改进的用于分解过氧化氢的设备的制作方法

专利名称：改进的用于分解过氧化氢的设备的制作方法
改进的用于分解过氧化氢的设备
本发明涉及一种新的和改进的设备，用于分解过氧化氢，特别是用作烃 类井筒、管道清洗和维修辅助。
背景技术：
随着油气井的老化，其产量常常下降。尽管所述下降的一部分明显是由 于流出的烃类油气藏的耗尽，但是流动的降低常常是由于收集到更高重量 的烃类，如在或接近钻孔以及在裂缝性含烃地层中的石蜡，其抑制了烃类 的流动。另外，为了各种期望的效果而将化学品长期引入钻孔中，可以导 致流动阻滞。类似的情况，烃类管道长时间的收集沉淀物，这降低了管道 的有效内径，从而限制了其流量。
各种己知的技术已经用于修复所述堵塞情况。所述技术包括机械程序如 刮擦，引入其他化学处理与堵塞物反应并将其溶解，以及，更近的，应用 声能处理堵塞物。每种技术具有其优点和缺点。
应用过氧化氢(H202)作为增产手段是己知的。作为活性氧化物，将过 氧化氢直接注入井中作为化学反应物。然而，由于其高反应性，将过氧化 氢注入井中充满困难和潜在的危险。另外，不断严格的防止对环境排放危 险材料的环境标准进一步减少了过氧化氢的直接注入。
用过氧化氢作为分解剂也是己知的。过氧化氢的分解产物是水和氧气。 通过适合的催化剂的应用，过氧化氢的分解产生氧和水汽或蒸汽形式的水 的高温混合物，己经发现一些具有商业价值的方法将所述混合物注入井中。 作为分解产物，氧气和水都可以排空至环境中而没有环境风险或与其他试 剂有关的危害。
Hujsak的美国专利3,235,006公开了将过氧化氢直接引入井管道中。在 井中的管道低端放置催化剂。通过与催化剂接触，注入的过氧化物分解， 分解产物进行增产处理。所述方法需要在沿管道向下递送时仔细保持过氧 化物不含潜在反应物。分解产物也难于监控，是不可控制的。Papst的美国专利4,475,596应用类似的系统，其中分解反应在要被处理的地层平面处或 高于所述平面的钻孔中开始。
Miller在1990年11月6日的美国专利4,967,840中公开了一种用于分 解过氧化氢的设备，其尤其用作含烃层的流动增产介质，并公开了与其应 用相关的基础系统和方法，其中分解在井外进行，反应产物进入井中。然 而，由于将任何增产产物引入烃类井中必须仔细控制和监控，因而'840专 利是不完善的，因为其既没有提供有效控制或产生分解产物的设备，也不 能对分解产物计量加入井或其他设备中进行监督或控制。
因此，本发明的一个目的是提供一种在引入分解产物的井或其他结构外 进行过氧化氢分解反应，并与井增产和管道清洗相关的利用分解产物的方 法和设备。
本发明的另一个目的是提供这样的设备，其可以用有效和不间断的方式 控制、监控和调节分解反应。

发明内容
依据前述和其他任务及目的，本发明包括过氧化氢分解引擎(engine)， 其具有分解室，所述分解室具有将浓縮的过氧化氢引入其中的中心通路， 过氧化氢穿过并被转化成其分解产物的催化剂壳，以及控制热、高压、分 解产物流动的出口文氏管(verturi)。本发明的控制系统包括一系列用于过 氧化氢以及空气、水和其他可以被添加至注入的蒸汽/氧气混合物的活性化 学品的阀门和泵，以及阀门和泵控制装置。量表(gauge)和控制装置优选 安置在主控板上，将过氧化氢递送至分解单元的主控装置是与过氧化物泵 连接的电子液压操纵杆。从而，可以用有效、安全和可控的方式监控和测 量进入井或其他目标结构的分解产物。


利用附图达到对本发明更全面的理解，其中
图1是依据本发明的过氧化氢分解引擎的截面图2是其进料口部件的正视图3是其底部出口板的平面图；图4是其催化剂单元的平面图5是利用本发明的引擎和控制系统将过氧化氢分解产物注入井中的 系统的图形表示；
图6是用于图5中描述的结构中的供给管道的图形表示；
图7是控制系统的控制面板的图解说明。
具体实施例方式
首先参考图1-4，过氧化氢分解引擎10包含一个普通圆柱形外壳12， 其可以是约2英尺长的级别。外壳由一个普通筒状中筒14形成，其负载分 解反应器，如下文所述。中筒14在其末端终止于一个在外壳中形成的会聚 /分叉文氏管17，分解产物通过其从引擎中排出。如在图1和2中进一步说 明的，催化剂引擎10的入口端具有顶板16，通过排列的螺栓孔19将其栓 在外壳12的顶部，并且中央多孔转筒18安装在其上，例如通过定位焊接。 密封圈21安装在外壳顶部的排列的圆周槽口中和顶板的底部，以将顶板封 在外壳上。圈21可以是铜或其他适合的材料以耐受引擎运行时的高温。将 浓縮的过氧化氢通过顶板16沿顶板16中的进口 20引入转筒18的中心。 转筒18的底端22也是穿孔的，引入的过氧化氢通过转筒侧壁和底端的穿 孑L流出。
一系列堆叠的催化剂单元24围绕在引擎中筒14中的转筒18周围。如 图4所见，每个催化剂单元24优选是环形的，因此可以堆叠在中筒14中， 安装在外壳壁和多孔转筒18之间。如本领域内公知的，催化剂单元24可 以由多孔银筛网形成，浓縮过氧化氢与银的接触导致过氧化氢在放热反应 中立即分解成气态氧和水汽或蒸汽形式的水。如图1所示，接触转筒18的 底部的催化剂盘24A提供催化剂床，使过氧化物通过穿孔转筒底部22排出。
位于中筒14底端的穿孔底板26进一步在图3中描述。板26支持催化 剂单元堆叠，同时提供来自堆叠的分解产物的出口。平行孔通过底板沿引 擎的主轴通常向下排出分解产物，进入文氏管17的锥形部分，当来自引擎 的分解产物被排出时，这增加了分解产物的速度并降低了压力。
如图5所述，催化剂引擎10的出口文氏管与主输送线路30连接，将分 解产物通过中止管接头32输送到井或其他适合的设备。在引擎的出口处放置一个温度传感器，例如热电偶34，以监控排气温度。分别用于水和空气 的输送线路36和38与主输送线路连接。第二温度传感器40和压力传感器 42位于空气和水进口的输送线路30的下游，同时提供一对电子气动 (electro-pneumatically activated ， EPA)阀44和46用于加压和放空目的。 阀48、 50和52分别控制过氧化物、空气和水进入所述系统中。
阀48、 50和52在图6描述的补给系统69的输出线路上。如在此所述， 系统过氧化物、空气和水分别储存在罐54、 56和58中。另外，可以提供 罐70用于期望注入井床的辅助化学品。过氧化物线路拥有泵60，而水线路 拥有低压泵64A、B和C以及高压泵66A、和B。每个低压和高压水泵64A-C 和66A、 B可以是串联排列的多级泵，以保证操作的连续性。高压泵66A、 B是混合泵，使罐70中的化学品与水结合，这对井引入是适当的。系统还 包括适当的管道和阀门，以将罐56的加压空气以及罐58的水引入各种线 路中用于需要的冲洗目的。阀门本身可以是气动的，用于阀门的操作空气 线路系统用点表示。阀门和其控制器的相互连接是传统的，不再另外表示。 解开配件71可以适当地用于促进系统相互连接和分解。
图7描述了图5和6中描述的引擎和管道系统的操作系统的控制面板。 控制面板可以被包含在自立柜式结构中，或可以位于拖车或接近井或其他 要被处理的设备的其他适当的外壳中，并以传统方式连接适当的能量源和 系统中的传感器、阀门等。可见，其包括一系列用椭圆表示的阀门控制器， 对应并控制图6中描述的阀门，连同量表"G"35、 43、和45—起显示传感 器34、 40和42监控的温度和注入压力，同时量表37监控通过线路36注 入的水压，而量表41监控过氧化物泵60的压力。分解引擎和井注入成分 的全部操作状态数据对系统控制器是可连续应用的。
电子液压操纵杆62是用于过氧化物泵60的控制器控制单元，并通过电 子液压阀门控制液压马达63按比例地控制泵的操作。&02泵60的输出流 量和压力与操纵杆62的设置成比例，从而可以连续和精确测定进入引擎的 过氧化物。同时，控制其他阀门，特别是水线路36的阀门，可以精确控制 注入井中的氧气/水汽混合物的温度和压力。如图5所示，来自线路36的水 可以与从引擎中排出的分解产物混合。催化剂引擎10的高温蒸汽-氧气输出 可以是对于井引入而言过高的温度。在输送线路30中，其分解产物与额外的水的混合既可以降低由转化添加的水为蒸汽的蒸发能的热导致的混合温度，又具有由气态水的进一步产生导致的压力作用。通过系统的适当操作，注入的氧气/蒸汽混合物的温度和压力都可以被精确控制。
实施例
以下是结合图7的控制面板的单元对本发明的过氧化氢分解和注入系统的操作的典型控制程序的进一步说明。
1) 启动
在初始步骤中，开启系统。由于系统将被用于没有电力来源的油田，因此要启动自备电源，特别是发电机(未显示)。开启橇装压縮机(未显示)，
提供操作压力，典型地为120PSI，以提供压縮空气储存在空气罐56中，开启连接液压马达(未显示)的液压气动引擎(也未显示)，为泵提供液压线路压力。开启控制面板主开关75，目视检査以确认所有量表显示功能正常。
2) H，O低压泵检查
排空低PSIH20输送线路73，去除线路中的任何水分。开启主水阀59，开启低PSIH20EPA输送阀52，分别启动每个低PSIH20泵64A、 B和C以确保每个泵功能正常。 一旦检查完毕，关闭阀门52。而后启动第一低PSIH20泵(64A),保持开启直到完成井增产程序。如果泵出现故障，可以开启平行后备泵64B或C。 一旦泵64启动，可以在任何时候开启低PSIH20EPA输送阀52以获取低压水。
3) 启动催化剂引擎
依据需要调节液压系统的驱动引擎的速度以保持适当的液压线路压力。关闭&02线路中的EPA阀门53，开启罐54的主11202往复EPA阀门55，使过氧化物流入泵60。同时开启H202输送阀门48。以轻微增量缓慢开启和关闭连接泵60的电子液压马达/控制器63的控制操纵杆62，以将H202初始引入催化剂引擎10中。随着所述过程持续，分解进行和催化剂温度量表35开始在25(TF以上读数。 一旦达到所述温度，催化剂引擎10被充分预热以将11202的稳流引入引擎。这通过轻微松开前述电子液压阀门控制器操纵杆62 (开启)完成。&02泵PSI量表41使控制器监控供给仏02至催化剂引擎10的压力。催化剂引擎量表35的温度即刻攀升至800°F-900°F。温度量表43监控的井注入温度也上升并达到催化剂引擎的温度。依据操作者的位置，操作者可以听到如图5所示的树状装配上的催化剂引擎，并能目视检验其通过常规开放EPA阀门44排气到大气中。
可以认同的是，用于过氧化物泵60的电子液压马达/控制器63的操纵杆62是"锚桩"控制器，也就是通常在关闭位置，并且当从操纵杆上移除手动压力后，自动恢复到关闭位置。因此，控制器63通常也是关闭的，仅当向前推动操纵杆时才开启。 一旦从操纵杆上去除控制器压力，控制器即刻自动恢复到关闭位置，关闭泵60。
高PSIH2。检查
当催化剂引擎以期望的操作温度运行时，开启高PSI H20输送EPA阀门72，并分别启动高PSIH20泵66A和B。控制器观察由引入的水和高温引擎排气产物之间接触产生的蒸汽的体积，蒸汽从催化剂树状部件ll排气至大气中。控制面板上的监控注入水的压力的H20高PSI量表37也确认引入水的压力。当引入水时，井注入温度量表45的读取低于催化剂温度量表35。当高PSI检查完毕后，关闭高PSIH20泵66A/B以停止引入水流。(如果高PSI H20泵66A、 B之一失效，可以用另一个泵。)
松开操纵杆62以关闭过氧化物泵60，关闭主11202往复EPA阀门55和高PSI H20输送EPA阀门72。开启11202往复EPA阀门53。
4)系统运行
系统现在可以井注入。这里，确定期望的井注入温度，依靠中止管接头'32附在催化剂树状部件11上的井上的主闸门阀(未显示)必须开启。关闭H202往复泵EPA阀门53 ，开启H202阀门55和48 。调节电子液压马达/控制器63的操纵杆62以启动催化剂引擎10。 一旦催化剂引擎10处于操作温度，典型的为800°F-900°F，由催化剂温度量表35观测，开启高PSI H20输送EPA阀门72并启动高PSI H20泵66A或B。当通过观测井注入温度量表43达到确定的井注入温度并保持此温度(并通过循环高PSI H20泵66A或B得到)，常规关闭(N/C)的树状EPA阔门46被打开，而常规开启(N/0)的树状EPA阀门44被关闭，停止放空并使引擎排气和引入水混合物进入井。根据要求调节操纵杆62以保持压力。在N/0树状EPA阀门44关闭之前，N/C树状EPA阀门46必须开启。通过控制器向前调节操纵杆62,当控制器观察井注入PSI量表45时，可以控制和保持进入井的适当的输送压力。
6) 化学品注入
当系统运行到下孔，可以通过将化学添加剂与注入的水混合而注入化学添加剂。开启化学品EPA阀门68以将添加剂供给至泵66中。通过吸入口将添加剂引入高泵。
7) 停机和过氧化物线路清洗
典型的，当井PSI量表45显示压力的尖峰信号时，完成井增产。 一旦完成注入，重新开启N/0树状EPA阀门44并关闭N/C树状EPA阀门46。关闭高PSI H20泵66A或B，关闭高PSI输送EPA阀门72，松开操纵杆62，关闭11202输送EPA阀门48，开启11202往复泵阀门55和关闭11202罐EPA阀门53。
为了冲洗&02燃料线路，必须关闭11202罐EPA阀门55。断开H202燃料线路与催化剂引擎10的连接，线路的断开末端置于半充满水的桶中。开启H20冲洗EPA阀门59，冲洗线路直到仅有水存在。而后关闭H20冲洗EPA阀门59。开启空气冲洗EPA阀门57直到去除保留在线路中的水，关闭空气冲洗EPA阀门。现在将清洁的11202输送线路加盖分离保存。含过氧化物的冲洗桶用水充满并以适当的形式丢弃稀释的H202。
关闭低PSI H20泵64A、 B或C。关闭控制面板的主电源开关75。关闭液压气动压縮机和发电机。将树15与井分开。如果任何时候需要水的话，可以提供后备手动替代系统以启动低PSI H20泵和输送线路。
本系统提供对过氧化物分解的有效和精确的控制、分解产物与水和期望的添加剂的混合、以及对得到的高温混合物注入井或其他设备中的监控。 其还在不太可能的问题事件中提供有效的问题解决和停机。
如果催化剂温度极端降低，可以检查H202泵PSI量表41的压力。 如果压力大幅下降，可以进行常规停机程序，因为没有可用的H202。
如果压力读取正确，需要立即松开操纵杆62。必须保持高PSI H20泵66A 或B启动约5秒以促使系统冷却；而后开启N/O树状EPA阀门44放空体 系与大气，同时关闭N/C树状EPA阔门46以为井加盖。
如果H20泵66A或B的压力损失，必须开启N/O树状EPA阀门44， 关闭N/C树状EPA阀门46。松开操纵杆62，进行H20低和高PSI检査。 一旦检查完毕，关闭任何坏泵并启动备用泵。
权利要求
1.一种用于分解过氧化氢的设备，其包括具有内室的外壳；在内室中纵向延伸、且具有使过氧化氢沿歧管侧壁横向通过的装置的过氧化氢进气歧管；位于室内基本上围绕歧管侧壁的催化剂；以及与内室的末端连接的出口文氏管，其用于使过氧化氢分解产物穿过。
2. 权利要求1的设备，其中横向通过装置是歧管侧壁中的一系列穿孔。
3. 权利要求1的设备，其还包括外壳内室的顶盖，歧管安装在顶盖上。
4. 权利要求1的设备，其还包括位于内室与出口文氏管接近的穿孔板。
5. 权利要求4的设备，其中催化剂是催化剂环的堆叠形式，穿孔板形 成堆叠底部的支持装置。
6. 权利要求5的设备，其中歧管包括穿孔的底部，催化剂包括最底部 催化剂盘，环堆叠置于其上，歧管的穿孔的底部与催化剂盘接触。
7. —种用于分解过氧化氢的设备，其包括在底端以用于纵向排出分解 产物的多孔基础板结束的催化剂室，在室内具有至少部分通过其延伸并用 基板支持的中孔的筒状催化剂物质；和在孔中纵向延伸的过氧化氢进口歧 管，用于将过氧化氢放射状地基本上沿中孔的长度引入催化剂物质中。
8. 权利要求6的设备，其还包括与基板的外部连接的文氏管喷嘴，用 于使分解产物通过其输送。
9. 用于控制注入过氧化氢分解物质的设备，其包括过氧化氢源；与过 氧化氢源连接的用于过氧化氢分解的分解引擎；连接引擎用于将产生的分 解产物从引擎导入目标位置的出口通路；位于出口通路中用于选择性地转移分解产物至目标位置或从目标位置移出的第一和第二阀门装置；以及连 接源、引擎和阀门装置的控制装置，用于控制分解过程，选择性地调节通 过通路的分解产物的温度和压力的至少之一，并转移分解产物。
10. 权利要求9的设备，其中选择性调节装置包含用于将流体与分解产 物在通路中混合的装置。
11. 权利要求10的设备，其中流体是水。
12. 权利要求9的设备，其中控制装置包含一对位于出口通路中和放置 于流体混合装置的上下游的温度传感器，以及控制过氧化氢流入引擎的装 置。
13. 权利要求11的设备，其中过氧化氢流动控制装置包括计量泵和包 含操纵杆的泵控制系统。
14. 权利要求12的设备，其中操纵杆是锚桩操纵杆。
15. 权利要求10的设备，其中流体混合装置包含用于混合两种不同流 体以产生混合有分解产物的流体的装置。
16. 权利要求15的设备，其中两种不同流体之一是根据其与井内容物 的反应性质选择的添加剂。
全文摘要
一种用于过氧化氢的分解的方法和设备，特别用作烃类井筒和管道清理和维修辅助。设备包括分解引擎，其具有在壳内向中心延伸的进口歧管，并具有过氧化氢沿歧管壁通过催化剂堆叠的通过装置。产生的分解产物通过出口文氏管引导。分解产物通过管道系统，其可以选择性放空或引入产物进入要清洗的设备。控制装置与引擎和阀门连接，可以选择性调节分解产物的温度和或压力，以及将混合物引入和转移至设备中。
文档编号E21B43/25GK101517197SQ200780036064
公开日2009年8月26日 申请日期2007年8月30日 优先权日2006年8月31日
发明者R·霍布森三世, S·米勒三世 申请人:霍布森租赁公司