激化和注射系统 【技术领域】
本发明涉及一种用于将含蒸汽的流和化学物质注射到地下构造(formation)、泵、管道或罐内的系统。
背景技术
先前的技术已经试图通过把过氧化氢注射到地层内并允许无控分解和加热而回收油。这样经常引起井下火灾并损坏设备。
对过氧化氢直接注射的一种改进是通过利用线内(in line)垂直蒸汽发生器进行的，该蒸汽发生器可用于盖住井口。过氧化氢和银的分解与直接注射到地层中的、产生的蒸汽和氧气配合。由于不能够精确地控制温度和压力，因此该系统产生了问题，会导致构造和井口装置的损坏。
【发明内容】
本发明是对现有技术的改进。其利用允许产生的含蒸汽流旁路经过油井并被释放到大气的构造。由于注射水的注射系统被包含以缓和注射部位或者被注射部位的温度。过氧化氢溶液的浓度(％)可被用于控制或改变压力和热量。通过预加热催化剂屏(screen)并例如使用由氧化钐涂覆的银屏，而提高效率。该系统还允许与含蒸汽流一起注射处理化学物质。
该系统具有许多用途和功能，由于其在各种温度和压力下唯一地建立被加热的含蒸汽流，因此其成为一种理想地注射系统，用于解决重质原油和气体耗尽构造中、和包含或具有包含的重质原油、碳氢化合物和天然气的泵、管道或罐中存在的石蜡问题。含蒸汽流发生器可具有预加热器(电的或化学的)，并能够分解不同百分比的H2O2。该系统具有可变压力注射泵、还有节流阀以根据需要启动或停止。该系统可以通过在油井和注射设备上的不同部位预设操作温度并检测受控温度而进行自动操作。系统还具有两个热交换器，一个用于H2O，一个用于包括KH30的各种化学物质或者其它成分，以将石蜡变软或者溶解。对于特定化学物质的具体需要，对热交换器在各种温度下进行温度控制。它们在由注射泵和它们的驱动单元控制的各种压力下被使用。
该系统泵可由12伏直流电、120伏交流电、直接驱动内燃机和静液压驱动装置进行驱动。如果任何系统发生故障，则有具有不同驱动装置的备用泵。该系统为自动防故障装置并且能够直到气体发生器到达350°F和其以上才被操作。
【附图说明】
图1示意性地示出了系统的一个实施例。
【具体实施方式】
本发明涉及一种利用至少一个含蒸汽流发生器的系统，以产生包括蒸汽、加热水、加热气、和/或化学物质的含蒸汽流、并将其注射到地下结构、泵、管道或罐内。该系统使用具有可变压力和温度的含蒸汽流驱动装置、具有可变压力和温度的蒸汽驱动装置、以及在可变压力和温度下的化学物质注入，并允许用户定制循环驱动装置。
注射系统由于其能够在各种温度和压力下注射被加热的含蒸汽流而具有多种用途。该注射系统可理想地用于解决石蜡问题、重质原油和气体耗尽结构、及泵、管道或罐中的问题。另外，该系统可使环境清洁，便于操作。
泵和含蒸汽流发生器和发生器可提供在单个位置，例如卡车上。这样，系统可以完全移动。
每个泵都具有驱动单元，并且都能够把各种化学物质和/或水或蒸汽注射到地下构造内。有些泵在高压下工作，有些在低压下工作。
系统从至少一个过氧化氢供给燃料的含蒸汽流发生器产生热量。所建立的温度从环境温度上升到1300°F(704℃)，而压力从零到2500psi。发生器可具有一系列预加热器、一些为电的，一些为化学的，而且能够分解各种百分比的H2O2。含蒸汽流发生器具有用于注射H2O2的可变压力注射泵、还具有节流阀以根据需要启动和停止。
发生器可通过预设操作温度并且利用诸如夹在油井密封件上的温度传感器检测油井和注射器上不同部位的受控温度而自动操作。发生器具有热交换器，一个热交换器用于用水以调节温度，一个热交换器用于各种化学物质，例如KH30。热交换器被温度控制在各种温度下，并被根据所使用的化学物质选择。这些热交换器还应用在被注射泵及它们的驱动单元控制的可变压力下。
所述泵可由任何合适的装置驱动，诸如12伏直流电、120伏交流电、直接驱动内燃机和静液压驱动装置。该泵具有自动驱动单元。优选在任何泵存在故障的情况下存在具有不同驱动装置的备用泵。
该系统还具有由于用于形成背压的监视器。该系统为自动防故障装置并且直到气体发生器到达350°F之上的温度时才工作。系统提供很短的注射时间，并能够产生大量的交换气体(ceded gas)。
该系统通常连接至油井，而且水和/或化学物质以不同间隔注射到油井中。例如，被加热的气体注射到油井内大约1分钟至大约60分钟。被加热的气体在背压之上1psi至大约3000psi的压力下在井口的温度范围大致为15℃至700℃。之后，在油井背压之上大约1psi至大约3000psi的增强背压下，例如KH30之类的化学物质伴随着附加的加热气体被注射到油井中。根据需要，可重复和改变这种过程，以清洁油井。
本发明用于把含蒸汽流引入地下地质构造、泵、管道和罐内的设备包括：
至少一个含蒸汽流发生器，其具有液态过氧化氢燃料引入区、催化剂区、和用于建立由发生器形成的含蒸汽流的背压的区；
管道，其用于将具有浓度为70-98重量百分比的所述液态过氧化氢的液态过氧化氢燃料引入含蒸汽流发生器；用于将含蒸汽流导引至构造、泵、管道或罐内的装置和用于将流体引入构造、泵、管道或罐内的装置。
该设备可进一步包括用于将含蒸汽流体引入到位于用于将含蒸汽流导引至构造、泵、管道或罐内的装置下游的构造、泵、管道或罐内的装置。含蒸汽流的温度大约为至少212°F。该设备进一步包括用于在将含蒸汽流引入构造、管道，管或罐内之前冲洗管道，构造，管道，管或罐的装置和位于管道中的阀装置，阀装置用于向大气排放所述含蒸汽流。该设备还可以具有第二阀装置，用于与上述阀装置配合，以伴随着排放流的中断使含蒸汽流有效流入所述管道，管、泵、管道或罐内。
本发明还涉及一种用于把含蒸汽流引入地质结构、泵、管道或罐的方法，用于有效地激化材料流入结构、泵、管道或罐，其中所述方法包括：
(a)将浓度为70至98％的过氧化氢引入至少一个含蒸汽流发生器内；
(b)使过氧化氢进入至少一个发生器的催化剂区以产生含蒸汽流；
(c)引入来自至少一个发生器的含蒸汽流和流体，以增强来自所述构造、泵、管道或罐的材料流动；以及
(d)增强构造、泵、管道或罐内的材料流动。在此方法中，含蒸汽流的温度至少大约为212°F。
附图描述
图1所示的示意图示出了使用两台热压发生器16和32的含蒸汽流发生器，所示热压发生器可同时相互配合使用，也可彼此独立地使用。热压发生器(TPG)包括催化剂材料注射板12、催化剂(未示出)、阻通道挡板14、催化剂固定板15、以及文丘里管0.67-0.500 17。每一热压发生器都将配备H2O2加热带11和催化剂加热带13，以在开始激化发生器之前使用，当被引入两个发生器的每一催化剂床内时，这样的起始温度将确保H2O2分解。
这两个发生器都通过由厚壁不锈钢制成的流动导向器连接至TPG树形组件19。在两个发生器之间设有高温/高压单向阀21，该单向阀保护发生器不会过压和被催化剂污染。一旦热压发生器启动，含蒸汽流就通过常开电动/气动致动(EPA)排放阀33释放到大气，直到符合所需的温度而且系统正常(OK)。此时，常开EPA排放阀随之与常闭EPA主注射阀20的打开同步关闭，以将含蒸汽流引入另一高压/高温单向阀21。这种单向阀初步避免了TPG树形组件超压和被催化剂污染。最后，含蒸汽流通过快速连接联接器22存在。
在TPG树形组件上设有三条注射线路，一条注射线路介于被不恰当地标记为38的两个发生器之间，这条注射线路为次级H2O注射线路。下一条注射线路为主H2O注射线路35，该主H2O注射线路设置在EPA排放阀的正下方，这两条注射线路提供含蒸汽流内的温度控制和饱和容纳物。
这两条注射线路同时被驱动或者彼此独立被驱动。最后一条注射线路可在EPA主注射线路之下看到，这条线路在雾化流38的下游传送KH30。
含蒸汽流发生器组件不但包括TPG树形组件，也包括流体、空气和燃料供给系统。这些系统起始于由H2O2罐容器3组成的燃料供给源，该供给源包含将通过罐容器的填充口和排放口2被填充和适当排放的过氧化氢。在EPAH2O2供给阀4、EPAH2O2注射阀8和EPAH2O2注射阀30的控制下，可通过H2O2泵7将燃料引至任何一个或者两个热压发生器。燃料供给源随后被单向阀9和13耦合至TPG单元的正前面，以保护燃料供给源。在H2O2泵出现故障泵、气穴现象或者任何系统故障情况下，H2O2泵周围还有EPA旁路阀5和安全释放阀6。
图1所示的流体系统由H2O输送和KH30输送组成。由于H2O和空气系统在某种程度上彼此一致，因此在空气系统之后最后再解释KH30流体系统。图1所示的H2O供给源包括具有H2O罐填充口/排放口51的H2O罐容器50。该系统在多个路径中输送，以给TPG树形组件提供在H2O传输中任何机械故障所必需的自动防故障装置。第一路径由EPA主H2O注射供给阀49控制，该阀49打开以在两个不同的EPAH2O注射阀37和24的控制下，将H2O引至两个独立的H2O注射线路，这两个线路都在注射线路之前耦合至单向阀36和23，以不产生回流。该H2O注射路径由主H2O泵46供以动力，并配备泵周围的安全释放阀47。两个H2O注射线路可被同时或者独立致动。
由于次级路径用于两种目的，因此其是两褶的；其中目的之一次级泵备用，而另一个目的是处理后TPG启动，在该后TPG启动中，我愿意称作“清洁”循环或者冲洗系统。次级备用系统由H2O泵48供以动力，该H2O泵在EPAH2O注射次级泵备用阀25的控制下，把H2O输送到两个独立的EPAH2O注射阀24和37，以免主H2O泵46发生故障。这样就为温度控制和饱和容纳物提供了自动防故障装置。冲洗系统处于EPAH2O2注射阀26、EPA旁路阀5和EPAH2O2注射阀8和30的控制之下。最初由次级H2O泵48供以动力，但在次级H2O泵出现故障的情况下，系统可被再次改道运行。这种改变线路处于EPA主H2O注射供给阀49、EPAH2O注射次级泵备用阀25、EPAH2O冲洗注射阀26、EPA旁路阀5和EPAH2O2注射阀8和30的控制之下。次级线路由次级H2O泵46供以动力。冲洗系统只在热压发生器后启动之后被启动。冲洗系统开始于H2O2泵7的停止启动、EPAH2O2供给阀4的关闭、以及随后H2O2燃料输送线路在直接位于两个热压发生器之前的主耦合器处的断开。在断开之后，H2O的注射“清洗”存留在线路内的任何过剩H2O2的H2O2燃料输送线路。冲洗系统还与作为冲洗系统第二部分的空气系统一致。该空气系统包括空气净化供给源29，并处于EPA空气净化注射阀28、EPA旁路阀5、以及EPAH2O2注射阀8和30的控制之下，当打开时，其强制空气通过预先冲洗的H2O2燃料输送线路。目的是随后向外强制并干燥存留在H2O2输送线路中的任何H2O，使之安全而且为运输做好准备。空气系统还具有其本身的、与线内空气净化单向阀27有关的安全特征，以确保空气净化供给源或者阀不发生故障。
将总结图1所示概况的最终流体系统为化学物质注射系统。这种系统包括被构造成具有填充口/排放口45的KH30罐容器44。该系统处于KH30EPA注射供给阀43和KH30EPA注射阀40的控制之下，系统本身由KH30注射泵供以动力。该注射泵设置在两个阀之间。该泵还被安全释放阀41包围，以确保当KH30注射供给阀43打开而KH30 EPA注射阀40关闭时，泵本身处于环路循环中。在KH30 EPA注射阀40和KH30注射线路38之间还设有单向阀，以确保KH30流体系统不发生故障。
当主供给阀打开而注射阀关闭时，出现在泵7、42和46上的安全释放阀位于那里，因为泵根据那里的主阀致动而恒定地运行以便为泵提供了恒定的环路系统。
虽然参照其优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，不超出本发明的真实精神实质和保护范围，本发明可以有各种变形，也可由等同物替代。另外，对于特定情况、材料、物质成分、工艺过程、工艺步骤或步骤，可以有许多改进适用于本发明的目的、精神实质和保护范围。所有这些改进都试图包括在随附权利要求书的保护范围内。