[发明专利]补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田采油设备，特别是涉及一种超临界压力燃天然气油田注汽发生器〔又称复合热载体发生器〕的补燃式燃烧室。

背景技术

随着我国油田开发工作的不断深入，我国某些主力油田现已陆续进入“三次采油”阶段。据现有资料统计，我国目前适宜采用“三次采油”技术的油藏储量已达数十亿吨以上。显然，只要将现有油田采收率提高百分之一，其效果就等于又发现了一个大油田。因此，发展“三次采油”技术，提高原油采收率，对于减缓我国多数油田递减速度，维持我国原油稳产，减少我国对国外原油依赖程度，具有十分重要的意义。

注汽发生器技术即隶属于“三次采油”技术范畴，目前已在国内大庆、辽河、胜利、新疆等各大油田进行了多井次先导性试验。其试验结果表明，设备增油机理可行，可与现有多项采油工艺进行有机结合，并已取得一定增油效果。但随着油藏深度开发，油藏条件日趋复杂，原油增产难度越来越大，与之相应，国内外油田对油田设备及配套工艺技术的要求也在持续提高。从当前技术发展趋势来看，注汽发生器的使用范围已从过去的浅层和高渗透油藏转向更具普遍性的、储量更大的中深层和深层中低渗透主力油藏，但由于此类油藏具有油层深、含水量高、粘度大及渗透率低等特点，其开发需要更高的注汽压力、温度及更好的工作连续性，因此，现有普通复合热载体发生器已难以满足当前油田的生产需要。此外，由于国际柴油价格不断攀升，现有以柴油为燃料的注汽发生器的运行成本越来越高，为进一步拓宽注汽发生器的使用范围，采用新的燃料替代柴油也已势在必行。根据现有资料估算，如用天然气或油田伴生气作为燃料替代柴油，注汽发生器的运行成本将降低2/3或更低。具体而言，如单台设备流量按1000米3/小时来计算，每日每台发生器可节约燃料费用1万元以上，年节约运行成本超过300万元。因此，突破现有燃烧方式，进一步节能降耗，研制更大流量、更高压力、更长使用寿命的超临界压力注汽发生器已成当务之急。

在已公开的发生器设计中，注汽发生器燃烧室通常采用扩散式燃烧方式，所需空气和燃料均从燃烧室顶部一次性注入并参与燃烧。但随着设备向油层注入压力不断升高，其燃烧压力不断增大，火焰前锋将会逐渐向燃烧室顶部靠近，并因此出现燃烧室顶部烧损、燃料喷嘴烧裂、火花塞头部烧熔、内衬烧损等现象，并且，燃烧压力越高，工作时间越长，上述现象越严重。而在油田生产中，注汽发生器的工作方式主要采用气驱作业，即根据所注井的地质方案要求，从单井连续注入复合热载体，在保持注采平衡的条件下，从其它关联井连续采油。因此，要求设备注入压力高，燃气流量大，冷却水流量低，并要求连续工作。为此，现有发生器设备必须做出重大改进。

为解决前述问题，在已公开的专利98203951.4《旋涡式喷嘴的复合热载体发生器》、02231765.1《燃气蒸汽发生器》、200510022594.7《亚临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统》中，采用了增设旋风器结构形成贫氧燃烧，降低燃烧室顶部附近的燃烧温度的解决方案。然而根据现场试验，上述方案虽然解决了原设计工况中燃烧室顶部的烧损或毁坏问题,但当发生器注入压力增高，流量加大并长期连续工作后，旋风器和燃烧室顶部仍然出现较严重的烧损或毁坏现象，并由此引发火焰偏心、内衬烧损等后果，影响设备正常运行。同时，由于上述发生器设计中，其燃料喷嘴组件采用从远离火焰的冷端向靠近火焰的高温端通过螺纹拧入连接，仅在中间位置使用紫铜垫片密封，因此，燃料喷嘴组件高温端与火焰接触部位存在一个环形间隙，部分空气可从此间隙直接进入燃烧室掺混燃烧，进而影响了发生器点火、转级等过渡工况的正常工作。

也有如专利200420054883.6《多功能高压高效燃烧器》、200710023550.5《用于石油热采注气机的高压混合气发生装置》等技术，其燃烧室顶部设置有水冷却环槽或螺旋水道，火焰接触面采用非金属耐火材料或普通金属材料，燃烧室内衬使用非金属耐火材料并外设螺旋形水道。但因其燃烧室顶部冷却水用于冷却后均被重新引至外部，然后再通过外管线连接到其水冷却套进口或燃烧段调温器入口，没有形成水的连续流动再生冷却通道，同时，非金属耐火材料部件在温度突变和高温燃气冲刷条件下极易产生爆裂、剥蚀，特别是没有改变发生器工作过程中其所需的全部空气和燃料均集中在燃烧室顶部燃烧这一燃烧方式，因此，上述方案虽然取得了一定的冷却节能效果，但都没有从根本上解决高压力、大流量条件下，燃烧室顶部烧损、燃料喷嘴烧裂、火花塞头部烧熔、内衬烧损或毁坏等系列问题。