一種燃燒重油的混合氣體注氣裝置的製作方法

2023-05-01 17:24:56

專利名稱：一種燃燒重油的混合氣體注氣裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型提供一種適合於提高石油採收率的燃燒重油的混合氣體注氣裝置。
技術背景
現有石油熱採氣體一般是利用蒸汽鍋爐產生蒸汽注入井下，這種方式設備龐大、 能耗高、效率低、排放汙染大。已有的混合氣體注氣裝置都是以燃燒柴油為燃料，由 於都是使用柴油作為燃料油，燃料成本過高，難於大規模應用於低產油田。
隨著石油大規模開採，常規石油資源越來越少，提高現有油田採收率和開發稠油、 重油等低品位油田的呼聲十分強烈，急需一種高效率、低運營成本提高原油採收率並 能開採稠油的混合氣體注氣技術和裝置，特別急需一種適合使用重油和直接燃燒原油 的混合氣體發生器來替代目前的蒸汽鍋爐和使用柴油作為燃料油的各種氣體發生器。 發明內容
本實用新型提供一種燃燒重油的混合氣體注氣裝置，用於提高石油採收率和開發 稠油、重油等低品位油田。
本裝置由混合氣體發生器、中央控制器、以及由中央控制器直接控制的輕柴油和 重油轉換系統、空氣壓縮機、水泵、氣體分析系統和保護系統組成。
輕柴油和重油轉換系統組成如下重油儲罐依次通過管路連接分油機、重油箱、 電磁閥門、重油過濾器、重油輸送泵、加熱設備、重油乳化機和高壓噴油泵，高壓噴 油泵直接連接混合氣體發生器；乳化水箱通過管路依次連接電磁閥門、乳化水過濾器 和單向閥並通過管路連接到重油輸送泵和加熱設備之間的管路；輕柴油箱通過管路依
次連接輕柴油過濾器、輕柴油輸送泵和電磁閥並通過管路連接到重油乳化機和高壓噴 油泵之間。
混合氣體發生器，包括氣缸體、點火器，氣缸體上端封閉的上蓋設置有噴油嘴、 壓縮空氣進口和點火器，噴油嘴外接高壓油泵，氣缸體由上部的燃燒室和下部的摻混 汽化室組成，燃燒室底部的內套上設置汽化噴水孔。燃燒室內外套之間設置有冷卻水 腔，冷卻水腔設置進出口；摻混汽化室下端為混合氣體注氣噴口。
中央控制器控制的水泵為高壓水泵，高壓水泵與汽化噴水孔連接。
燃燒室與摻混汽化室採用一體式或採用螺栓連接的方式，燃燒室直徑為 100-300咖，摻混汽化室直徑為80-200咖。
本發明混合氣體發生器採用船用柴油機氣缸燃燒原理並借鑑其結構方式，取消活塞，變為連續燃燒方式，連續產生混合氣體注入油井。
混合氣體注氣裝置採用高壓噴油泵，使燃料供給壓力比空氣供給壓力高出2—10 倍，以使燃料在井壓變化較大時仍能霧化狀態良好並充分燃燒，以確保注入井下的氣 體為最佳參數。
本裝置可以燃燒重油、渣油、原油、油頁巖油、煤焦油或其它低質重油燃料，部 分冷卻水與燃燒後的高溫氣體混合併汽化，經氣體分析系統檢測後注入油井。
混合氣體注氣裝置按照氣體分析系統的分析結果，通過中央控制器調整空氣壓縮 機、高壓噴油泵、分油機、重油乳化機、加熱設備、電磁閥門。確保本裝置正常工作 和注入井下的氣體為最佳參數。
中央控制器控制的分油機可以把各種低質重油、原油中的水和雜質分離出去，保 證燃油達到可靠燃燒的要求。
中央控制器控制的重油乳化機可以把各種低質重油、原油與一定量的水進行混 合切割成乳化燃料油。燃料油經過乳化後，乳化燃料油燃燒過程的物理作用即所謂 "微爆"作用。油包水型分子基團，油是連續相，水是分散相，由於油的沸點比水高， 受熱後水總是先達到沸點而蒸發或沸騰，當油滴中的壓力超過油的表面張力及環境壓 力之和時，水蒸氣將衝破油膜的阻力使油滴發生爆炸，形成更細小的油滴，這就是所 說的微爆或稱二次霧化。爆炸後的細小油滴與空氣更加充分混合，結果是使乳化燃料 油燃燒的更完全，使本混合氣體注氣裝置達到更加節能之效果。學作用即水煤氣反應。 在高溫條件下，部分水分子與未完全燃燒的熾熱的炭粒發生水煤氣反應，形成可燃性 氣體，減少了火焰中的炭粒，提高了油的燃燒程度，改善了燃燒狀況，提高了油的燃
燒效率。在缺氧條件下，燃料中由於高溫裂解產生的碳粒子，能與水蒸氣反應生成co
和H2，使碳粒子能充分燃燒，提高了燃燒率，降低了排煙中的煙塵含量，另一方面， 由於乳化水的蒸發作用，均衡了燃燒時的溫度場，從而抑制了N0x的形成。通過上述 的微爆及水煤氣反應，乳化油燃料可獲得減輕汙染和節約能源的雙重效果。
通過燃油與水的乳化，還可以降低燃油的粘稠度，有利於霧化燃燒，在保證可靠 燃燒的前提下進一步降低燃料成本。
中央控制器控制的輕柴油和重油轉換系統具有加熱、過濾和調配設備，可以把較 粘稠的重油或原油加溫、過濾、調整到可由高壓噴油泵送出並能適用噴油嘴良好霧化 噴油的狀態，使本裝置可適應多種重油和直接燃燒原油，降低其運行成本。
混合氣體注氣裝置所使用的噴油嘴為船用柴油機的噴油嘴，作為柴油機的標準配 件其價格低、可靠性高，噴油嘴安裝在混合氣體發生器端蓋的中央部位，確保進入燃燒室的燃油都是霧化好的。
中央控制器控制的輕柴油與重油的轉換是在混合氣體注氣裝置冷啟動和停車前 使用的，冷啟動時使用輕柴油，流動性和可燃性好，裝置的各系統達到正常工作狀態 後，轉換系統把燃油轉換為重油；在混合氣體注氣裝置停車前轉換系統再把燃油轉換 為輕柴油，用輕柴油衝洗泵、管、閥門等部位，以便下次容易啟動。 有益效果
本發明提供的混合氣體注氣裝置與現有石油熱採注氣蒸汽鍋爐相比，注入井下的 氣體不只是單一的水蒸氣，而是35(TC左右的氮氣、水蒸氣和二氧化碳的混合氣體， 使用不同燃料時其氣體成分比例有所變化，其比例約為氮氣50%—55%、水蒸氣30% 一40%、 二氧化碳10%—15%。由於氮氣在常溫下仍然是氣體，對井下油藏的驅動作用 很強；水蒸氣可以帶給油層較大熱能，增加油的流動性;二氧化碳本身是採油的良好 降粘注劑，在一定壓力下可與井下的石油混相，從而提高採收率。本發明提供的混合 氣體注氣注氣裝置與現有石油熱採注氣蒸汽鍋爐相比有明顯的優勢，可節約投資 50%，可節能50%左右，可提高原油採收率50%左右。與現有燃燒柴油的混合氣體注氣 裝置相比，可節約運行成本50%以上。
本裝置主要用於石油熱採注氣，也可以用於稠油、重油和油砂的開採。由於本裝 置可以燃燒柴油、多種重油和直接燃燒原油，運行成本低、燃料來源方便。裝置在石 油熱採中有很好的應有前景，特別是應用於對體積、重量有嚴格要求地方。
本發明提供的混合氣體注氣裝置體積小、重量輕、成本低、投資省，結構簡單， 可靠性高，機動靈活，可以撬裝或車載，特別適合對體積和重量有嚴格限制的地方。


圖1混合氣體注氣裝置示意圖
圖2是圖1中的混合氣體發生器1的結構示意圖。
具體實施方式
，結合圖l-2進行說明。
例h混合氣體發生器說明混合氣體發生器，包括氣缸體l、噴油嘴2、壓縮空 氣入口4、冷卻水入口5、冷卻水出口6、點火器3、冷卻水空間9、氣缸內套7、氣 缸外套8、燃燒室IO、摻混汽化室12、汽化噴水孔ll、混合氣體噴口13。
本混合氣體發生器噴油嘴出口直徑為0. 5mm，汽化噴水孔直徑為0. 6mra。燃燒室與 摻混汽化室的長度比例為4: 1，燃燒室直徑為180咖，摻混汽化室直徑為100mm。噴 油嘴為船用柴油機噴油嘴。 工作時中央控制器18控制分油機24、重油乳化機30、加熱設備29等全部開始工作，燃油從噴油嘴2進入，啟動空氣壓縮機14，壓縮空氣經壓縮空氣入口4。打開 閥門34，關閉閥門26，點火器3點火工作，使裝置j^燒輕柴油。當裝置及其各系統 都正常工作後，中央控制器18控制打開閥門26，關閉閥門34，裝置燃燒重油或原油。 採用高壓噴油泵，使燃料供給壓力比空氣供給壓力高出2-10倍，以使燃料在井壓變 化較大時仍能霧化狀態良好並由點火器3點燃後在燃燒室10內充分燃燒；以確保注 入井下的氣體為最佳參數。燃料在燃燒室10內充分燃燒，其燃燒產生氮氣、二氧化 碳混合氣體。冷卻水經入口 5流經氣缸內外套之間的冷卻空間，從冷卻水出口 6流回 儲水箱。中央控制器18控制高壓水泵15，通過汽化噴水孔11進入汽化摻混室12， 水與高溫混合氣體相遇後，給高溫混合氣體降溫，同時水吸熱汽化，在汽化摻混室內 形成350'C左右的氮氣、二氧化碳和水蒸汽組成的混合氣體，其溫度可以按混合氣體 工藝要求調整，調整為最適合熱採注氣要求溫度的混合氣體經噴口 13注入井口。氣 體分析系統16將混合氣體的成分信息送給中央控制器18，通過調整燃料供給量和空 氣供給量來保證混合氣體的組分狀態，通過調整進入摻混室的水量來調整注入井口的 混合氣體溫度，以保證注入的混合氣體符合熱採注氣工藝要求，實現提高石油採收率。 上述過程均通過中央控制器反饋控制點火器控制系統、空氣壓縮機、分油機、重油乳 化機、加熱設備、閥門、高壓噴油油泵、原油處理系統、氣體分析系統、冷卻系統、 摻混系統來實現。如果出現意外情況，保護系統17將切斷燃料共給並發出報警信號。
例2:裝置包括重油儲罐23、分油機24、重油箱25、重油乳化機30、乳化水箱 33、加熱設備29、重油過濾器27、乳化水過濾器35、輕柴油過濾器20、輕柴油輸送 泵21、重油輸送泵28、乳化水輸送泵36，背壓閥31、單向閥37、高壓噴油泵32、 由中央控制器18控制的電磁閥門22、 26、 34。
開始工作時，中央控制器18控制電磁閥門22打開，電磁閥門26、 34關閉，輕 柴油輸送泵21工作，向混合氣體發生器供輕柴油，此時重油輸送泵28、乳化水輸送 泵36不工作，分油機24工作。當混合氣體發生器工作正常後，中央控制器18控制 電磁閥門26打開，電磁閥門22關閉，重油輸送泵28、乳化水輸送泵36工作，單向 閥37打開，經過重油乳化機處理通過高壓噴油泵向混合氣體發生器供給乳化好的重 油，此時輕柴油輸送泵21不工作。當混合氣體注氣裝置準備停車時，提前五分鐘進 入停車準備，中央控制器18控制電磁閥門22打開，電磁閥門26、 34關閉，輕柴油 輸送泵21工作，向混合氣體發生器供輕柴油，同時清洗有關泵、管、閥等部位，為 下一次開車做好準備。此時重油輸送泵28、乳化水輸送泵36不工作，分油機24停 止工作，加熱設備停止加熱。
權利要求1.一種燃燒重油的混合氣體注氣裝置，由混合氣體發生器、中央控制器、以及由中央控制器控制的輕柴油和重油轉換系統、空氣壓縮機、水泵、氣體分析系統和保護系統組成；其特徵在於所述輕柴油和重油轉換系統組成如下重油儲罐依次通過管路連接分油機、重油箱、電磁閥門、重油過濾器、重油輸送泵、加熱設備、重油乳化機和高壓噴油泵，高壓噴油泵直接連接混合氣體發生器；乳化水箱通過管路依次連接電磁閥門、乳化水過濾器和單向閥並通過管路連接到重油輸送泵和加熱設備之間的管路；輕柴油箱通過管路依次連接輕柴油過濾器、輕柴油輸送泵和電磁閥並通過管路連接到重油乳化機和高壓噴油泵之間。
2. 如權利要求1所述一種燃燒重油的混合氣體注氣裝置，其特徵在於所述混合氣體發生器氣 缸體上端封閉的上蓋設置有噴油嘴、壓縮空氣進口和點火器，噴油嘴外接高壓油泵，氣缸體 由上部的燃燒室和下部的汽化室組成，燃燒室底部的內套上設置汽化噴水孔；燃燒室內外套 之間設置有冷卻水腔，冷卻水腔設置進出口；摻混汽化室下端為混合氣體注氣噴口。
3 如權利要求1或2所述一種燃燒重油的混合氣體注氣裝置，其特徵在於所述噴油嘴為船用 柴油機的霧化噴油器。
4.如權利要求l所述一種燃燒重油的混合氣體注氣裝置，其特徵在於所述水泵為高壓水泵， 高壓水泵與汽化噴水孔連接。
專利摘要本實用新型提供一種適合於提高採油採收率的燃燒重油的混合氣體注氣裝置，由內燃式混合氣體發生器、中央控制器、以及由中央控制器直接控制的輕柴油處理系統、原油處理系統、空氣壓縮機、水泵、氣體分析系統和保護系統組成；所述原油處理系統組成如下重油儲罐依次通過管路連接分油機、重油箱、電磁閥門、重油過濾器、重油輸送泵、加熱設備、重油乳化機和高壓噴油泵，高壓噴油泵直接連接混合氣體發生器，乳化水箱通過管路依次連接電磁閥門、乳化水過濾器和單向閥，然後連接到重油輸送泵與加熱設備之間；本裝置燃料來源方便、裝置體積小、靈活方便，在石油熱採中有很好的應有前景。
文檔編號E21B43/243GK201386550SQ200920148098
公開日2010年1月20日 申請日期2009年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者劉曉棠 申請人:劉曉棠