改進的用於分解過氧化氫的設備的製作方法

2023-04-26 04:49:01 2

專利名稱：改進的用於分解過氧化氫的設備的製作方法
改進的用於分解過氧化氫的設備
本發明涉及一種新的和改進的設備，用於分解過氧化氫，特別是用作烴 類井筒、管道清洗和維修輔助。
背景技術：
隨著油氣井的老化，其產量常常下降。儘管所述下降的一部分明顯是由 於流出的烴類油氣藏的耗盡，但是流動的降低常常是由於收集到更高重量 的烴類，如在或接近鑽孔以及在裂縫性含烴地層中的石蠟，其抑制了烴類 的流動。另外，為了各種期望的效果而將化學品長期引入鑽孔中，可以導 致流動阻滯。類似的情況，烴類管道長時間的收集沉澱物，這降低了管道 的有效內徑，從而限制了其流量。
各種己知的技術已經用於修復所述堵塞情況。所述技術包括機械程序如 刮擦，引入其他化學處理與堵塞物反應並將其溶解，以及，更近的，應用 聲能處理堵塞物。每種技術具有其優點和缺點。
應用過氧化氫(H202)作為增產手段是己知的。作為活性氧化物，將過 氧化氫直接注入井中作為化學反應物。然而，由於其高反應性，將過氧化 氫注入井中充滿困難和潛在的危險。另外，不斷嚴格的防止對環境排放危 險材料的環境標準進一步減少了過氧化氫的直接注入。
用過氧化氫作為分解劑也是己知的。過氧化氫的分解產物是水和氧氣。 通過適合的催化劑的應用，過氧化氫的分解產生氧和水汽或蒸汽形式的水 的高溫混合物，己經發現一些具有商業價值的方法將所述混合物注入井中。 作為分解產物，氧氣和水都可以排空至環境中而沒有環境風險或與其他試 劑有關的危害。
Hujsak的美國專利3,235,006公開了將過氧化氫直接引入井管道中。在 井中的管道低端放置催化劑。通過與催化劑接觸，注入的過氧化物分解， 分解產物進行增產處理。所述方法需要在沿管道向下遞送時仔細保持過氧 化物不含潛在反應物。分解產物也難於監控，是不可控制的。Papst的美國專利4,475,596應用類似的系統，其中分解反應在要被處理的地層平面處或 高於所述平面的鑽孔中開始。
Miller在1990年11月6日的美國專利4,967,840中公開了一種用於分 解過氧化氫的設備，其尤其用作含烴層的流動增產介質，並公開了與其應 用相關的基礎系統和方法，其中分解在井外進行，反應產物進入井中。然 而，由於將任何增產產物引入烴類井中必須仔細控制和監控，因而'840專 利是不完善的，因為其既沒有提供有效控制或產生分解產物的設備，也不 能對分解產物計量加入井或其他設備中進行監督或控制。
因此，本發明的一個目的是提供一種在引入分解產物的井或其他結構外 進行過氧化氫分解反應，並與井增產和管道清洗相關的利用分解產物的方 法和設備。
本發明的另一個目的是提供這樣的設備，其可以用有效和不間斷的方式 控制、監控和調節分解反應。

發明內容
依據前述和其他任務及目的，本發明包括過氧化氫分解引擎(engine)， 其具有分解室，所述分解室具有將濃縮的過氧化氫引入其中的中心通路， 過氧化氫穿過並被轉化成其分解產物的催化劑殼，以及控制熱、高壓、分 解產物流動的出口文氏管(verturi)。本發明的控制系統包括一系列用於過 氧化氫以及空氣、水和其他可以被添加至注入的蒸汽/氧氣混合物的活性化 學品的閥門和泵，以及閥門和泵控制裝置。量表(gauge)和控制裝置優選 安置在主控板上，將過氧化氫遞送至分解單元的主控裝置是與過氧化物泵 連接的電子液壓操縱杆。從而，可以用有效、安全和可控的方式監控和測 量進入井或其他目標結構的分解產物。


利用附圖達到對本發明更全面的理解，其中
圖1是依據本發明的過氧化氫分解引擎的截面圖2是其進料口部件的正視圖3是其底部出口板的平面圖；圖4是其催化劑單元的平面圖5是利用本發明的引擎和控制系統將過氧化氫分解產物注入井中的 系統的圖形表示；
圖6是用於圖5中描述的結構中的供給管道的圖形表示；
圖7是控制系統的控制面板的圖解說明。
具體實施例方式
首先參考圖1-4，過氧化氫分解引擎10包含一個普通圓柱形外殼12， 其可以是約2英尺長的級別。外殼由一個普通筒狀中筒14形成，其負載分 解反應器，如下文所述。中筒14在其末端終止於一個在外殼中形成的會聚 /分叉文氏管17，分解產物通過其從引擎中排出。如在圖1和2中進一步說 明的，催化劑引擎10的入口端具有頂板16，通過排列的螺栓孔19將其栓 在外殼12的頂部，並且中央多孔轉筒18安裝在其上，例如通過定位焊接。 密封圈21安裝在外殼頂部的排列的圓周槽口中和頂板的底部，以將頂板封 在外殼上。圈21可以是銅或其他適合的材料以耐受引擎運行時的高溫。將 濃縮的過氧化氫通過頂板16沿頂板16中的進口 20引入轉筒18的中心。 轉筒18的底端22也是穿孔的，引入的過氧化氫通過轉筒側壁和底端的穿 孑L流出。
一系列堆疊的催化劑單元24圍繞在引擎中筒14中的轉筒18周圍。如 圖4所見，每個催化劑單元24優選是環形的，因此可以堆疊在中筒14中， 安裝在外殼壁和多孔轉筒18之間。如本領域內公知的，催化劑單元24可 以由多孔銀篩網形成，濃縮過氧化氫與銀的接觸導致過氧化氫在放熱反應 中立即分解成氣態氧和水汽或蒸汽形式的水。如圖1所示，接觸轉筒18的 底部的催化劑盤24A提供催化劑床，使過氧化物通過穿孔轉筒底部22排出。
位於中筒14底端的穿孔底板26進一步在圖3中描述。板26支持催化 劑單元堆疊，同時提供來自堆疊的分解產物的出口。平行孔通過底板沿引 擎的主軸通常向下排出分解產物，進入文氏管17的錐形部分，當來自引擎 的分解產物被排出時，這增加了分解產物的速度並降低了壓力。
如圖5所述，催化劑引擎10的出口文氏管與主輸送線路30連接，將分 解產物通過中止管接頭32輸送到井或其他適合的設備。在引擎的出口處放置一個溫度傳感器，例如熱電偶34，以監控排氣溫度。分別用於水和空氣 的輸送線路36和38與主輸送線路連接。第二溫度傳感器40和壓力傳感器 42位於空氣和水進口的輸送線路30的下遊，同時提供一對電子氣動 (electro-pneumatically activated ， EPA)閥44和46用於加壓和放空目的。 閥48、 50和52分別控制過氧化物、空氣和水進入所述系統中。
閥48、 50和52在圖6描述的補給系統69的輸出線路上。如在此所述， 系統過氧化物、空氣和水分別儲存在罐54、 56和58中。另外，可以提供 罐70用於期望注入井床的輔助化學品。過氧化物線路擁有泵60，而水線路 擁有低壓泵64A、B和C以及高壓泵66A、和B。每個低壓和高壓水泵64A-C 和66A、 B可以是串聯排列的多級泵，以保證操作的連續性。高壓泵66A、 B是混合泵，使罐70中的化學品與水結合，這對井引入是適當的。系統還 包括適當的管道和閥門，以將罐56的加壓空氣以及罐58的水引入各種線 路中用於需要的衝洗目的。閥門本身可以是氣動的，用於閥門的操作空氣 線路系統用點表示。閥門和其控制器的相互連接是傳統的，不再另外表示。 解開配件71可以適當地用於促進系統相互連接和分解。
圖7描述了圖5和6中描述的引擎和管道系統的作業系統的控制面板。 控制面板可以被包含在自立櫃式結構中，或可以位於拖車或接近井或其他 要被處理的設備的其他適當的外殼中，並以傳統方式連接適當的能量源和 系統中的傳感器、閥門等。可見，其包括一系列用橢圓表示的閥門控制器， 對應並控制圖6中描述的閥門，連同量表"G"35、 43、和45—起顯示傳感 器34、 40和42監控的溫度和注入壓力，同時量表37監控通過線路36注 入的水壓，而量表41監控過氧化物泵60的壓力。分解引擎和井注入成分 的全部操作狀態數據對系統控制器是可連續應用的。
電子液壓操縱杆62是用於過氧化物泵60的控制器控制單元，並通過電 子液壓閥門控制液壓馬達63按比例地控制泵的操作。&02泵60的輸出流 量和壓力與操縱杆62的設置成比例，從而可以連續和精確測定進入引擎的 過氧化物。同時，控制其他閥門，特別是水線路36的閥門，可以精確控制 注入井中的氧氣/水汽混合物的溫度和壓力。如圖5所示，來自線路36的水 可以與從引擎中排出的分解產物混合。催化劑引擎10的高溫蒸汽-氧氣輸出 可以是對於井引入而言過高的溫度。在輸送線路30中，其分解產物與額外的水的混合既可以降低由轉化添加的水為蒸汽的蒸發能的熱導致的混合溫度，又具有由氣態水的進一步產生導致的壓力作用。通過系統的適當操作，注入的氧氣/蒸汽混合物的溫度和壓力都可以被精確控制。
實施例
以下是結合圖7的控制面板的單元對本發明的過氧化氫分解和注入系統的操作的典型控制程序的進一步說明。
1) 啟動
在初始步驟中，開啟系統。由於系統將被用於沒有電力來源的油田，因此要啟動自備電源，特別是發電機(未顯示)。開啟橇裝壓縮機(未顯示)，
提供操作壓力，典型地為120PSI，以提供壓縮空氣儲存在空氣罐56中，開啟連接液壓馬達(未顯示)的液壓氣動引擎(也未顯示)，為泵提供液壓線路壓力。開啟控制面板主開關75，目視檢査以確認所有量表顯示功能正常。
2) H，O低壓泵檢查
排空低PSIH20輸送線路73，去除線路中的任何水分。開啟主水閥59，開啟低PSIH20EPA輸送閥52，分別啟動每個低PSIH20泵64A、 B和C以確保每個泵功能正常。 一旦檢查完畢，關閉閥門52。而後啟動第一低PSIH20泵(64A),保持開啟直到完成井增產程序。如果泵出現故障，可以開啟平行後備泵64B或C。 一旦泵64啟動，可以在任何時候開啟低PSIH20EPA輸送閥52以獲取低壓水。
3) 啟動催化劑引擎
依據需要調節液壓系統的驅動引擎的速度以保持適當的液壓線路壓力。關閉&02線路中的EPA閥門53，開啟罐54的主11202往復EPA閥門55，使過氧化物流入泵60。同時開啟H202輸送閥門48。以輕微增量緩慢開啟和關閉連接泵60的電子液壓馬達/控制器63的控制操縱杆62，以將H202初始引入催化劑引擎10中。隨著所述過程持續，分解進行和催化劑溫度量表35開始在25(TF以上讀數。 一旦達到所述溫度，催化劑引擎10被充分預熱以將11202的穩流引入引擎。這通過輕微鬆開前述電子液壓閥門控制器操縱杆62 (開啟)完成。&02泵PSI量表41使控制器監控供給仏02至催化劑引擎10的壓力。催化劑引擎量表35的溫度即刻攀升至800°F-900°F。溫度量表43監控的井注入溫度也上升並達到催化劑引擎的溫度。依據操作者的位置，操作者可以聽到如圖5所示的樹狀裝配上的催化劑引擎，並能目視檢驗其通過常規開放EPA閥門44排氣到大氣中。
可以認同的是，用於過氧化物泵60的電子液壓馬達/控制器63的操縱杆62是"錨樁"控制器，也就是通常在關閉位置，並且當從操縱杆上移除手動壓力後，自動恢復到關閉位置。因此，控制器63通常也是關閉的，僅當向前推動操縱杆時才開啟。 一旦從操縱杆上去除控制器壓力，控制器即刻自動恢復到關閉位置，關閉泵60。
高PSIH2。檢查
當催化劑引擎以期望的操作溫度運行時，開啟高PSI H20輸送EPA閥門72，並分別啟動高PSIH20泵66A和B。控制器觀察由引入的水和高溫引擎排氣產物之間接觸產生的蒸汽的體積，蒸汽從催化劑樹狀部件ll排氣至大氣中。控制面板上的監控注入水的壓力的H20高PSI量表37也確認引入水的壓力。當引入水時，井注入溫度量表45的讀取低於催化劑溫度量表35。當高PSI檢查完畢後，關閉高PSIH20泵66A/B以停止引入水流。(如果高PSI H20泵66A、 B之一失效，可以用另一個泵。)
鬆開操縱杆62以關閉過氧化物泵60，關閉主11202往復EPA閥門55和高PSI H20輸送EPA閥門72。開啟11202往復EPA閥門53。
4)系統運行
系統現在可以井注入。這裡，確定期望的井注入溫度，依靠中止管接頭'32附在催化劑樹狀部件11上的井上的主閘門閥(未顯示)必須開啟。關閉H202往復泵EPA閥門53 ，開啟H202閥門55和48 。調節電子液壓馬達/控制器63的操縱杆62以啟動催化劑引擎10。 一旦催化劑引擎10處於操作溫度，典型的為800°F-900°F，由催化劑溫度量表35觀測，開啟高PSI H20輸送EPA閥門72並啟動高PSI H20泵66A或B。當通過觀測井注入溫度量表43達到確定的井注入溫度並保持此溫度(並通過循環高PSI H20泵66A或B得到)，常規關閉(N/C)的樹狀EPA闊門46被打開，而常規開啟(N/0)的樹狀EPA閥門44被關閉，停止放空並使引擎排氣和引入水混合物進入井。根據要求調節操縱杆62以保持壓力。在N/0樹狀EPA閥門44關閉之前，N/C樹狀EPA閥門46必須開啟。通過控制器向前調節操縱杆62,當控制器觀察井注入PSI量表45時，可以控制和保持進入井的適當的輸送壓力。
6) 化學品注入
當系統運行到下孔，可以通過將化學添加劑與注入的水混合而注入化學添加劑。開啟化學品EPA閥門68以將添加劑供給至泵66中。通過吸入口將添加劑引入高泵。
7) 停機和過氧化物線路清洗
典型的，當井PSI量表45顯示壓力的尖峰信號時，完成井增產。 一旦完成注入，重新開啟N/0樹狀EPA閥門44並關閉N/C樹狀EPA閥門46。關閉高PSI H20泵66A或B，關閉高PSI輸送EPA閥門72，鬆開操縱杆62，關閉11202輸送EPA閥門48，開啟11202往復泵閥門55和關閉11202罐EPA閥門53。
為了衝洗&02燃料線路，必須關閉11202罐EPA閥門55。斷開H202燃料線路與催化劑引擎10的連接，線路的斷開末端置於半充滿水的桶中。開啟H20衝洗EPA閥門59，衝洗線路直到僅有水存在。而後關閉H20衝洗EPA閥門59。開啟空氣衝洗EPA閥門57直到去除保留在線路中的水，關閉空氣衝洗EPA閥門。現在將清潔的11202輸送線路加蓋分離保存。含過氧化物的衝洗桶用水充滿並以適當的形式丟棄稀釋的H202。
關閉低PSI H20泵64A、 B或C。關閉控制面板的主電源開關75。關閉液壓氣動壓縮機和發電機。將樹15與井分開。如果任何時候需要水的話，可以提供後備手動替代系統以啟動低PSI H20泵和輸送線路。
本系統提供對過氧化物分解的有效和精確的控制、分解產物與水和期望的添加劑的混合、以及對得到的高溫混合物注入井或其他設備中的監控。 其還在不太可能的問題事件中提供有效的問題解決和停機。
如果催化劑溫度極端降低，可以檢查H202泵PSI量表41的壓力。 如果壓力大幅下降，可以進行常規停機程序，因為沒有可用的H202。
如果壓力讀取正確，需要立即鬆開操縱杆62。必須保持高PSI H20泵66A 或B啟動約5秒以促使系統冷卻；而後開啟N/O樹狀EPA閥門44放空體 系與大氣，同時關閉N/C樹狀EPA闊門46以為井加蓋。
如果H20泵66A或B的壓力損失，必須開啟N/O樹狀EPA閥門44， 關閉N/C樹狀EPA閥門46。鬆開操縱杆62，進行H20低和高PSI檢査。 一旦檢查完畢，關閉任何壞泵並啟動備用泵。
權利要求
1.一種用於分解過氧化氫的設備，其包括具有內室的外殼；在內室中縱向延伸、且具有使過氧化氫沿歧管側壁橫向通過的裝置的過氧化氫進氣歧管；位於室內基本上圍繞歧管側壁的催化劑；以及與內室的末端連接的出口文氏管，其用於使過氧化氫分解產物穿過。
2. 權利要求1的設備，其中橫向通過裝置是歧管側壁中的一系列穿孔。
3. 權利要求1的設備，其還包括外殼內室的頂蓋，歧管安裝在頂蓋上。
4. 權利要求1的設備，其還包括位於內室與出口文氏管接近的穿孔板。
5. 權利要求4的設備，其中催化劑是催化劑環的堆疊形式，穿孔板形 成堆疊底部的支持裝置。
6. 權利要求5的設備，其中歧管包括穿孔的底部，催化劑包括最底部 催化劑盤，環堆疊置於其上，歧管的穿孔的底部與催化劑盤接觸。
7. —種用於分解過氧化氫的設備，其包括在底端以用於縱向排出分解 產物的多孔基礎板結束的催化劑室，在室內具有至少部分通過其延伸並用 基板支持的中孔的筒狀催化劑物質；和在孔中縱向延伸的過氧化氫進口歧 管，用於將過氧化氫放射狀地基本上沿中孔的長度引入催化劑物質中。
8. 權利要求6的設備，其還包括與基板的外部連接的文氏管噴嘴，用 於使分解產物通過其輸送。
9. 用於控制注入過氧化氫分解物質的設備，其包括過氧化氫源；與過 氧化氫源連接的用於過氧化氫分解的分解引擎；連接引擎用於將產生的分 解產物從引擎導入目標位置的出口通路；位於出口通路中用於選擇性地轉移分解產物至目標位置或從目標位置移出的第一和第二閥門裝置；以及連 接源、引擎和閥門裝置的控制裝置，用於控制分解過程，選擇性地調節通 過通路的分解產物的溫度和壓力的至少之一，並轉移分解產物。
10. 權利要求9的設備，其中選擇性調節裝置包含用於將流體與分解產 物在通路中混合的裝置。
11. 權利要求10的設備，其中流體是水。
12. 權利要求9的設備，其中控制裝置包含一對位於出口通路中和放置 於流體混合裝置的上下遊的溫度傳感器，以及控制過氧化氫流入引擎的裝 置。
13. 權利要求11的設備，其中過氧化氫流動控制裝置包括計量泵和包 含操縱杆的泵控制系統。
14. 權利要求12的設備，其中操縱杆是錨樁操縱杆。
15. 權利要求10的設備，其中流體混合裝置包含用於混合兩種不同流 體以產生混合有分解產物的流體的裝置。
16. 權利要求15的設備，其中兩種不同流體之一是根據其與井內容物 的反應性質選擇的添加劑。
全文摘要
一種用於過氧化氫的分解的方法和設備，特別用作烴類井筒和管道清理和維修輔助。設備包括分解引擎，其具有在殼內向中心延伸的進口歧管，並具有過氧化氫沿歧管壁通過催化劑堆疊的通過裝置。產生的分解產物通過出口文氏管引導。分解產物通過管道系統，其可以選擇性放空或引入產物進入要清洗的設備。控制裝置與引擎和閥門連接，可以選擇性調節分解產物的溫度和或壓力，以及將混合物引入和轉移至設備中。
文檔編號E21B43/25GK101517197SQ200780036064
公開日2009年8月26日 申請日期2007年8月30日 優先權日2006年8月31日
發明者R·霍布森三世, S·米勒三世 申請人:霍布森租賃公司