CN101660397A - 热采石油用燃气发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热采石油用燃气发生器，包括气缸体，所述气缸体由上部的燃烧室和下部的掺混汽化室组成，所述气缸体的上端设有封闭的上盖，其下端设有同掺混汽化室相连接的燃气喷口，所述上盖的中部设有同所述气缸体连通的压缩空气入口、燃料喷嘴和点火器，所述气缸体上部的外侧还设有外冷却水循环***，所述外冷却水循环***同所述燃烧室相连通，另外，本发明还公开了一种使用热采石油用燃气发生器的方法；本发明能提高石油采收率，降低开采成本，同时不对环境产生污染。

Description

热采石油用燃气发生器

技术领域

本发明涉及石油开采领域，更具体地讲，涉及一种提高石油采收率的热采注气用的燃气发生器。

背景技术

在油田开发过程中，利用油藏天然能量开采石油叫一次采油或称自喷，也称能量衰竭法采油，其采收率只有15％左右。通过注冷水提高油层压力叫二次采油，这是当前稀油开采的主要方法，其采收率通常为30％-40％，但到注水后期，由于油层积水过多，油井产水率不断上升，而产油率不断下降，继续再注水开采就很不经济了，必须停止注水，寻求新的开采技术。

三次采油技术中最重要的方法是热力采油技术，向油层注入高温高压气体，提高油层温度与压力，从而减少油层积水，降低稠油粘度，这种采油方式叫三次采油，可把经二次采油之后仍未能开采出的石油再开采出一部分来，提高石油的最终采收率。

我国石油热采起步于80年代，主要是利用高压蒸汽锅炉向油层注入水蒸汽热采稠油，以吞吐采油为主要目标，之后又逐步开展了蒸汽气驱采油技术的试验。注水蒸汽热采的缺陷如下：

(1)锅炉蒸汽干度低，热量损失大，注入油层滞留下来的水量太大，开采稠油成本高。

(2)蒸汽锅炉污染大气环境。它将大量含有N2、CO2、CO等气体排入大气。

(3)注水蒸汽采收率低。因它只注入单一水蒸汽，对油层的作用只是热量的传递。

上述几项主要缺陷是现有技术设备本身无法克服的，随着现有技术的继续使用，开采成本将会不断上升，出油量会不断下降，不仅造成资源的浪费，还降低了经济效益。因此必须开发新技术，才能提高采收率低，降低开采成本。

申国专利申请99223200公开了一种油田稠油热采用气汽发生器，它采用了燃烧室、汽化室和尾喷管结构，燃油燃烧的烟气也可利用，既提高了热能利用率又不污染环境。

随着石油价格的不断高涨，提高石油采收率的呼声十分强烈，急需一种高效率、低运营成本提高原油采收率的热采注气技术，特别是急需一种适合使用多种燃料的燃气发生器来替代目前的蒸汽锅炉。

发明内容

本发明的目的提供一种能提高石油采收率，降低开采成本，同时不对环境产生污染的热采石油用燃料发生器。

本发明的另一目的是提供一种使用热采石油用燃气发生器的方法。

为实现上述发明目的，本发明的发明人在现有技术的基础上进行了大量的研究和创造性的劳动，研制出了一种热采石油用燃气发生器，包括气缸体，所述气缸体由上部的燃烧室和下部的掺混汽化室组成，所述气缸体的上端设有封闭的上盖，其下端设有同掺混汽化室相连接的燃气喷口，所述上盖的中部设有同所述气缸体连通的压缩空气入口、燃料喷嘴和点火器，所述气缸体上部的外侧还设有外冷却水循环***，所述外冷却水循环***同所述燃烧室相连通。

燃料喷嘴外接的高压油泵优选柴油机中使用的高压共轨油泵，其压力可以达到30-200兆帕大气压，对于保证最终的高压状态具有良好的作用。

燃烧室与掺混汽化室采用一体式或采用螺栓连接的方式。

掺混汽化室底部同燃气喷口通过法兰盘联接。

所述外冷却水循环***包括套装于所述气缸体外侧的气缸外套及气缸外套同所述气缸体围成的密闭环形空间，所述密闭环形空间上部的气缸外套上设有冷却水入口，其下部的气缸体上设有同所述燃烧室下部相连通的汽化喷水孔。

所述密闭环形空间内设有同所述气缸体轴线相平行的冷却水槽，所述冷却水槽的两端分别同所述冷却水入口和汽化喷水孔相连通。

所述燃料喷嘴为直喷细孔喷油嘴。

所述燃烧室的上端设有空气分配盘，所述空气分配盘上设有多个孔，所述喷油嘴和点火器穿过所述空气分配盘。

空气分配盘上均匀分布多个气孔，空气分配盘采用碳化硅、氮化硅、陶瓷等耐高温材料制作，多孔压缩空气分配盘上分布多个气孔，可以使压缩空气均匀进入燃烧室，保证在不同压力下燃料和燃烧后的火焰始终处于气缸中心位置，只是改变火焰的长短，没有燃料被喷到气缸体壁上，以保证充分燃烧和均匀掺混后喷出燃气。

所述燃烧室内径大于所述掺混汽化室内径，其中燃烧室内径为180-200mm，掺混汽化室内径为80-100mm。

所述燃料喷嘴内注入的燃料为甲醇、乙醇、柴油、煤油、原油十天然气、二甲醚、煤层气、沼气或煤制气。

一种使用热采石油用燃气发生器的方法：燃料经高压泵或天然气压缩机从直喷细孔喷油嘴进入，压缩空气经压缩空气进口、多孔压缩空气分配盘进入燃烧室，燃料经点火器点燃后在燃烧室内燃烧形成混合气体，冷却水流经外冷却水循环***中的冷却水入口进入密闭环形空间，流经密闭环形空间内的冷却水槽，冷却水经汽化喷水孔进入燃烧室汽化形成水蒸汽，所述混合气体连同水蒸气经燃气喷口排出。

本燃气发生器燃料可以通过高压泵供给，燃料压力比空气供给压力高出2-10倍，以便燃料在井压变化较大时仍能雾化状态良好并充分燃烧，以确保注入井下的气体为最佳参数。

本发明提供的热采注气用的气缸式燃气发生器与现有石油热采蒸汽锅炉相比，注入井下的气体不只是单一的水蒸气，而是300℃及以上温度的氮气、水蒸汽和二氧化碳的混合气体，使用不同燃料对其气体成分比例有所变化，其比例约为：氮气40％-55％、水蒸气30％-50％、二氧化碳9％-15％、其它惰性气体1％。

有益效果：本发明提供的热采注气燃气发生器体积小、重量轻、成本低、投资省，结构简单，可靠性高，机动灵活，可以撬装或车载，特别适合于对重量有严格限制的海上采油平台使用。混合气体中氮气在对井下油藏的驱动作用很强；水蒸气可以带给油层较大热能，增加油的流动性；二氧化碳本身是采油的良好降粘助剂，在一定压力下可使井下的油气棍相，从而提高采收率。本发明提供的热采注气燃气发生器与现有石油热采蒸汽锅炉相比有明显的优势，可节能40％左右，可提高原油采收率30％左右。

本燃气发生器采用多燃料柴油机气缸原理和结构方式，可利用标准柴油机用高压供油泵改进后使用，可以在保证可靠性的前提下降低成本。本燃气发生器可以制成小型化产品，直接放入井下，以进一步提高热效率，提高采收率，燃料和空气供给等其它部分放在地面。

附图说明

图1为热采注气燃气发生器结构示意图；

图2为图1中冷却糟结构说明图；

图3为图1中上盖A的剖面图；

图4为图1中汽化喷水孔B的剖面图；

图5为图3中空气分配盘C的结构示意图。

其中：1气缸体     2直喷细孔喷油嘴  3压缩空气进口

4空气分配盘       5冷却水入口      6点火器

7上盖             8冷却水槽        9密闭环形空间

10气缸外套        11燃烧室         12掺混汽化室

13汽化喷水孔      14燃气喷口       15法兰。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明，但不限制于本发明。

如图1-5所示：本发明提供的一种适合于提高石油采收率的热采石油用燃气发生器，包括气缸体1，气缸体1由上部的燃烧室11和下部的掺混汽化室12组成，气缸体1的上端设有封闭的上盖7，气缸体1下端的掺混汽化室12通过法兰15同燃气喷口14相连接，上盖7的中部设有同气缸体1连通的压缩空气入口3、燃料喷嘴和点火器6，燃料喷嘴为直喷细孔喷油嘴2，气缸体1上部的外侧还设有外冷却水循环***，外冷却水循环***包括套装于气缸体1外侧的气缸外套10及气缸外套10同所述气缸体1围成的密闭环形空间9，密闭环形空间9上部的气缸外套10上设有冷却水入口5，其下部的气缸体1上设有同燃烧室11下部相连通的汽化喷水孔13；在密闭环形空间9内设有同气缸体1轴线相平行的冷却水槽8，冷却水槽8的两端分别同冷却水入口5和汽化喷水孔13相连通。

另外，燃烧室11的上端设有空气分配盘4，空气分配盘4上设有多个孔，喷油嘴2和点火器6穿过空气分配盘4，空气分配盘4可以使压缩空气均匀进入燃烧室，保证在不同压力下燃料和燃烧后的火焰始终处于气缸中心位置，只是改变火焰的长短，没有燃料被喷到气缸体壁上，以保证充分燃烧和均匀掺混后喷出燃气。

燃烧室11内径大于掺混汽化室12内径，其中燃烧室内径为180-200mm，掺混汽化室内径为80-100mm。

喷油嘴2内注入的燃料为甲醇、乙醇、柴油、煤油、原油十天然气、二甲醚、煤层气、沼气或煤制气，气缸体1和气缸外套10采用耐高温陶瓷、碳化硅材料制成。

工作时燃料从直喷细孔喷油嘴2进入，压缩空气经压缩空气进口3、多孔压缩空气分配盘4进入。采用高压共轨油泵设备，使燃料供给压力比空气供给压力高出2-10倍，以使燃料在井压变化较大时仍能雾化状态良好并由点火器6点燃后在燃烧室11内充分燃烧，以确保注入井下的气体为最佳参数。燃料在燃烧室11内充分燃烧，其燃烧产生近2000度高温的氮气、二氧化碳混合气体，冷却水经外冷却循环***中的冷却水入口5并流经密闭环形空间9内的冷却水槽8，经汽化喷水孔13进入燃料室11的下部，水与高温混合气体相遇后，给高温混合气体降温，同时水吸热汽化，在渗混汽化室12内形成300度左右的由氮气、二氧化碳和水蒸汽组成的混合气体，其温度可以按热采工艺要求调整，调整为最适合热采要求温度的混合气体经法兰15和燃气喷口14排出。

实施例1

如图1所示：本发明提供的一种适合于提高石油采收率的热采注气用气缸式燃气发生器，包括陶瓷的气缸体1、直喷细孔喷油嘴2、压缩空气进口3、碳化硅多孔压缩空气分配盘4、冷却水入口5、点火器6、上盖7、冷却水槽8、密闭环形空间9、气缸外套10、燃烧室11、掺混汽化室12、汽化喷水孔13、燃气喷口14、法兰15。

本发明燃气发生器直喷细孔喷油嘴2出口直径为1mm，多孔压缩空气分配盘4分布15个直径为2mm的孔，汽化喷水孔13直径为2mm。燃烧室11与掺混汽化室12的长度比例为1∶2，燃烧室11直径为180mm，掺混汽化室12直径为100mm。

工作时甲醇经外接的高压共轨油泵从直喷细孔喷油嘴2进入，压缩空气经压缩空气进口3、多孔压缩空气分配盘4进入燃烧室11。采用高压共轨油泵，使燃料供给压力比空气供给压力高出5-7倍，以使燃料在井压变化较大时仍能雾化状态良好并由点火器6点燃后在燃烧室11内充分燃烧，以确保注入井下的气体为最佳参数。燃料在燃烧室11内充分燃烧，其燃烧产生近2000度高温的氮气、二氧化碳混合气体，冷却水经外冷却循环***中的冷却水入口5并流经密闭环形空间9内的冷却水槽8，经气化喷水孔13进入燃烧室11底部，水与高温混合气体相遇后，给高温混合气体降温，同时水吸热气化，在掺混气化室12内形成300度的由氮气、二氧化碳和水蒸汽组成的混合气体，其温度可以按热采工之要求调整，调整为最适合热采要求温度的混合气体经法兰15和燃气喷口14排出并注入井口。

实施例2基本同实施例1

本例中燃料采用乙醇经外接的高压共轨油泵进入，本燃气发生器直喷细孔喷油嘴2出口直径为1.5mm，多孔压缩空气分配盘4分布10个直径为2mm的孔，汽化喷水孔13直径为2mm。燃烧室11与掺混汽化室12的长度比例为1∶2，燃烧室11直径为180mm，掺混汽化室12直径为100mm。

实施例3基本同实施例1

本例中燃料采用天然气经外接的天然气压缩机进入，本燃气发生器直喷细孔喷油嘴2出口直径为1.5mm，多孔压缩空气分配盘4分布15个直径为2mm的孔，汽化喷水孔13直径为2mm。燃烧室11与掺混汽化室12的长度比例为1∶2，燃烧室11直径为180mm，掺混汽化室直径为100mm。

实施例4基本同实施例1

本例中燃料采用柴油，多孔压缩空气分配盘4分布20个直径为2mm的孔

Claims (8)

1、一种热采石油用燃气发生器，包括气缸体(1)，所述气缸体(1)由上部的燃烧室(11)和下部的掺混汽化室(12)组成，所述气缸体(1)的上端设有封闭的上盖(7)，其下端设有同掺混汽化室(12)相连接的燃气喷口(14)，所述上盖(7)的中部设有同所述气缸体(1)连通的压缩空气入口(3)、燃料喷嘴和点火器(6)，其特征在于：所述气缸体(1)上部的外侧还设有外冷却水循环***，所述外冷却水循环***同所述燃烧室(11)相连通。

2、根据权利要求1所述的热采石油用燃气发生器，其特征在于：所述外冷却水循环***包括套装于所述气缸体(1)外侧的气缸外套(10)及气缸外套(10)同所述气缸体(1)围成的密闭环形空间(9)，所述密闭环形空间(9)上部的气缸外套(10)上设有冷却水入口(5)，其下部的气缸体(1)上设有同所述燃烧室(11)下部相连通的汽化喷水孔(13)。

3、根据权利要求2所述的热采石油用燃气发生器，其特征在于：所述密闭环形空间(9)内设有同所述气缸体(1)轴线相平行的冷却水槽(8)，所述冷却水槽(8)的两端分别同所述冷却水入口(5)和汽化喷水孔(13)相连通。

4据权利要求1所述的热采石油用燃气发生器，其特征在于：所述燃料喷嘴为直喷细孔喷油嘴(2)。

5根据权利要求4述的热采石油用燃气发生器，其特征在于：所述燃烧室(11)的上端设有空气分配盘(4)，所述空气分配盘(4)上设有多个孔，所述喷油嘴(2)和点火器(6)穿过所述空气分配盘(4)。

6、根据权利要求1-5任一权利要求所述的热采石油用燃气发生器，其特征在于：所述燃烧室(11)内径大于所述掺混汽化室(12)内径。

7、根据权利要求6述的热采石油用燃气发生器，其特征在于：所述喷油嘴(2)内注入的燃料为甲醇、乙醇、柴油、煤油、原油十天然气、二甲醚、煤层气、沼气或煤制气。

8、一种使用热采石油用燃气发生器的方法，燃料经高压泵或天然气压缩机从直喷细孔喷油嘴(2)进入，压缩空气经压缩空气进口(3)、多孔压缩空气分配盘(4)进入燃烧室(11)，燃料经点火器(6)点燃后在燃烧室(11)内燃烧形成混合气体，其特征在于：冷却水流经外冷却水循环***中的冷却水入口(5)进入密闭环形空间(9)，流经密闭环形空间(9)内的冷却水槽(8)，冷却水经汽化喷水孔(13)进入燃烧室(11)汽化形成水蒸汽，所述混合气体连同水蒸气经燃气喷口(14)排出。

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