RU2732542C1 - Gas generator for oil and gas condensate wells - Google Patents
Gas generator for oil and gas condensate wells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732542C1 RU2732542C1 RU2019131219A RU2019131219A RU2732542C1 RU 2732542 C1 RU2732542 C1 RU 2732542C1 RU 2019131219 A RU2019131219 A RU 2019131219A RU 2019131219 A RU2019131219 A RU 2019131219A RU 2732542 C1 RU2732542 C1 RU 2732542C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plunger
- gas
- unit
- ignition unit
- ignition
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/263—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures using explosives
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нефтедобычи, а именно: к устройствам для повышения производительности нефтяных и газоконденсатных скважин путем термо-, газохимического воздействия на призабойную зону скважин. При этом происходит горение заряда твердого топлива с образованием высокотемпературных газообразных продуктов, под большим давлением проникающих в призабойную зону скважины. Попадая в мелкие трещины горной породы, газообразные продукты горения вместе с водяным паром и жидкостью, обладая расклинивающим давлением, расширяют и удлиняют их. Одновременно, так как среди продуктов горения присутствуют галогеноводороды, последние могут взаимодействовать с компонентами горной породы с образованием растворимых соединений, таким образом увеличивая ее проницаемость.The invention relates to the field of oil production, namely, to devices for increasing the productivity of oil and gas condensate wells by thermo-, gas-chemical impact on the bottomhole zone of wells. In this case, a solid fuel charge burns with the formation of high-temperature gaseous products, which penetrate into the bottomhole zone of the well under high pressure. Getting into small cracks in the rock, the gaseous combustion products, together with water vapor and liquid, possessing wedging pressure, expand and lengthen them. At the same time, since there are hydrogen halides among the combustion products, the latter can interact with rock components to form soluble compounds, thus increasing its permeability.
Конструкция газогенератора включает два блока, связанные между собой. Первый блок - блок воспламенения обеспечивает воспламенение основного заряда твердого топлива. Второй - зарядный блок создает высокотемпературный поток парогазовой смеси, проникающий под большим давлением внутрь призабойной зоны пласта и образующий систему трещин в призабойной зоне. С точки зрения производительности нефтяных скважин наибольшее влияние на производительность скважин оказывает трещинообразование горной породы. Последнее зависит от величины скачков давления в ходе горения твердого топлива, их частоты и амплитуды. Немаловажное значение для производительности скважин имеет и температурное воздействие на нефтяной флюид высокотемпературной парогазовой смесью (в особенности для вязких смесей). Происходит выплавление парафинов и смолистых веществ и освобождение порового пространства от засорителей. Вместе с тем, создаваемые газогенерирующие устройства должны отвечать требованиям безопасности, простой эксплуатации, невысокой стоимости и автономности, что важно для промысловых условий.The gas generator design includes two blocks connected to each other. The first block - the ignition block provides ignition of the main charge of solid fuel. The second - the charging block creates a high-temperature flow of the vapor-gas mixture, penetrating under high pressure into the bottomhole formation zone and forming a system of cracks in the bottomhole zone. From the point of view of oil well productivity, rock fracturing has the greatest impact on well productivity. The latter depends on the magnitude of the pressure surges during the combustion of solid fuel, their frequency and amplitude. Of no small importance for the productivity of wells is the temperature effect on the oil fluid with a high-temperature vapor-gas mixture (especially for viscous mixtures). There is a melting of paraffins and resinous substances and the release of the pore space from weeds. At the same time, the created gas generating devices must meet the requirements of safety, simple operation, low cost and autonomy, which is important for field conditions.
Этим требованиям отвечают газогенерирующие устройства с системой воспламенения на основе адиабатического сжатия газа, которые не требуют проведения работ с каротажным кабелем и далее рассматриваются в данном изобретении.These requirements are met by gas generating devices with an ignition system based on adiabatic gas compression, which do not require work with a wireline and are further discussed in this invention.
Известно устройство для обработки нефтяных и газоконденсатных скважин, позволяющее повысить их продуктивность (Кольцова Э.М., Глебов М.Б., Лазарев В.М., Женса А.В. Газогенератор для нефтяных и газовых скважин. Патент РФ №2456443 С1, МПК Е21В 43/263 (2006/01). Опубликовано: 20.07.2012 г. БИ №20). Устройство включает основной заряд твердого топлива, цилиндрическое воспламеняющее устройство с узлами герметизации в верхней и нижней частях и зафиксированным поршнем в верхней части цилиндрического корпуса с возможностью его срезания при заданном внешнем давлении, температурный промотор. Особенностью конструкции является наличие трубки, связывающей колонну насосно-компрессорных труб с верхом воспламеняющего устройства, расположенного в нижней части зарядного устройства, с основным зарядом твердого топлива. Это позволяет осуществлять как более быстрое горение заряда топлива снизу вверх, так и большую скорость нарастания давления в стволе скважины, что ведет к созданию обширной сети трещин в призабойной зоне пласта.Known device for the treatment of oil and gas condensate wells, allowing to increase their productivity (Koltsova EM, Glebov MB, Lazarev VM, Zhensa AV Gas generator for oil and gas wells. RF Patent No. 2456443 C1, IPC E21B 43/263 (2006/01). Published: 20.07.2012 BI No. 20). The device includes the main charge of solid fuel, a cylindrical ignition device with sealing units in the upper and lower parts and a fixed piston in the upper part of the cylindrical body with the possibility of cutting it at a given external pressure, a temperature promoter. A design feature is the presence of a tube connecting the tubing string with the top of the igniter located at the bottom of the charger with the main charge of solid fuel. This allows both a faster combustion of the fuel charge from the bottom up and a higher rate of pressure rise in the wellbore, which leads to the creation of an extensive network of fractures in the bottomhole formation zone.
Устройство работает следующим образом. После спуска газогенератора на насосно-компрессорных трубах на уровень забоя путем подачи скачка давления в насосно-компрессорных трубах инициирующий импульс давления через внутреннюю трубку передается к нижнему воспламенительному устройству. Происходит разрыв верхней разрывной мембраны и сжатие поршнем газа внутри блока воспламенения. Температура и давление газа под поршнем резко возрастают, происходит воспламенение температурного промотора и разрыв нижней разрывной мембраны. Горячие газы и температурный промотор потоком газа выбрасываются на основной заряд твердого топлива и происходит горение основного заряда топлива. Давление и температура в стволе и призабойной зоне скважины резко возрастают. Происходит выплавление парафинов и тяжелых фракций нефти, образование и развитие трещин в призабойной зоне пласта, а также химическое взаимодействие кислых продуктов горения (НС1, HF) с горной породой. В результате этого достигается увеличение проницаемости горной породы в призабойной зоне пласта и, как следствие этого - рост производительности нефтяных скважин.The device works as follows. After lowering the gas generator on the tubing to the bottomhole level by applying a pressure surge in the tubing, the initiating pressure pulse is transmitted through the inner tube to the lower igniter. The upper rupture disc ruptures and the piston compresses the gas inside the ignition unit. The temperature and pressure of the gas under the piston rise sharply, the temperature promoter ignites and the lower rupture disc ruptures. Hot gases and a temperature promoter are ejected by a gas stream onto the main charge of solid fuel and the main charge of the fuel is burned. The pressure and temperature in the wellbore and bottomhole zone of the well increase sharply. There is melting of paraffins and heavy oil fractions, the formation and development of cracks in the bottomhole formation zone, as well as the chemical interaction of acidic combustion products (HC1, HF) with the rock. As a result, an increase in the permeability of the rock in the bottomhole formation zone is achieved and, as a consequence, an increase in the productivity of oil wells.
Недостатком данной конструкции газогенератора является необходимость введения внутренней трубки, усложняющей конструкцию, и недостаточная надежность срабатывания мембранно-поршневого устройства при максимальных давлениях на стадии сжатия поршнем газа (уплотнительные прокладки на поршне могут пропускать газ, либо сам поршень силами противодавления может быть отброшен в противоположную сторону).The disadvantage of this design of the gas generator is the need to introduce an inner tube, which complicates the design, and the insufficient reliability of the operation of the membrane-piston device at maximum pressures at the stage of compression by the gas piston (gaskets on the piston can pass gas, or the piston itself can be thrown in the opposite direction by the forces of back pressure) ...
Известно также устройство (газогенератор), обеспечивающее термо-, газохимическое воздействие на призабойную зону пласта в ходе обработки нефтяных и газоконденсатных скважин (Кольцова Э.М., Глебов М.Б., Женса А.В., Лазарев В.М., Газогенератор для повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин. Патент РФ №2363840 С1, МПК Е21В 43/263 (2006/01). Опубликовано: 10.08.2009 г. БИ №22), которое выбрано в качестве прототипа. Генератор содержит последовательно соединенные воспламеняющий блок и блок с основным зарядом твердого топлива. Воспламеняющий блок представляет собой цилиндр, в верхней и нижней частях которого располагаются герметизирующие узлы с возможностью их срезания по достижении заданного давления. В качестве герметизирующих узлов используются разрывные мембраны со специально выполненной насечкой. Крепление мембран в корпусе воспламеняющего блока осуществляется с помощью резьбовых упоров. Внутри цилиндрического корпуса блока воспламенения в его верхней части находится поршень с уплотнительной манжетой, фиксируемый в корпусе с помощью срезаемого кольцевого бортика. В нижней части блока воспламенения над разрывной мембраной помещается температурный промотор.It is also known a device (gas generator) that provides a thermo-, gas-chemical effect on the bottomhole formation zone during the treatment of oil and gas condensate wells (Koltsova E.M., Glebov M.B., Zhensa A.V., Lazarev V.M., Gas generator to increase the productivity of oil and gas wells RF Patent No. 2363840 C1, IPC Е21В 43/263 (2006/01). Published: 10.08.2009 BI No. 22), which was chosen as a prototype. The generator contains a series-connected ignition block and a block with the main charge of solid fuel. The ignition unit is a cylinder, in the upper and lower parts of which there are sealing assemblies with the possibility of cutting them off when a given pressure is reached. Rupture discs with a specially made notch are used as sealing units. The diaphragms are fastened to the body of the igniter unit by means of threaded stops. Inside the cylindrical body of the ignition unit, in its upper part, there is a piston with a sealing lip, which is fixed in the body by means of a cut-off annular rim. A temperature promoter is placed in the lower part of the ignition block above the bursting disc.
Блок с основным зарядом твердого топлива представляет собой сборку цилиндрических негерметичных корпусных элементов, связанных между собой и блоком воспламенения муфтовыми соединениями. Внутри корпусных элементов размещено твердое топливо с продольными каналами для более быстрого сгорания заряда.The block with the main charge of solid fuel is an assembly of cylindrical non-hermetic body elements connected to each other and the ignition block by coupling joints. Solid fuel with longitudinal channels for faster combustion of the charge is placed inside the housing elements.
Газогенератор работает следующим образом.The gas generator works as follows.
После спуска газогенератора на насосно-компрессорных трубах до необходимой глубины подается скачок давления в насосно-компрессорных трубах, обеспечивающий срабатывание верхней разрывной мембраны блока воспламенения газогенератора. Под действием перепада давления происходит срыв поршня и сжатие газа в камере блока воспламенения. Под действием сил давления и инерции поршня сжатый газ нагревается до температур, значительно превышающих температуру химического разложения промотора. Это приводит к еще большему поднятию температуры. Давление сжатого газа превышает порог срабатывания нижней разрывной мембраны, и нагретая смесь газа и температурного промотора выбрасывается в камеру с основным зарядом твердого топлива. Высоко нагретые частицы температурного промотора, попадая на поверхность твердого топлива, воспламеняют его, инициируя горение основного заряда топлива.After lowering the gas generator on the tubing to the required depth, a pressure surge is applied in the tubing, which triggers the upper bursting disc of the gas generator ignition unit. Under the influence of the pressure drop, the piston breaks off and the gas is compressed in the chamber of the ignition unit. Under the action of the forces of pressure and inertia of the piston, the compressed gas is heated to temperatures that significantly exceed the temperature of the chemical decomposition of the promoter. This leads to an even greater rise in temperature. The compressed gas pressure exceeds the lower bursting disc threshold, and the heated mixture of gas and temperature promoter is thrown into the chamber with the main charge of solid fuel. Highly heated particles of the temperature promoter, falling on the surface of the solid fuel, ignite it, initiating the combustion of the main fuel charge.
Недостатком рассмотренной конструкции газогенератора (прототипа) является ненадежность воспламенения промотора и разрыва нижней разрывной мембраны из-за недостаточного уплотнения поршня прокладками и возможного смещения поршня силами противодавления в противоположную сторону. Следствием этого является недостаточная надежность воспламенения и горения основного заряда твердого топлива, что может привести к лишним неоправданным затратам при обработке скважин термо-, газохимическим методом.The disadvantage of the considered design of the gas generator (prototype) is the unreliability of the ignition of the promoter and the rupture of the lower rupture disc due to insufficient sealing of the piston with gaskets and possible displacement of the piston by backpressure forces in the opposite direction. The consequence of this is the insufficient reliability of the ignition and combustion of the main charge of solid fuel, which can lead to unnecessary unjustified costs when treating wells with the thermo-, gas-chemical method.
Задачей изобретения является создание новой конструкции газогенератора для повышения производительности нефтяных скважин на основе использования термо-, газохимического метода с воспламенением основного заряда топлива адиабатическим сжатием газа, в которой повышена надежность воспламенения основного заряда твердого топлива.The objective of the invention is to create a new design of a gas generator to increase the productivity of oil wells based on the use of thermo-, gas-chemical method with ignition of the main fuel charge by adiabatic compression of gas, in which the reliability of ignition of the main charge of solid fuel is increased.
Поставленная задача решается газогенератором для нефтяных и газоконденсатных скважин, включающим основной заряд твердого топлива, размещенный в перфорированном корпусе, воспламенительное устройство в цилиндрическом корпусе с мембранными блоками в верхней и нижней частях и зафиксированным подвижным плунжером в верхней части цилиндрического корпуса, температурный промотор, расположенный над нижним мембранным блоком. При этом в нижнюю часть цилиндра блока воспламенения дополнительно введен узел фиксации положения плунжера после сжатия газа в блоке воспламенения, включающий разрезное конусное пружинное кольцо и сердечник плунжера с конической головкой в виде выступа, а также для обеспечения большей герметичности блока воспламенения в конструкцию плунжера введены нижнее и верхнее уплотнения, размещенные между корпусом плунжера и подвижной шайбой, а также между корпусом плунжера и хвостовиком. При этом в блок воспламенения введены два промежуточных фланца, размещенных между верхним фланцем и мембранным блоком, а также между нижним фланцем и мембранным блоком, обеспечивающих съем и герметичный монтаж мембранных узлов. Кроме того, герметизация блока воспламенения осуществляется стяжными болтами, а нижнее со стороны плунжера мембранное зажимное кольцо имеет диаметр отверстия меньший диаметра плунжера, что необходимо для остановки движения плунжера, и при этом температурный промотор размещен в нижнем зажимном кольце.The problem is solved by a gas generator for oil and gas condensate wells, which includes the main charge of solid fuel placed in a perforated housing, an igniter in a cylindrical housing with membrane blocks in the upper and lower parts and a fixed movable plunger in the upper part of the cylindrical housing, a temperature promoter located above the lower membrane block. At the same time, a unit for fixing the position of the plunger after gas compression in the ignition unit is additionally introduced into the lower part of the cylinder of the ignition unit, including a split conical spring ring and a plunger core with a conical head in the form of a protrusion, and also to ensure greater tightness of the ignition unit, the lower and top seals located between the plug body and the movable washer and between the plug body and shank. At the same time, two intermediate flanges are introduced into the ignition unit, located between the upper flange and the membrane unit, as well as between the lower flange and the membrane unit, which ensure the removal and tight installation of the membrane assemblies. In addition, the ignition unit is sealed with tightening bolts, and the diaphragm clamping ring on the lower side of the plunger has a hole diameter smaller than the plunger diameter, which is necessary to stop the plunger movement, and the temperature promoter is located in the lower clamping ring.
В качестве рабочего тела в блоке воспламенения может использоваться как химически устойчивый при нагревании газ, так и газ, разлагаемый при нагревании с увеличением объема (например, аммиак).As a working medium in the ignition unit, both a chemically stable gas when heated and a gas that decomposes when heated with an increase in volume (for example, ammonia) can be used.
Температурный промотор в предлагаемой конструкции размещается в нижней части блока воспламенения над нижней мембраной.The temperature promoter in the proposed design is located in the lower part of the ignition unit above the lower membrane.
Применение предлагаемой конструкции газогенератора для обработки нефтяных скважин позволит в силу создания более высокого давления и температуры в блоке воспламенения существенно снизить риск невоспламенения основного заряда твердого топлива температурным промотором и повысить надежность работы газогенератора. При этом за счет образования сети трещин в призабойной зоне скважины, выплавления смолистых и парафиновых углеводородов, химического взаимодействия кислых продуктов горения с горной породой увеличивается производительность нефтяных скважин.The use of the proposed design of a gas generator for processing oil wells will allow, due to the creation of a higher pressure and temperature in the ignition unit, to significantly reduce the risk of non-ignition of the main charge of solid fuel by the temperature promoter and increase the reliability of the gas generator. At the same time, due to the formation of a network of cracks in the bottomhole zone of the well, the melting of resinous and paraffinic hydrocarbons, the chemical interaction of acidic combustion products with the rock, the productivity of oil wells increases.
Эффект повышения надежности работы газогенератора достигается размещением в нижней части блока воспламенения конусной разрезной пружинной шайбы с внутренним диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса блока воспламенения, а на сердечнике плунжера - кольцевого конического выступа с наибольшим внешним диаметром, превосходящим внутренний диаметр шайбы, но меньшим внутреннего диаметра корпуса блока воспламенения. Кроме того, для лучшей герметизации зоны сжатия газа поршень снабжен двумя самоуплотняющимися прокладками. Следствием этого будут более высокие значения давления и температуры в зоне сжатия, гарантированный разрыв нижней мембраны блока воспламенения и более надежное воспламенение основного заряда твердого топлива.The effect of increasing the reliability of the gas generator is achieved by placing a conical split spring washer in the lower part of the ignition unit with an inner diameter smaller than the internal diameter of the ignition unit housing, and on the plunger core - an annular conical protrusion with the largest external diameter exceeding the internal diameter of the washer, but smaller than the internal diameter of the housing ignition unit. In addition, for better sealing of the gas compression zone, the piston is equipped with two self-sealing gaskets. The consequence of this will be higher values of pressure and temperature in the compression zone, guaranteed rupture of the lower membrane of the ignition unit and more reliable ignition of the main charge of solid fuel.
На Фиг. 1, 2, 3, 4 изображено устройство предлагаемой конструкции газогенератора.FIG. 1, 2, 3, 4 shows the device of the proposed design of the gas generator.
Блок воспламенения газогенератора (Фиг. 1) состоит из цилиндра 1, верхнего входного фланца 5, нижнего выходного фланца 8, верхнего промежуточного фланца 6, нижнего промежуточного фланца 7, разрезного пружинного кольца 2, расположенного между нижним концом цилиндра 1 и нижним промежуточным фланцем 7. В верхней части блока воспламенения под верхним мембранным блоком 10 зафиксирован сборный плунжер 12. Верхний 10 и нижний И мембранные блоки стягиваются болтами 3 через шайбы 9. Верхний фланец на цилиндре 14 и нижний фланец на цилиндре 15 крепятся к цилиндру 1 резьбовым и сварочным соединением. Верхний и нижний мембранные блоки 10, 11, верхний входной фланец 5 и нижний выходной фланец 8, верхний фланец на цилиндре 14, нижний фланец на цилиндре 15 стягиваются через шайбы 9 болтами 3. Сердечник 13 сборного плунжера 12 имеет коническую головку с выступом, позволяющую осуществлять зацепление с разрезным пружинным кольцом 2. Герметичность блока воспламенения обеспечивается установкой прокладок 4.The ignition unit of the gas generator (Fig. 1) consists of a cylinder 1, an
В нижней части блока воспламенения над герметизирующей разрывной мембраной мембранного блока 11 помещается температурный промотор (например, бихромат аммония и др.) - вещество, обеспечивающее надежное воспламенение основного заряда твердого топлива. Внутри цилиндрического корпуса 1 блока воспламенения между температурным промотором и плунжером 12 находится газ (например, воздух или другой газ), сжимаемый плунжером 12 до высокой температуры и давления при срабатывании блока воспламенения.A temperature promoter (for example, ammonium dichromate, etc.) is placed in the lower part of the ignition unit above the sealing rupture membrane of the membrane unit 11 - a substance that ensures reliable ignition of the main charge of solid fuel. Inside the cylindrical body 1 of the ignition unit between the temperature promoter and the
Сборный плунжер (Фиг. 2) состоит из четырех частей, связанных между собой резьбовыми соединениями через прокладки. Плунжер включает сердечник 16 с коническим выступом, подвижную шайбу 17, корпус плунжера 18, хвостовик 19, герметизирующие самоуплотняющиеся при давлении на сердечник 16 нижнее и верхнее уплотнения 20, 21.The assembled plunger (Fig. 2) consists of four parts, interconnected by threaded connections through gaskets. The plunger includes a core 16 with a conical protrusion, a
Верхний и нижний мембранные блоки (Фиг. 3.) имеют одинаковую конструкцию и различаются величиной давления, на которое рассчитаны мембраны. В состав мембранного блока входят: два прижимных кольца 22, выполняющих функцию фиксации мембраны, мембрана разрывная 23, монтажная планка 24 и винты 25, необходимые при монтаже мембранного блока в конструкции газогенератора.The upper and lower diaphragm blocks (Fig. 3.) have the same design and differ in the magnitude of the pressure for which the diaphragms are designed. The diaphragm block includes: two clamping
Зарядный блок газогенератора (Фиг. 4) представляет собой негерметичный цилиндрический корпус 30, внутри которого находятся контактирующие друг с другом твердотопливные шашки 28, 29 различной геометрии и с различной скоростью горения. Соединение зарядного блока с блоком воспламенения осуществляется с помощью переходника 26 резьбовым соединением. Основной заряд топлива присоединяется к переходнику с помощью накидной гайки 27 резьбовым соединением.The charging unit of the gas generator (Fig. 4) is a non-sealed
Газогенератор работает следующим образом.The gas generator works as follows.
Газогенератор монтируют на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб и спускают на заданную глубину скважины. Производятся операции по подготовке скважины к обработке. С устья скважины создается скачок давления в насосно-компрессорных трубах, приводящий к срабатыванию верхней разрывной мембраны блока воспламенения газогенератора. Под действием возникающего перепада давления (давление, поданное с устья скважины плюс гидростатическое давление столба жидкости над плунжером) плунжер начинает ускоренное движение и сжимает газ между плунжером и промотором над нижней разрывной мембраной. Под действием силы давления плунжер сжимает газ до давлений и температур, значительно превосходящих температуру химического разложения промотора. Коническая головка с выступом 13 сердечника плунжера заходит за пружинное кольцо 2 (Фиг. 1) и жестко фиксирует положение плунжера. Под действием высокой температуры происходит разложение температурного промотора с выделением большого количества образующихся газов. Давление под плунжером еще больше возрастает. Однако фиксирующее пружинное кольцо 2 и коническая головка плунжера 13 (Фиг. 1) упираются друг в друга и не позволяют двигаться плунжеру в обратную сторону. Избыточное давление под плунжером воздействует на самоуплотняющиеся прокладки, которые не позволяют газу просочиться через плунжер. Давление под плунжером вследствие химического разложения промотора еще больше возрастает до величин, превышающих предел прочности нижней разрывной мембраны мембранного блока 11 (Фиг. 1) и происходит ее разрыв. Высоко нагретые газы вместе с частицами горящего промотора под действием избыточного давления выбрасываются на поверхность твердотопливной шашки 28 (Фиг. 4) и происходит ее воспламенение. Горение твердотопливных шашек передается контактирующему с ним основному заряду твердого топлива 29 (Фиг. 4). За счет подбора вида топлива и его геометрии горение происходит с пиковым возрастанием скорости и давления, что обуславливает циклический режим обработки скважины.The gas generator is mounted at the lower end of the tubing string and lowered to a predetermined well depth. Operations are underway to prepare the well for treatment. From the wellhead, a pressure surge is created in the tubing, leading to the operation of the upper rupture disc of the gas generator ignition unit. Under the influence of the resulting pressure drop (pressure supplied from the wellhead plus the hydrostatic pressure of the liquid column above the plunger), the plunger begins to accelerate and compresses the gas between the plunger and the promoter above the lower rupture disc. Under the action of the force of pressure, the plunger compresses the gas to pressures and temperatures significantly exceeding the temperature of chemical decomposition of the promoter. The conical head with the
При горении основного заряда твердого топлива выделяются высоконагретые газы (N2, HCl, HF, Н2, и др.), которые вместе с парами жидкой среды скважины под большим давлением через перфорационные отверстия распространяются в призабойную зону скважины, прогревая ее, образуя трещины, расплавляя асфальтены, парафины в порах и химически взаимодействуя с карбонатными частицами с образованием растворимых соединений.When the main charge of solid fuel burns, highly heated gases (N 2 , HCl, HF, H 2 , etc.) are released, which, together with vapors of the liquid medium of the well under high pressure through perforations, spread into the bottomhole zone of the well, heating it up, forming cracks, melting asphaltenes, paraffins in pores and chemically interacting with carbonate particles to form soluble compounds.
С целью подтверждения повышения надежности работы предлагаемой конструкции газогенератора по сравнению с прототипом была проведена экспериментальная и расчетная проверка работы узлов предлагаемой конструкции газогенератора.In order to confirm the increase in the reliability of the proposed design of the gas generator in comparison with the prototype, an experimental and calculated verification of the operation of the nodes of the proposed design of the gas generator was carried out.
Пример 1. Для проверки работоспособности блока воспламенения прототипа газогенератора был создан лабораторный образец газогенератора с уменьшенным зарядным блоком. Внутренний диаметр камеры адиабатического сжатия составлял 30 мм, длина зоны сжатия газа - 800 мм. Плунжер изготавливался из алюминиевого сплава и его масса составляла 200 г.Example 1. To test the performance of the ignition unit of the prototype gas generator, a laboratory sample of the gas generator with a reduced charging unit was created. The inner diameter of the adiabatic compression chamber was 30 mm, and the length of the gas compression zone was 800 mm. The plunger was made of aluminum alloy and its weight was 200 g.
В экспериментах проверялась возможность сжатия воздуха до высоких давлений с помощью уплотняющих колец, расположенных на плунжере с варьированием формы сечения колец (круглая, овальная, трапециидальная) и материала колец (резиновые, полимерные). Для этого смонтированный лабораторный газогенератор устанавливался на испытательный стенд высокого давления и на вход блока воспламенения газогенератора компрессором подавалось давление, имитирующее давление в насосно-компрессорных трубах. Подаваемое давление фиксировалось во времени тензометрическим датчиком давления Карат ДИ и аналого-цифровым преобразователем сигнала АЦП B-480G от датчика давления на компьютер с установленным программным обеспечением Power Graph 3.3 Pro для обработки сигналов с датчика давления и графического отображения сигнала во времени. По достижении заданного давления срабатывала (разрывалась) верхняя мембрана и плунжер сжимал воздух, находящийся под ним. При этом, в части случаев сжатый плунжером воздух разрывал нижнюю мембрану, но в других случаях разрыва нижней мембраны не происходило. Причину этого удалось выяснить по распределению остатков сгоревшего температурного промотора (бихромата аммония) выше и ниже сжимающего воздух плунжера (эти остатки имеют ярко выраженный зеленый цвет).In the experiments, the possibility of compressing air to high pressures was checked using sealing rings located on the plunger with varying the shape of the cross-section of the rings (round, oval, trapezoidal) and the material of the rings (rubber, polymer). For this, the assembled laboratory gas generator was installed on a high-pressure test bench and a compressor was supplied to the inlet of the ignition unit of the gas generator by a pressure that simulates the pressure in the tubing. The supplied pressure was recorded in time by a Karat DI strain gauge pressure sensor and an analog-to-digital converter of the B-480G ADC signal from the pressure sensor to a computer with Power Graph 3.3 Pro software installed to process signals from the pressure sensor and graphically display the signal in time. Upon reaching the set pressure, the upper diaphragm was triggered (ruptured) and the plunger compressed the air under it. At the same time, in some cases, the air compressed by the plunger ruptured the lower membrane, but in other cases the lower membrane did not rupture. The reason for this was determined by the distribution of the residues of the burnt temperature promoter (ammonium dichromate) above and below the plunger compressing the air (these residues have a pronounced green color).
Оказалось, что в случаях, когда нижняя мембрана не срабатывала, остатки сгоревшего бихромата аммония распределялись по всей длине блока воспламенения (как после, так и до плунжера), что говорит о негерметичности уплотнительных колец. Указанное явление наблюдалось в случаях всех форм уплотнительных колец и материала изготовления Причина этого заключается в недостаточном сопротивлении уплотнительных колец продольной составляющей сил давления сжатого воздуха в области высоких давлений. Для решения этой проблемы в конструкции прототипа нами предложено в патентуемой конструкции использовать самоуплотняющиеся уплотнительные кольца. Кольца находятся в замкнутом объеме и с ростом давления усиливают герметизацию объема под плунжером.It turned out that in cases where the lower membrane did not work, the remnants of the burnt ammonium dichromate were distributed along the entire length of the ignition block (both after and before the plunger), which indicates the leakage of the sealing rings. This phenomenon was observed in cases of all forms of sealing rings and material of manufacture. The reason for this is the insufficient resistance of the sealing rings to the longitudinal component of the compressed air pressure forces in the high-pressure region. To solve this problem in the design of the prototype, we proposed to use self-sealing sealing rings in the patented design. The rings are in a closed volume and, with increasing pressure, increase the sealing of the volume under the plunger.
Пример 2. Проводились опыты с конструкцией прототипа газогенератора, описанной в примере 1. В опытах использовались нижние мембраны, рассчитанные на высокие давления (более 400 атм). Наблюдали, что во многих опытах разрыва нижней мембраны не происходило. В то же время, разборка конструкции блока воспламенения газогенератора после экспериментов показала, что плунжер блока находился на значительном расстоянии (десятки сантиметров) от нижней мембраны, что говорит о том, что он был отброшен в противоположном направлении противодавлением, возникающем под плунжером. Такое дополнительное противодавление возникает при горении температурного промотора с выделением газообразных продуктов. Например, при разложении твердого бихромата аммония дополнительно выделяются газообразный азот и парообразная вода:Example 2. Experiments were carried out with the design of the prototype gas generator described in example 1. In the experiments, the lower membranes were used, designed for high pressures (more than 400 atm). It was observed that in many experiments rupture of the lower membrane did not occur. At the same time, disassembly of the structure of the gas generator ignition block after the experiments showed that the block plunger was at a considerable distance (tens of centimeters) from the lower membrane, which indicates that it was thrown in the opposite direction by the back pressure arising under the plunger. This additional backpressure occurs when the temperature promoter burns with the release of gaseous products. For example, during the decomposition of solid ammonium dichromate, gaseous nitrogen and vaporous water are additionally released:
(NH4)2Cr2O7=Cr2O3+N2+4H2O(NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O
Возникающее дополнительное давление под плунжером в результате горения промотора смещает плунжер в конструкции прототипа в противоположном направлении, температура падает, и горение прерывается.The resulting additional pressure under the plunger as a result of the combustion of the promoter displaces the plunger in the prototype structure in the opposite direction, the temperature drops, and combustion is interrupted.
Для исключения такого развития событий в конструкции прототипа нами предложено установить в блоке воспламенения устройство фиксации плунжера в положении максимального сжатия воздуха. Это позволит дополнительно возникшее давление при разложении промотора использовать для разрыва нижней мембраны и повысить надежность работы газогенератора путем снижения риска невоспламенения основного заряда твердого топлива.To exclude such a development of events in the design of the prototype, we proposed to install a device for fixing the plunger in the position of maximum air compression in the ignition unit. This will allow the additional pressure generated during the decomposition of the promoter to be used to rupture the lower membrane and to increase the reliability of the gas generator by reducing the risk of non-ignition of the main charge of the solid fuel.
Пример 3. С целью оценки влияния разложения промотора при адиабатическом сжатии газа в блоке воспламенения на создаваемые в блоке давление и температуру были проведены два расчета: адиабатическое сжатие газа без разложения промотора (случай а) и адиабатическое сжатие газа с разложением промотора (случай б). Рассмотрим оба случая, а) Первоначально рассчитывались давление и температура воздуха при его адиабатическом сжатии в конструкции газогенератора, указанном в примере 1 (прототип), без промотора.Example 3.In order to assess the effect of the decomposition of the promoter during adiabatic compression of the gas in the ignition unit on the pressure and temperature created in the unit, two calculations were carried out: adiabatic compression of the gas without decomposition of the promoter (case a) and adiabatic compression of the gas with decomposition of the promoter (case b). Consider both cases, a) Initially, we calculated the pressure and temperature of the air during its adiabatic compression in the design of the gas generator indicated in example 1 (prototype), without a promoter.
Объем зоны сжатия воздуха V1 в газогенераторе составляет:The volume of the air compression zone V 1 in the gas generator is:
где d- диаметр канала сжатия газа, см; L1 - длина канала сжатия газа, см.where d is the diameter of the gas compression channel, cm; L 1 - the length of the gas compression channel, see.
Объем газа V2 после адиабатического сжатия равен объему цилиндрического углубления над нижней мембраной и составляет:The volume of gas V 2 after adiabatic compression is equal to the volume of the cylindrical recess above the lower membrane and is:
где d2 - диаметр цилиндрического углубления над нижней мембраной, см;where d 2 is the diameter of the cylindrical recess above the lower membrane, cm;
L2 - длина цилиндрического углубления над нижней мембраной, см.L 2 - the length of the cylindrical recess above the lower membrane, see.
Адиабатическое сжатие идеального газа подчиняется уравнению Пуассона, т.е.The adiabatic compression of an ideal gas obeys the Poisson equation, i.e.
где γ - показатель адиабаты (для воздуха γ=1,4); Р1, Р2 соответствуют давлению газа до и после сжатия.where γ is the adiabatic index (for air γ = 1.4); Р 1 , Р 2 correspond to the gas pressure before and after compression.
Если сжимаемый газ - воздух, находящийся первоначально при атмосферном давлении в объеме V], то при сжатии его до объема V2 его давление составит:If the gas being compressed is air initially at atmospheric pressure in volume V], then when compressed to volume V 2 its pressure will be:
Соответственно, его температура Т2 после сжатия будет равна (при начальной температуре T1=298,15 K).Accordingly, its temperature T 2 after compression will be equal (at the initial temperature T 1 = 298.15 K).
б) Далее рассматривался случай адиабатического сжатия, в ходе которого происходит разложение температурного промотора. Конструкция газогенератора соответствует примеру 1. Температурный промотор (диспергированное смесевое твердое топливо) находится в цилиндрическом углублении диаметром 2,5 см и высотой 1,2 см над нижней мембраной. Доля свободного объема ϕ в промоторе примерно составляет ϕ=0,4. Масса m температурного промотора в цилиндрическом углублении составляетb) Further, the case of adiabatic compression was considered, during which the temperature promoter decomposes. The design of the gas generator corresponds to example 1. The temperature promoter (dispersed mixed solid fuel) is located in a cylindrical cavity with a diameter of 2.5 cm and a height of 1.2 cm above the lower membrane. The proportion of free volume ϕ in the promoter is approximately ϕ = 0.4. The mass m of the temperature promoter in the cylindrical cavity is
m=(1-ϕ)ρV2=6,01 г,m = (1-ϕ) ρV 2 = 6.01 g,
где плотность температурного промотора ρ составляет 1,7 г/см3, а объем цилиндрического углубления V2 равен 5,89 см3.where the density of the temperature promoter ρ is 1.7 g / cm 3 , and the volume of the cylindrical depression V 2 is 5.89 cm 3 .
При сжигании 1 г смесевого твердого топлива в среднем образуется в нормальных условиях 0,85 л газов. Таким образом, при сжигании 6,01 г смесевого твердого топлива в нормальных условиях выделится 5,11 л газов. С учетом же воздуха в блоке воспламенения до сжатия (0,566 нормальных литра) общий объем сжимаемых газов составит 5,676 нормальных литра.When 1 g of mixed solid fuel is burned, an average of 0.85 liters of gases are formed under normal conditions. Thus, when burning 6.01 g of mixed solid fuel under normal conditions, 5.11 liters of gases will be released. Taking into account the air in the pre-compression ignition unit (0.566 normal liters), the total volume of compressible gases will be 5.676 normal liters.
При сжатии всего объема образующихся газов до объема V2=5,89 см3 в соответствии с адиабатой Пуассона максимальное давление Р2 вырастет до следующей величины:When the entire volume of the formed gases is compressed to a volume of V 2 = 5.89 cm 3 in accordance with the Poisson adiabat, the maximum pressure P 2 will increase to the following value:
Соответственно, максимальная температура Т2 в зоне сжатия составит:Accordingly, the maximum temperature T 2 in the compression zone will be:
Из приведенных расчетов очевиден большой вклад температурного промотора в достижении максимальных давлений и температур в зоне сжатия газа газогенератора.From the above calculations, the large contribution of the temperature promoter to the achievement of maximum pressures and temperatures in the gas compression zone of the gas generator is obvious.
Конечно, максимальные давление и температура достигаться не будут, так как раньше сработает нижняя разрывная мембрана. Тем не менее, из расчетов следует, что потенциальный запас у заявляемой конструкции блока воспламенения благодаря фиксации положения плунжера в состоянии сжатия газов значителен.Of course, the maximum pressure and temperature will not be reached as the lower bursting disc will operate earlier. Nevertheless, it follows from the calculations that the potential margin of the claimed design of the ignition unit due to fixing the position of the plunger in the state of gas compression is significant.
Пример 4. Исследование срабатывания разрывных мембран в блоке воспламенения.Example 4. Investigation of the operation of bursting discs in the ignition unit.
На основе лабораторного газогенератора, приведенного в примере 1, проводилось изучение формы раскрытия разрывных мембран при их срабатывании. Форма раскрытия мембраны во многом определяет насколько полно попадет температурный промотор на поверхность основного заряда твердого топлива и, следовательно, надежность воспламенения. Наиболее целесообразным является центральное раскрытие мембраны («раскрытие цветка») когда практически весь температурный промотор попадет на поверхность основного заряда твердого топлива.On the basis of the laboratory gas generator shown in example 1, a study of the shape of the opening of rupture discs when they are triggered was carried out. The shape of the membrane opening largely determines how completely the temperature promoter reaches the surface of the main charge of the solid fuel and, consequently, the reliability of ignition. The most expedient is the central opening of the membrane ("flower opening"), when practically the entire temperature promoter falls on the surface of the main charge of the solid fuel.
Эксперименты проводили на мембранах из латуни и нержавеющей стали. Варьировали диаметр мембран (от 20 мм до 30 мм) и толщину мембран (от 0,15 мм до 0,4 мм). Фиксировали форму разрыва мембраны и давление срабатывания. Во всех экспериментах наблюдалось центральное раскрытие мембран, что соответствует их задаче. На Фиг. 5, 6 показаны фотографии типичной формы мембран после их срабатывания.The experiments were carried out on brass and stainless steel membranes. The diameters of the membranes (from 20 mm to 30 mm) and the thickness of the membranes (from 0.15 mm to 0.4 mm) were varied. The shape of the membrane rupture and the response pressure were recorded. In all experiments, the central opening of the membranes was observed, which corresponds to their task. FIG. Figures 5, 6 show photographs of the typical shape of the membranes after their actuation.
Вывод по результатам примеров 1-4.Conclusion on the results of examples 1-4.
Предлагаемая конструкция газогенератора обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую надежность работы за счет использования узла фиксации плунжера в предельном положении сжатия газов, введения в конструкцию сборного плунжера герметизирующих уплотнений и введения в конструкцию температурного промотора, обеспечивающего воспламенение основного заряда твердого топлива.The proposed design of the gas generator provides, in comparison with the prototype, a higher reliability of operation due to the use of the plunger fixation unit in the limiting position of gas compression, the introduction of sealing seals into the assembly plunger design and the introduction of a temperature promoter into the design, which ensures the ignition of the main charge of solid fuel.
ЛитератураLiterature
1. Кольцова Э.М., Глебов М.Б., Лазарев В.М., Женса А.В. Газогенератор для нефтяных и газовых скважин. Патент РФ №2456443 C1, МПК Е21В 43/263 (2006/01). Опубликовано: 20.07.2012 г. БИ №20.1. Koltsova E.M., Glebov M.B., Lazarev V.M., Zhensa A.V. Gas generator for oil and gas wells. RF patent No. 2456443 C1, IPC E21B 43/263 (2006/01). Published: 20.07.2012 BI No. 20.
2. Кольцова Э.М., Глебов М.Б., Женса А.В., Лазарев В.М., Газогенератор для повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин. Патент РФ №2363840 С1, МПК Е21В 43/263 (2006/01). Опубликовано: 10.08.2009 г. БИ №22.2. Koltsova EM, Glebov MB, Zhensa AV, Lazarev VM, Gas generator for increasing the productivity of oil and gas wells. RF patent No. 2363840 C1, IPC E21B 43/263 (2006/01). Published: 10.08.2009
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019131219A RU2732542C1 (en) | 2019-10-03 | 2019-10-03 | Gas generator for oil and gas condensate wells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019131219A RU2732542C1 (en) | 2019-10-03 | 2019-10-03 | Gas generator for oil and gas condensate wells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2732542C1 true RU2732542C1 (en) | 2020-09-22 |
Family
ID=72922403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019131219A RU2732542C1 (en) | 2019-10-03 | 2019-10-03 | Gas generator for oil and gas condensate wells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2732542C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4530396A (en) * | 1983-04-08 | 1985-07-23 | Mohaupt Henry H | Device for stimulating a subterranean formation |
| RU2184220C2 (en) * | 2000-08-10 | 2002-06-27 | Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Thermal gas producer to treat face zone of productive pool of oil wells and process of its manufacture |
| RU2291290C1 (en) * | 2005-07-14 | 2007-01-10 | Элеонора Моисеевна Кольцова | Gas generator for increasing debit of oil and gas wells and method for using said generator |
| RU2352770C2 (en) * | 2007-05-08 | 2009-04-20 | Ооо Волго-Уральский Центр Научно-Технических Услуг "Нейтрон" | Method and device for stimulating oil and gas wells operation (versions) |
| RU2363840C1 (en) * | 2007-12-21 | 2009-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Gas generator increasing yield of oil and gas wells |
| RU2495999C1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-10-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Волго-Уральский Центр Научно-Технических Услуг "Нейтрон" | Method and device for oil and gas well operation intensification (versions) |
-
2019
- 2019-10-03 RU RU2019131219A patent/RU2732542C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4530396A (en) * | 1983-04-08 | 1985-07-23 | Mohaupt Henry H | Device for stimulating a subterranean formation |
| RU2184220C2 (en) * | 2000-08-10 | 2002-06-27 | Государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" | Thermal gas producer to treat face zone of productive pool of oil wells and process of its manufacture |
| RU2291290C1 (en) * | 2005-07-14 | 2007-01-10 | Элеонора Моисеевна Кольцова | Gas generator for increasing debit of oil and gas wells and method for using said generator |
| RU2352770C2 (en) * | 2007-05-08 | 2009-04-20 | Ооо Волго-Уральский Центр Научно-Технических Услуг "Нейтрон" | Method and device for stimulating oil and gas wells operation (versions) |
| RU2363840C1 (en) * | 2007-12-21 | 2009-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) | Gas generator increasing yield of oil and gas wells |
| RU2495999C1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-10-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Волго-Уральский Центр Научно-Технических Услуг "Нейтрон" | Method and device for oil and gas well operation intensification (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2644530A (en) | Gas-operated well apparatus with expansion retarding device | |
| RU2439312C1 (en) | Heat gas generator for improvement of formation filtration in its well bore zone | |
| CN103982168B (en) | Underground multi-stage intelligent high pressure gas pulse formation fracturing device and method thereof | |
| RU98047U1 (en) | HEAT AND GAS GENERATOR FOR IMPROVEMENT OF FILTRATION OF THE LAYER IN ITS NEARBORING ZONE | |
| US2815816A (en) | Automatically relieved gas pressure well apparatus | |
| US11193358B2 (en) | Firing head assembly, well completion device with a firing head assembly and method of use | |
| US2695065A (en) | Well packer, setting apparatus, and dump bailer | |
| US3002559A (en) | Propellant set bridging plug | |
| US3029732A (en) | Perforation and cleaning of wells | |
| US3115932A (en) | Apparatus for consolidating incompetent subterranean formations | |
| CN108036685A (en) | A kind of rock multiple-row blasting device and its method for blocking dry ice fracturing rock blasthole | |
| RU2110677C1 (en) | Method for thermogas-chemical and pressure treatment of bottom-hole zone of productive bed, and gas generator | |
| RU2732542C1 (en) | Gas generator for oil and gas condensate wells | |
| CN112392484A (en) | Carbon dioxide phase change fracturing permeability increasing device of immobile pipe column and working method | |
| US11408258B2 (en) | Hydraulic underbalance initiated safety firing head, well completion apparatus incorporating same, and method of use | |
| RU2363840C1 (en) | Gas generator increasing yield of oil and gas wells | |
| RU2178072C1 (en) | Carrier-free sectional charge for formation gas-hydraulic stimulation | |
| US2707999A (en) | Subsurface gun firing apparatus | |
| CN110068251A (en) | A kind of mine carbon dioxide fracturing device | |
| CN116411891A (en) | Perforation, fracturing and packing integrated tool | |
| US2675877A (en) | Subsurface well apparatus with gas expansion retarding device | |
| RU2340764C1 (en) | Detonator for well equipment | |
| CA2761153A1 (en) | Device and method for well stimulation | |
| US3066734A (en) | Method of vertically fracturing wells | |
| RU2694824C1 (en) | Pyrotechnics testing device |