Способ получения высоких температур и давлений в ограниченном и замкнутом пространстве

 

Изобретение относится к нефтяной, нефтегазовой, горной и химической промышленности. Сущность изобретения: способ получения высоких температур и давлений в замкнутом или ограниченном объеме, который заполняют жидким электролитом, содержащим растворимые соли натрия или калия. Непрерывно создают в заполненном объеме шаровые молнии при токе мощностью 3-1000 кВт и напряжении 250-70000 В. При этом ток подают посредством ионных электродов. Преимущество изобретения заключается в том, что способ создания высоких температур и давлений является управляемым.

Изобретение относится преимущественно к нефтяной, нефтегазовой, горной и химической промышленности, там, где требуется быстро и просто получать высокие температуры и давления. Например, для повышения давления в пласте, для прожигания туннелей и отверстий в твердых породах и тугоплавких материалах, для создания глубинных и скважинных насосов, а также для проведения научно-исследовательских работ.

Известно использование подогрева пластовых вод до достижения точки кипения, превышения ее и дегазации с целью вытеснения углеводородов (SU № 1694872). Этот способ предусматривает организацию процесса кипения воды за счет подогрева ее током промышленной частоты (эффект Джоуля-Ленца). Область применения известного способа ограничена.

Известен также способ подземного бурения, при котором генерируется ударная волна в жидкости путем искрового разряда в ней энергии мощного конденсатора (US № 4741405, 3679007). При этом достигается получение высоких давлений и температур за короткий промежуток времени. Однако вышеуказанный способ требует специального оборудования, что затрудняет возможность его применения.

Наиболее близким к заявленному является способ воздействия на нефтяной пласт (RU № 2163662). Этот способ предусматривает протекание в пластовых смесях ионно-плазменных процессов. Самопроизвольное зажигание способ требует специального оборудования, что затрудняет возможность его применения.

Наиболее близким к заявленному является способ воздействия на нефтяной пласт (RU № 2163662). Этот способ предусматривает протекание в пластовых смесях ионно-плазменных процессов. Самопроизвольное зажигание плазмы приводит к нагреванию смеси до 3000°С, давление повышается и происходят растворение и вытеснение остаточных нефтебитумов. Цикл обработки пласта должен быть достаточно продолжительным и требует постоянной закачки минерализованной воды для продавливания выделяющихся продуктов. В этом случае можно говорить о создании газоразрядной электронно-ионной плазмы.

Известен также способ получения шаровых молний, при котором в воздушном пространстве, через водяную пленку, с добавлением солей для проводимости пропускают разряды тока (RU № 2168289). В этом случае получают высокоэнергетические шаровые молнии, которые при взаимодействии с проводниками или проводящими средами мгновенно выделяют всю накопленную в ней энергию. Шаровые молнии могут иметь различную плотность и разделяются на мало- и среднеэнергетические и высокоэнергетические.

Технической задачей настоящего изобретения является расширение арсенала существующих средств для создания высоких температур и давлений так, чтобы процессы протекали стабильно и были управляемы.

Технический эффект осуществляется за счет использования энергий шаровых молний, которая выделяется при взаимодействии с проводящей средой. А так как процесс происходит в замкнутом или ограниченном объеме, то давление и температура повышаются. Таким образом заявленное техническое решение реализует свое назначение. Плотность шаровых молний выбирают исходя из требуемых температур и давления.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что предложен способ получения высоких температур и давлений в замкнутом или ограниченном объеме, при котором объем заполняют жидким электролитом, содержащим растворимые соли натрия или калия, и непрерывно создают в нем поток шаровых молний при токе мощностью 3-1000 кВт и напряжении 250-70000 В, при этом ток подают посредством ионных электродов.

Далее приведены примеры осуществления заявленного технического решения.

Пример 1. Металлический резервуар объемом 100 л, рассчитанный на давление 400 атм, полностью заполнили жидким электролитом, одним из компонентов которого был раствор хлорида калия. Через специальное отверстие в стенке резервуара были подведены электрические провода, к концу которых был подключен (расположенный непосредственно в резервуаре) концентратор электрического поля, представляющий собой электролитный конденсатор в перфорированном титановом корпусе, для образования шаровых молний. Давление в резервуаре контролировалось специальными манометрами. Все отверстия были загерметизированы.

В импульсном режиме, с периодом импульса 1 сек и паузой 3 сек, на концентратор подавали постоянный электрический ток мощностью 7 кВт при напряжении 380 В, который контролировался вольтметром и ваттметром, при этом образовывались, согласно расчетам по потреблению электрической энергии, шаровые молнии с плотностями энергий 40-60 Дж/см³ и повышалось давление. При достижении давления согласно показаниям манометра 450 атм процесс был остановлен. Резервуар прошел испытания.

Пример 2. В водяную скважину глубиной 200 м, полностью залитую водой, на всю ее глубину были опущены изолированные провода, к концам которых были подключены ионные электроды. В воду скважины добавили 0,3 кг нитрата калия и 1 кг хлорида натрия. Далее по проводам пустили переменный электрический ток напряжением 300 В и частотой 0,1 кГц до образования шаровых молний по расчетным данным с плотностью энергий 50-70 Дж/см³. Мощность тока при этом составила 12 кВт. Электрические параметры контролировались измерительными приборами вольтметром, ваттметром и частотомером. Через 10 сек после включения тока из скважины начал бить водяной фонтан, что указывает на увеличение давления свыше 20 атм.

Пример 3. В титановой плите толщиной 200 мм было сделано углубление глубиной 30 мм и диаметром 40 мм. В углубление были вставлены два ионных электрода, которые, как и во втором примере, были подключены к электрическим проводам. В углубление также был налит электролит, состоящий из 10%-ного водного раствора сульфата калия и 15%-ного раствора ацетата натрия.

На электроды подали переменный электрический ток частотой 0,065 кГц, напряжением 250 В. Мощность тока составила 3,5 кВт. Электрические параметры тока контролировались теми же приборами, что были описаны во втором примере. После того как включили ток, в углублении образовывались шаровые молнии с плотностями энергии около 90 Дж/см³ исходя из расчета, которые прожгли в плите сквозное отверстие диаметром около 50 мм. Температура плавления титана составляет 1668°С, а кипения 3330°С. Во время проведения процесса из углубления вылилась небольшая часть расплавленного металла по объему гораздо меньше, чем должно было бы быть исходя из диаметра сквозного отверстия. Из этого следует, что температура процесса колебалась от 1668 до 3330 +10-40°С исходя из энергетических затрат.

Ток может быть постоянным, импульсным или переменным. Частота переменного тока выбирается из диапазона 0,65-200 кГц. Достигнутый диапазон температур - от 120 до 4000°С, давление - от 10 до 3000 атм. Предложенный способ прост и дешев, так как не требует специального оборудования.

Формула изобретения

Способ получения высоких температур и давлений в замкнутом или ограниченном объеме, при котором объем заполняют жидким электролитом, содержащим растворимые соли натрия или калия и непрерывно создают в нем шаровые молнии при токе мощностью 3-1000 кВт и напряжении 250-70000 В, при этом ток подают посредством ионных электродов.