройство для прямого впрыска воды и устройство для промежуточного повышения давления газоводяной смеси, выполненное, например, в виде двухвинтового многофазного насоса.Closest to the application, a technical solution (prototype) is a booster pump and compression unit known from the prior art for the preparation and injection of inert gas and gas-water mixtures RU 2121077 C1 F 04 B 41/00 from 02.10.1994 g, which can be taken as a prototype . The installation includes an internal combustion engine equipped with an exhaust pipe, a pressure pipe and a booster pump with a receiving pipe, a gas manifold and a discharge pipe, characterized in that the pressure pipe is connected to the exhaust pipe of the internal combustion engine through a check valve and a first valve, and the other end through the second valve - with the receiving pipe of the booster pump, and between the specified exhaust pipe and the booster pump into the pressure pipe in series troeny apparatus for the direct injection of water and apparatus for increasing the intermediate pressure gas-water mixture, made, for example, as a twin-screw multiphase pumps.

Но в двигателях внутреннего сгорания, к каким относится так же и дизель, две функции - обеспечение оптимальных моторно-тяговых характеристик двигателя и получение выхлопного газа с максимальным выжиганием кислорода с целью дальнейшего использования - плохо сочетаются между собой, так как получаемые в результате сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя газы являются рабочим телом и их состав определяется требованием обеспечить максимальную приемистость двигателя. Следовательно, изменение состава топливовоздушной смеси в сторону более полного выжигания кислорода означает неизбежное ухудшение тяговых характеристик двигателя, а улучшение тяговых характеристик вызовет необходимость нарушения стехиометрического соотношения в сторону неполного сгорания топлива. В результате возникает необходимость постоянной эксплуатации дизель-мотора на переобогащенной топливовоздушной смеси для выжигания из воздуха кислорода до безопасного процентного содержания. Как следствие падение мощности дизель-мотора в первую очередь за счет уменьшения момента, большое количество твердых механических частиц и несгоревшего закоксовавшегося топлива, резко сокращающих моторесурс дизель-мотора, перегрев дизель-мотора.But in internal combustion engines, which also includes diesel, two functions - ensuring optimal engine traction characteristics and obtaining exhaust gas with maximum oxygen burning for further use - are poorly combined with each other, since the resulting air-fuel mixture In the combustion chamber of the engine, the gases are the working fluid and their composition is determined by the requirement to ensure maximum engine throttle response. Consequently, a change in the composition of the air-fuel mixture towards a more complete burning of oxygen means an inevitable deterioration in the traction characteristics of the engine, and an improvement in the traction characteristics will necessitate a violation of the stoichiometric ratio in the direction of incomplete combustion of the fuel. As a result, there is a need for continuous operation of the diesel engine on a re-enriched air-fuel mixture for burning oxygen out of air to a safe percentage. As a result, the drop in the power of the diesel engine is primarily due to a decrease in torque, a large number of solid mechanical particles and unburned coked fuel, which sharply reduce the diesel engine’s service life, and the diesel engine overheats.

Также особенностью горения топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания является необходимость скоротечности процесса горения. Как следствие наличие в выхлопных газах не полностью окисленных радикалов, в том числе агрессивных кислотных соединений, таких как NOx, CO. Сдвиг соотношения топливовоздушной смеси в сторону переобогащения топливом неизбежно приведет к резкому увеличению количества подобных радикалов в выхлопе. Наличие в выхлопном газе подобных химически агрессивных соединений ведет к ускоренному разрушению поверхностей узлов и деталей насосно-компрессорных установок, контактирующих с газом, и резко сократит моторесурс последних. Особенно интенсивно это будет происходить при работе под давлением. Для нейтрализации подобных соединений понадобится сложная система нейтрализации.Also a feature of combustion of the air-fuel mixture in an internal combustion engine is the need for the transience of the combustion process. As a result, the presence of incompletely oxidized radicals in the exhaust gases, including aggressive acid compounds such as NO x , CO. A shift in the ratio of the air-fuel mixture towards re-enrichment with fuel will inevitably lead to a sharp increase in the number of such radicals in the exhaust. The presence of such chemically aggressive compounds in the exhaust gas leads to accelerated destruction of the surfaces of nodes and parts of tubing units in contact with the gas, and will sharply reduce the motor resource of the latter. This will be especially intense when working under pressure. To neutralize such compounds, a complex neutralization system will be needed.

В зависимости от изменения давления на выходе установки (неизбежном при выполнении технологических операций) будет изменяться потребляемая мощность и необходимый крутящий момент на приводном валу. При неизменном числе оборотов (а это диктуется стремлением сохранить объемную подачу) изменение мощности и крутящего момента означает изменение количества сгораемого топлива. Это, в свою очередь, означает нарушение стехиометрического соотношения в сторону неполного сгорания топлива. Необходимость поддержания определенного процентного содержание кислорода в выхлопе неизбежно приведет к необходимости при изменении нагрузки на валу двигателя менять количество воздуха, подаваемого в камеру сгорания дизеля, что также увеличит несогласованность объемных характеристик компрессора (бустера) и дизель-мотора. Значит, потребуется сложная система регулировок с высоким быстродействием, работающая в агрессивной среде. К тому же необходимость регулировать количество воздуха, подаваемого в камеру сгорания двигателя, неизбежно приведет к снижению объемной подачи установки и как следствие затруднит возможность эксплуатации подобных установок для целого ряда технологических операций.Depending on the change in pressure at the outlet of the installation (unavoidable during technological operations), the power consumption and the required torque on the drive shaft will change. At a constant speed (and this is dictated by the desire to maintain the volumetric flow), a change in power and torque means a change in the amount of fuel burned. This, in turn, means a violation of the stoichiometric ratio towards incomplete combustion of the fuel. The need to maintain a certain percentage of oxygen in the exhaust will inevitably lead to the need to change the amount of air supplied to the combustion chamber of a diesel engine when changing the load on the engine shaft, which will also increase the inconsistency of the volumetric characteristics of the compressor (booster) and diesel engine. This means that a complex system of adjustments with high speed, working in an aggressive environment, will be required. In addition, the need to control the amount of air supplied to the combustion chamber of the engine will inevitably lead to a decrease in the volumetric supply of the installation and, as a result, will make it difficult to operate such installations for a number of technological operations.

В связи с вышеизложенным можно сделать вывод, что использование в качестве инертных (взрывопожаробезопасных в углеводородной среде) газов выхлопа дизель-моторов (или иного известного сейчас двигателя внутреннего сгорания) является весьма проблематичным.In connection with the foregoing, it can be concluded that the use of diesel engine exhaust (or another currently known internal combustion engine) as an inert (explosionproof and fireproof in a hydrocarbon medium) is very problematic.

Налицо ряд технических противоречий: внутри системы двигатель - компрессор (или мультифазный и газобустерный насосы) и между двумя функциями приводного двигателя.There are a number of technical contradictions: inside the engine - compressor system (or multiphase and gas booster pumps) and between the two functions of the drive motor.

Технической задачей заявляемого изобретения является разрешение технических противоречий и создание альтернативного способа получения инертных газов, основанных на сжигании топлива в воздухе в стехиометрическом соотношении в силовых энергетических установках и нагнетания их в составе текучих сред (и как следствие утилизации продуктов сгорания - уменьшение вредных выбросов в атмосферу), обладающего более высокой энергетической и технологической эффективностью.The technical task of the invention is the resolution of technical contradictions and the creation of an alternative method of producing inert gases based on the combustion of fuel in air in a stoichiometric ratio in power plants and forcing them as part of fluids (and as a result of utilization of combustion products - reduction of harmful emissions into the atmosphere) possessing higher energy and technological efficiency.

Особенности патентуемого способа следующие. Если в патенте RU 2083812 С1 Е 21 В 43/25 от 02.10.1994 г.инертные (взрывопожаробезопасные) в углеводородной среде газы получают по такой схеме: выхлопной газ двигателя → инертные газы высокого давления. В прототипе RU 2121077 C1 F 04 B 41/00 от 02.10.1994 г по схеме: выхлопной газ двигателя → инертная газожидкостная смесь низкого давления → инертная газожидкостная смесь высокого давления. В заявке предлагается применить последовательность: воздух сравнительно низкого давления → выхлопной газ двигателя сравнительно низкого давления → инертная газожидкостная смесь высокого давления. Другой особенностью патентуемого способа является использование энергии, выделяемой при получении инертных газов низкого давления (на втором этапе) для осуществления других этапов (или хотя бы одного).Features of the patented method are as follows. If in the patent RU 2083812 C1 Е 21 В 43/25 dated October 2, 1994, inert (explosion and fireproof) gases in a hydrocarbon medium are produced according to the following scheme: engine exhaust gas → inert high-pressure gases. In the prototype RU 2121077 C1 F 04 B 41/00 dated 10/02/1994 g according to the scheme: engine exhaust gas → inert gas-liquid mixture of low pressure → inert gas-liquid mixture of high pressure. The application proposes to apply the sequence: air of relatively low pressure → exhaust gas of an engine of relatively low pressure → inert gas-liquid mixture of high pressure. Another feature of the patented method is the use of energy released in the production of inert low-pressure gases (in the second stage) for the implementation of other stages (or at least one).

Способ получения инертных в углеводородной среде газожидкостных сред высокого давления с использованием силовой энергетической установки (фиг.1) заключается в том, что процесс горения топлива в воздухе в камере сгорания силовой энергетической установки, являющейся силовым приводом двухступенчатой насосно-компрессорной установки, или хотя бы одной из ее ступеней. В качестве первой ступени используется компрессорная установка, сжимающая воздух. В качестве второй ступени - дожимное устройство, сжимающее газ при помощи проточного жидкостного поршня (бустерная установка).The method of obtaining inert in a hydrocarbon medium gas-liquid high-pressure media using a power power plant (figure 1) is that the process of burning fuel in air in the combustion chamber of a power power plant, which is the power drive of a two-stage tubing, or at least one from her steps. The compressor stage compressing air is used as the first stage. The second stage is a booster device that compresses gas using a flowing liquid piston (booster unit).

Горение осуществляется в стехиометрическом соотношении, обеспечивающем выжигание из воздуха кислорода до безопасного процентного содержания, и происходит при избыточном давлении воздуха (в воздухе, сжатом компрессором первой ступени) (0,4-4 МПа). Это обеспечивает рациональное распределение степени сжатия и габаритно-мощностных характеристик между ступенями, с последующим направлением горячих газообразных продуктов горения в генератор силовой энергетической установки. Тепловая энергия, выделяемая при горении топливовоздушной смеси, через изолирующую теплопроводную стенку передается рабочему телу или идет на прямое преобразование в электрическую энергию и используется для совершения полезной работы - приведения в движение хотя бы одной ступени установки. Вследствие чего продукты горения после отдачи внутренней энергии на совершение полезной работы остывают. Далее инертные в углеводородной среде продукты горения направляются в систему окончательной подготовки, где их температура доводится до температуры оптимальной для обеспечения максимальной приемистости дожимного устройства второй ступени. Так же при помощи системы окончательной подготовки гасится избыток тепловой энергии, появляющийся при переходе установки на режимы неполной нагрузки. Охлажденные газы направляются в газовый вход второй ступени установки, где сжимаются при помощи проточного жидкостного поршня до необходимого давления и направляются потребителю в составе инертных в углеводородной среде газожидкостных сред. В качестве второй ступени используется газобустерный насос или иное устройство, осуществляющее сжатие выхлопных газов с помощью проточного жидкостного поршня.Combustion is carried out in a stoichiometric ratio, which ensures that oxygen is burned out of air to a safe percentage, and occurs at excess air pressure (in air compressed by a first stage compressor) (0.4-4 MPa). This ensures a rational distribution of the degree of compression and overall power characteristics between the steps, followed by the direction of the hot gaseous products of combustion into the generator of the power plant. The thermal energy released during the combustion of the air-fuel mixture is transferred to the working fluid through the insulating heat-conducting wall or is directly converted into electrical energy and used to perform useful work - driving at least one stage of the installation. As a result, the combustion products cool down after the release of internal energy to perform useful work. Then, combustion products inert in the hydrocarbon medium are sent to the final preparation system, where their temperature is brought to the optimum temperature to ensure maximum throttle response of the second stage booster device. Also, with the help of the final preparation system, the excess of thermal energy, which appears when the unit switches to partial load modes, is extinguished. Cooled gases are sent to the gas inlet of the second stage of the installation, where they are compressed by means of a flowing liquid piston to the required pressure and sent to the consumer as part of gas-liquid media inert in a hydrocarbon medium. As a second stage, a gas booster pump or other device that compresses the exhaust gases using a flowing liquid piston is used.

При этом между потребителем и установкой может быть установлен сепаратор, разделяющий газожидкостную смесь на газовую и жидкостную фазы и используемые в дальнейших технологических операциях по отдельности, например, при использовании в технологических операциях инертного в углеводородной среде газа отделенная карбонизированная вода для обеспечения наиболее полного вытеснения нефти из залежи может закачиваться в нагнетательные скважины в качестве рабочего агента. Регулируя газожидкостное отношение при помощи изменения количества жидкости, подаваемой на формирование проточного газожидкостного поршня, и применяя жидкости с различным коэффициентом поверхностного натяжения и различной плотностью, можно выбрать наиболее эффективную технологию в конкретных условиях. В состав газожидкостной смеси могут вводиться и ингибирующие растворы для снижения коррозии.At the same time, a separator can be installed between the consumer and the unit, separating the gas-liquid mixture into gas and liquid phases and used separately in further technological operations, for example, when using inert gas in a hydrocarbon medium, separated carbonated water to ensure the most complete oil displacement from deposits can be injected into injection wells as a working agent. By adjusting the gas-liquid ratio by changing the amount of liquid supplied to the formation of the flowing gas-liquid piston, and using liquids with different surface tension coefficients and different densities, it is possible to choose the most effective technology in specific conditions. Inhibiting solutions may also be added to the gas-liquid mixture to reduce corrosion.

Преимущества данной схемы: высокий ресурс компрессора, работающего с чистым воздухом и при сравнительно стабильных параметрах, легкость поддержания горения при более стабильных параметрах. Моторесурс двигателя также значительно возрастает, так как отсутствует контакт между агрессивными продуктами горения и деталями двигателя.Advantages of this scheme: high resource compressor working with clean air and with relatively stable parameters, ease of maintaining combustion at more stable parameters. Engine life also increases significantly, as there is no contact between aggressive combustion products and engine parts.

Совокупность технических решений позволяет установить соответствие их критерию "новизна". Заявленные признаки позволяют в данном способе иметь новые свойства в сравнении с известными техническими решениями. Новые свойства заключаются в том, что предлагаемый способ получения инертных в углеводородной среде газожидкостных сред высокого давления с использованием силовой энергетической установки обеспечивает создание комплекса оборудования с высокими техническими параметрами за счет рационального расхода тепловой энергии и разрешает технические противоречия, возникающие в устройствах, использующих в качестве привода двигатель внутреннего сгорания.The combination of technical solutions allows us to establish compliance with their criterion of "novelty." The claimed features allow in this method to have new properties in comparison with known technical solutions. The new properties consist in the fact that the proposed method for producing high pressure gas-liquid media inert in a hydrocarbon medium using a power plant provides the creation of a complex of equipment with high technical parameters due to the rational consumption of thermal energy and resolves technical inconsistencies arising in devices using a drive internal combustion engine.

Таким образом, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".Thus, the invention meets the criterion of "inventive step".

Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:

Ступень компримирования воздуха II производит нагнетание воздуха с заданным избыточным давлением по линии нагнетания воздуха 11 в камеру сгорания 7 силовой установки I. Туда же по линии подвода топлива 10 подается топливо. В камере с помощью смесительных элементов (на схеме не показаны) происходит их перемешивание. После этого системами розжига (на схеме не показаны) топливо поджигается и происходит его сгорание. Сжигание топлива может осуществляться также и беспламенным способом (в среде катализатора). Выделившаяся при этом тепловая энергия преобразуется средствами, известными из уровня техники, в силовой установке I в механическую энергию. Механическая энергия используется для осуществления привода установки. За счет этого (совершения полезной работы) происходит охлаждение продуктов горения (отработанных газов), После этого предварительно охлажденные газы поступают в ступень нагнетания сред высокого давление III, где газы окончательно сжимаются и направляются потребителю в составе газожидкостных смесей.The stage of compression of air II produces the injection of air with a predetermined overpressure through the line of injection of air 11 into the combustion chamber 7 of the power plant I. There, fuel is supplied through the fuel supply line 10. In the chamber using mixing elements (not shown in the diagram), they are mixed. After that, the ignition systems (not shown in the diagram) ignite the fuel and burn it. Fuel combustion can also be carried out in a flameless manner (in a catalyst medium). The thermal energy released during this is converted by means known from the prior art in the power plant I into mechanical energy. Mechanical energy is used to drive the installation. Due to this (doing useful work), the combustion products (exhaust gases) are cooled. After that, the pre-cooled gases enter the stage of pumping high-pressure media III, where the gases are finally compressed and sent to the consumer as part of gas-liquid mixtures.

Между силовой установкой I и ступенью III может находиться система окончательной подготовки газов 5. В этом узле их температура доводится до температуры оптимальной для обеспечения максимальной приемистости дожимного устройства высокого давления. Отобранное тепло может быть направлено на подогрев технологических жидкостей. Остатки тепла рассеиваются в окружающей среде. Отбор тепла (в т.ч. и остатков) может проходить с помощью устройств, известных из уровня техники. Там же может осуществляться окончательное связывание активных радикалов (вплоть до СО2), в том числе путем впрыска воды или соответствующих растворов в выхлопной газ. Тогда в состав системы подготовки целесообразно включить двухфазный сепаратор. Отсепарированный газ направляется в ступень III, а карбонизированная жидкость (в том числе вода) может использоваться в других технологических операциях или возвращается в систему для повторного использования.Between the power plant I and stage III, there may be a system of final preparation of gases 5. In this unit, their temperature is brought to an optimum temperature to ensure maximum throttle response of the booster high-pressure device. The selected heat can be directed to the heating of process fluids. Residual heat dissipates in the environment. The selection of heat (including residues) can take place using devices known from the prior art. The final binding of active radicals (up to CO 2 ) can also be carried out there, including by injecting water or appropriate solutions into the exhaust gas. Then it is advisable to include a two-phase separator in the preparation system. The separated gas is sent to stage III, and the carbonated liquid (including water) can be used in other technological operations or returned to the system for reuse.

Преобразование энергии в силовой установке происходит следующим образом:The conversion of energy in a power plant is as follows:

Горячие продукты горения поступают в генератор 6, где передают внутреннюю (тепловую) энергию, выделяемую при горении топливовоздушной смеси, рабочему телу двигателя внешнего сгорания или идут на прямое преобразование в электрическую энергию через герметичную теплопроводную стенку. Полученная энергия в зависимости от типа силовой энергетической установки передается приводному двигателю, в "пригодном" для него виде.Hot combustion products enter the generator 6, where they transfer the internal (thermal) energy released during the combustion of the air-fuel mixture to the working fluid of the external combustion engine or go for direct conversion into electrical energy through a sealed heat-conducting wall. The received energy, depending on the type of power plant, is transmitted to the drive motor in a “suitable” form for it.

Приводным двигателем (двигателями) может выступать как электродвигатель или комбинации нескольких электродвигателей (при использовании в качестве генератора - термоэмиссионного генератора), так и тепловой двигатель внешнего сгорания, например паровой (объемного или динамического типа (турбина)), или двигатель Стерлинга. В случае использования электродвигателя (или комбинации нескольких электродвигателей) в качестве генератора 6 может использоваться также цепочка: тепловой двигатель внешнего сгорание - генератор или же иная известная из уровня техники комбинация. В случае использования тепловых двигателей в качестве генератора 6 используется парогенератор либо иной генератор рабочего тела.The driving engine (s) can be either an electric motor or combinations of several electric motors (when used as a generator - a thermionic emission generator), or a heat engine of external combustion, for example a steam (volumetric or dynamic type (turbine)), or a Sterling engine. In the case of using an electric motor (or a combination of several electric motors), the following chain can also be used as generator 6: external combustion engine - generator or other combination known from the prior art. In the case of using heat engines as a generator 6, a steam generator or another generator of the working fluid is used.

Линии подвода и отвода энергии 8 и 9 в зависимости от вида энергии могут иметь различный вид. Это могут быть электропроводы (шины), паропроводы и т.д.Energy supply and removal lines 8 and 9, depending on the type of energy, can have a different view. It can be electric wires (tires), steam lines, etc.

Передача механической энергии может происходить с помощью объемной гидравлической трансмиссии. Это открывает путь к созданию газобустерного насоса прямого действия.The transfer of mechanical energy can occur using a volumetric hydraulic transmission. This paves the way for a direct-acting gas booster pump.

Возможна комбинация тепловых и электрических двигателей.A combination of heat and electric motors is possible.

В качестве ступени нагнетания сред высокого давления III используется поршневой газобустерный насос или иное устройство, осуществляющее сжатие газов с помощью проточного жидкостного поршня. Жидкостный поршень формируется за счет жидкости, поступающей в газобустерный насос по линии подачи жидкости 15. Подача жидкости (подпор) может осуществляться от внешнего источника, от подпорного насоса или же за счет дополнительного плунжера дозатора.As a stage for pumping high-pressure media III, a piston gas booster pump or other device that compresses gases using a flowing liquid piston is used. The liquid piston is formed by the fluid entering the gas booster pump through the fluid supply line 15. The fluid supply (back-up) can be carried out from an external source, from the booster pump, or through an additional metering plunger.

Формирование жидкостного поршня может осуществляться на такте всасывания с давлением, несколько превышающим давление газа на газовом входе газобустерного насоса. В этом случае подпор жидкости может идти непрерывно. Может осуществляться и на такте нагнетания или в его конце с давлением не ниже давления нагнетания газобустерного насоса. В этом случае подпор будет прерывистый.The formation of the liquid piston can be carried out at the suction stroke with a pressure slightly higher than the gas pressure at the gas inlet of the gas booster pump. In this case, the fluid backing can go on continuously. It can be carried out at the discharge stroke or at its end with a pressure not lower than the discharge pressure of the gas booster pump. In this case, the backwater will be intermittent.

Возможность осуществления предлагаемого изобретения доказывается отечественной и зарубежной практикой использования в газонефтедобывающей промышленности способов приготовления и нагнетания инертных газовых смесей, реализованных в ряде специализированных установок.The possibility of implementing the present invention is proved by domestic and foreign practice of using in the gas and oil industry the methods of preparation and injection of inert gas mixtures, implemented in a number of specialized installations.

Технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемого способа, могут быть реализованы с помощью средств, используемых в различных областях техники (паровые турбины, термоэмиссионные генераторы, напорные трубопроводы, задвижки, устройства для промежуточного повышения давления газоводяных смесей, газобустерные насосы, сепараторы и т.д.).Technical features that are distinctive for the proposed method can be implemented using tools used in various fields of technology (steam turbines, thermionic generators, pressure pipelines, valves, devices for intermediate pressure increase of gas-water mixtures, gas booster pumps, separators, etc. )

Примеры использования заявляемого способа:Examples of the use of the proposed method:

Вышесказанное позволяет заявить о возможности создания на основе использования заявляемого способа полностью автономных комплексов эксплуатации. В первую очередь на небольших по запасам природных ресурсов и удаленных месторождениях, не представляющих интереса при традиционных способах добычи и на прекративших фонтанирование из-за падения пластового давления или увеличения обводненности. Он обеспечивает эксплуатацию скважины в условиях отсутствия источника газа высокого давления.The above allows us to declare the possibility of creating, through the use of the proposed method, fully autonomous operation complexes. First of all, in small reserves of natural resources and remote deposits that are not of interest in traditional production methods and which stopped flowing due to a drop in reservoir pressure or an increase in water cut. It ensures well operation in the absence of a high pressure gas source.

При разработке нефтяной залежи заявляемым способом через нагнетательные скважины можно осуществлять закачку газожидкостной смеси, а не жидкости. Отбор нефти идет через добывающие скважины с дальнейшим отделением от нефти пластовой воды и попутного газа. Попутный газ сжигается в силовой установке. На основе отделенной пластовой воды формируется проточный поршень Пластовая вода и продукты горения используются для получения газожидкостной смеси, которая нагнетается в пласт при помощи проточного жидкостного поршня в газобустерном насосе. Тем самым находят полезное применение отходы добычи, на утилизацию которых сейчас требуются значительные средства.When developing an oil deposit of the claimed method through injection wells, it is possible to pump a gas-liquid mixture, and not a liquid. Oil is extracted through production wells with further separation of produced water and associated gas from oil. Associated gas is burned in the power plant. A flowing piston is formed on the basis of separated formation water. Production water and combustion products are used to produce a gas-liquid mixture, which is injected into the formation using a flowing fluid piston in a gas booster pump. Thereby, production wastes are found to be useful, the disposal of which now requires significant funds.

Заявляемый способ позволяет вести эксплуатацию скважин одним способом на протяжении всего срока эксплуатации. Результатом такой эксплуатации станет замена заводнения пласта газожидкостным воздействием на пласт, возможность полной утилизации не имеющего промышленного значения попутного газа и пластовой воды и как следствие отказ то факельных устройств. Это позволит убрать "экологически грязные" технологии утилизации попутного газа и сократить объемы загрязнения окружающей среды. В результате использования в качестве инертных газов продуктов сгорания с безопасным процентным содержанием кислорода появляется возможность компенсировать извлеченную из пластовой жидкости нефть за счет нагнетания инертной газожидкостной смеси и поддерживать при этом коэффициент компенсации добычи близким к единице или даже больше.The inventive method allows the operation of wells in one way throughout the life of the operation. The result of this operation will be the replacement of waterflooding with a gas-liquid impact on the formation, the possibility of complete utilization of associated gas and produced water, which does not have industrial significance, and, as a result, the failure of flare devices. This will remove the "environmentally dirty" associated gas utilization technologies and reduce environmental pollution. As a result of using combustion products with a safe percentage of oxygen as inert gases, it becomes possible to compensate for oil extracted from the reservoir fluid by injecting an inert gas-liquid mixture and maintain the production compensation coefficient close to unity or even more.

Кроме того, эксплуатация по заявляемому способу позволит снизить капиталовложения на обустройство и эксплуатацию и ускорит ввод месторождения в эксплуатацию благодаря отсутствию необходимости строительства водоводов системы ППД, систем сбора попутного газа и факельных устройств, прокладки ЛЭП к месторождению и строительства подстанций.In addition, the operation according to the claimed method will reduce the investment in the arrangement and operation and accelerate the commissioning of the field due to the absence of the need to build pipelines of the pressure maintenance system, systems for collecting associated gas and flare devices, laying power lines to the field and building substations.

Так же наличие на месторождении подобного эксплуатационного оборудования значительно удешевит ремонт и освоение скважин за счет отказа от привлечения дополнительного оборудования для проведения работ (т.к. капремонт скважин можно проводить за счет имеющего оборудования) и значительного сокращения послеремонтного периода.Also, the availability of such operational equipment at the field will significantly reduce the cost of well repair and development due to the refusal to attract additional equipment for work (as well overhaul can be carried out using existing equipment) and a significant reduction in the after-repair period.

Claims (1)

Способ получения инертных в углеводородной среде газожидкостных сред высокого давления с использованием силовой энергетической установки, в которой внутренняя энергия продуктов сгорания в генераторе силовой установки передается рабочему телу или идет на прямое преобразование в электрическую энергию через герметичную теплопроводную стенку, основанный на сжигании топливовоздушной смеси в камере сгорания силовой энергетической установки с последующим использованием продуктов горения в качестве инертных сред, при этом вышеозначенная силовая энергетическая установка является приводом двухступенчатой насосно-компрессорной установки или хотя бы одной из ее ступеней, в которой в качестве первой ступени используется компрессорная установка, сжимающая воздух, а в качестве второй ступени - дожимное устройство, сжимающее газ при помощи проточного жидкостного поршня (бустерная установка), отличающийся тем, что процесс горения топлива в воздухе в камере сгорания силовой энергетической установки осуществляется в стехиометрическом соотношении, обеспечивающем выжигание из воздуха кислорода до безопасного процентного содержания, происходит при избыточном давлении воздуха (в воздухе, сжатом компрессором первой ступени), обеспечивающем рациональное распределение степени сжатия и габаритно-мощностных характеристик между ступенями, с последующим направлением горячих газообразных продуктов горения в генератор силовой энергетической установки, где происходит передача внутренней энергии продуктов горения силовой установке для осуществления полезной работы (приведения в движение хотя бы одной из ступеней установки), вследствие чего продукты горения снижают температуру, далее инертные в углеводородной среде продукты горения направляются в систему окончательной подготовки, где их температура доводится до температуры, оптимальной для обеспечения максимальной приемистости дожимного устройства второй ступени, и направляются в газовый вход вышеозначенного дожимного устройства, где сжимаются при помощи проточного жидкостного поршня до необходимого давления и направляются потребителю в составе инертных в углеводородной среде газожидкостных сред.A method of producing high pressure gas-liquid media inert in a hydrocarbon medium using a power plant, in which the internal energy of the combustion products in the generator of the power plant is transferred to the working fluid or is directly converted into electrical energy through a sealed heat-conducting wall based on the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber power plant with the subsequent use of combustion products as inert media, while the above I power plant is the drive of a two-stage pump or compressor unit, or at least one of its stages, in which the compressor stage compresses the air as the first stage, and the booster device compresses the gas using a flowing liquid piston as the second stage (booster installation), characterized in that the process of burning fuel in air in the combustion chamber of a power power plant is carried out in a stoichiometric ratio, providing for burning and from oxygen air to a safe percentage, occurs at excess air pressure (in the air compressed by the compressor of the first stage), which provides a rational distribution of the degree of compression and overall power characteristics between the stages, followed by the direction of the hot gaseous products of combustion to the generator of the power plant, where there is a transfer of internal energy of the combustion products to the power plant for the implementation of useful work (driving at least one of the steps installation), as a result of which the combustion products reduce the temperature, then the combustion products inert in the hydrocarbon medium are sent to the final preparation system, where their temperature is brought to a temperature optimal for ensuring maximum throttle response of the booster device of the second stage, and sent to the gas inlet of the aforementioned booster device, where are compressed by means of a flowing fluid piston to the required pressure and sent to the consumer as a part of gas-liquid inert in the hydrocarbon medium tn environments.
RU2005105830/06A 2005-03-02 2005-03-02 Method of producing inert gas-liquid high-pressure mixtures RU2293860C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005105830/06A RU2293860C2 (en) 2005-03-02 2005-03-02 Method of producing inert gas-liquid high-pressure mixtures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005105830/06A RU2293860C2 (en) 2005-03-02 2005-03-02 Method of producing inert gas-liquid high-pressure mixtures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005105830A RU2005105830A (en) 2006-08-10
RU2293860C2 true RU2293860C2 (en) 2007-02-20

Family

ID=37059319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005105830/06A RU2293860C2 (en) 2005-03-02 2005-03-02 Method of producing inert gas-liquid high-pressure mixtures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2293860C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005105830A (en) 2006-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2679812C (en) Wellsite surface equipment systems
CA1220131A (en) Direct contact low emission steam generating system utilizing a compact, multi-fuel burner
US4546829A (en) Enhanced oil recovery process
US20080017369A1 (en) Method and apparatus for generating pollution free electrical energy from hydrocarbons
CA2492082C (en) Extraction of hydrocarbons from a wellbore and the generation of electrical energy therefrom without exhausing waste gas to the atmosphere
US4499946A (en) Enhanced oil recovery process and apparatus
CA2093096C (en) Process and skid-mounted system for inert gas generation
US5713202A (en) Methods for producing hydro-electric power
CN201318218Y (en) Decarbonizing device
US20220389844A1 (en) Multi-stage power generation using byproducts for enhanced generation
RU2293860C2 (en) Method of producing inert gas-liquid high-pressure mixtures
RU2381349C1 (en) Sub-sea hydrocarbons production complex
RU2109930C1 (en) Method for development of gas deposits in continental shelf
RU17066U1 (en) UNIVERSAL INSTALLATION FOR THE GENERATION AND SUPPLY OF INERT GAS AND GAS-LIQUID MIXTURES
RU2405954C2 (en) Device for production and pressure injection of gases inertial in respect of hydrocarbon medium in composition of gas-fluid mixtures
CN220471347U (en) Waste heat recovery type liquid nitrogen pump sled
RU2382878C1 (en) Device for hot water injection into well
CN215332783U (en) Water injection unit of gas turbine
RU2107799C1 (en) Off-shore drilling platform
RU2198308C1 (en) Internal combustion engine
RU2187632C2 (en) Method and device for oil withdrawal from pool
RU2379482C1 (en) Marine hydrocarbon field complex
RU2098614C1 (en) Assembly and method for prolongation of exploitation life of oil fields
JPH01300021A (en) Cogeneration system serving as water treatment equipment by wet oxidation
RU2379483C1 (en) Marine hydrocarbon field complex

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080303