[发明专利]一种用于稠油热采的超临界水热燃烧型井下蒸汽发生器

说明书

一种用于稠油热采的超临界水热燃烧型井下蒸汽发生器，主要由顶部端盖、中部端盖、回流稳燃区外壳、主反应区外壳和掺混区外壳依次连接装配组成，顶部端盖上设有旋流器燃料入口和加热棒，加热棒插入孔贯穿中部端盖中心，中部端盖上设有主燃孔射流燃料入口、主燃孔射流氧化剂入口、冷却水入口和旋流喷嘴，旋流喷嘴与旋流器燃料入口连通，回流稳燃区外壳内侧周向包裹复合螺旋壁，底端设有主燃喷嘴结构，主反应区外壳内壁为螺旋冷却壁，主燃孔射流氧化剂入口、主燃孔射流燃料入口、冷却水入口分别通过复合螺旋壁的内、中、外通道连通主燃喷嘴结构以及通螺旋冷却壁，本发明实现了直接在地层内高效产生蒸汽，避免了蒸汽输送过程中的热量损失。

技术领域

本发明属于稠油开采技术领域，特别涉及一种用于稠油热采的超临界水热燃烧型井下蒸汽发生器。

背景技术

目前油田上主要采用在地面利用注汽锅炉产生蒸汽，注入井下结合蒸汽吞吐、蒸汽驱和蒸汽辅助重力泄油(SAGD)三种稠油热采技术开采稠油，以上方式主要存在以下瓶颈，(1)热损失大。地面蒸汽发生装置的排烟损失约20％，地面输气管线热损失约15％，注入井筒热损失每千米约10％，整体热效率低；(2)油藏深度受限。除蒸汽吞吐的应用深度达到1800米，采收率较高的蒸汽驱和SAGD技术主要应用深度在1200米以内的油藏中。(3)地面蒸汽发生装置占地面积大。无法布置于空间受限的海上石油开采平台，限制了海上稠油的开采。

超临界水热燃烧是指燃料或者一定浓度的有机废物与氧化剂在超临界水(T≥374.15℃且p≥22.12MPa)环境中发生剧烈氧化反应的一种新型燃烧方式，其火焰即为超临界水热火焰。超临界水热火焰通常为800℃以上，水热火焰区局部高温将显著加速有机物降解(100毫秒内可完成降解绝大多数有机物)，释放大量热量，甚至可以作为能源获取的一种手段。该燃烧方式其具有多项显著优势，(1)具有毫秒级反应速率。(2)反应器换热效率高、结构紧凑，尤其适合作为井下蒸汽的来源。(3)反应产物只有CO₂和水蒸气，无污染，且CO₂可活性降粘，进一步改善开发效果，实现产物的100％利用。多元热流体采油技术是指将燃料和氧化剂注入井下多元热流体发生器，在高压密闭环境中燃烧使水气化，利用气体(N₂和CO₂)与蒸汽的协同效应，通过气体溶解降粘、气体增压、加热降粘和气体辅助原油重力驱等机理来开采原油的一种技术。相比于传统地面锅炉注气，该技术具有污染小、热效率高、采收率高等优势。

将多热流体采油技术与超临界水热燃烧技术结合形成的超临界水热燃烧型井下蒸汽发生技术，可以实现更高的稠油采收率和安全性，不受井深限制，解放大量油层，完美解决中深层稠油开发，克服传统锅炉产生蒸汽方式所带来的高能耗和高污染难题。超临界水热燃烧型井下蒸汽发生技术的成功应用离不开超临界水热燃烧型井下蒸汽发生器的研发设计，主要是因为油井内空间有限，反应器需要在一定的体积下实现稳定燃烧一级良好的控温控压，保证安全稳定运行。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于稠油热采的超临界水热燃烧型井下蒸汽发生器，旨在解决注气锅炉在稠油热采注蒸汽过程中的能耗较高、污染较大问题，通过将多元热流体采油技术与超临界水热燃烧技术相结合，从而实现直接在地层内高效产生蒸汽，避免了蒸汽输送过程中的热量损失，为深井、超深井以及海上稠油开采提供了一种切实可行的采油手段。本发明具体指一种井下蒸汽发生器，为从地面输送而来的高压燃料和氧化剂提供反应环境，并同时允许冷却水进入，实现冷却功能的同时产生高温水蒸气。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：