超臨界多源多元熱流體注採系統及注採方法與流程
2024-02-23 22:43:15
本發明涉及能源開採領域，尤其是一種開採稠油油藏的超臨界多源多元熱流體注採系統及注採方法。
背景技術：
世界上稠油資源極為豐富，其地質儲量遠遠超過常規原油。據統計，世界上已證實的常規原油地質儲量約為4200億噸，而稠油(包括瀝青)油藏地質儲量高達15500億噸。以我國渤海油田為例，截止2009年12月底渤海稠油的探明儲量為20.5*108m3。降低成本，最大限度地把稠油、超稠油開採出來，是當今世界石油界面臨的共同課題。
熱力採油技術是稠油開採中普遍使用的方式，熱力採油方法是指利用熱能加熱油藏，降低原油粘度，將原油(主要是稠油)從地下採出的一種提高採收率的方法。稠油(也稱重油)具有粘度高、密度大的特點，在開採過程中流動阻力大，用常規方法進行開採見效不大，一般採用降低稠油粘度、減小油流阻力的方法進行開採。由於稠油的粘度對溫度非常敏感，所以熱力採油法就成了目前強化開採稠油的最行之有效的方法。稠油熱採的主要方法有蒸汽吞吐、蒸汽驅、火燒油層、熱水驅等。成為稠油開採的主要方法。目前面臨蒸汽發生熱效率低，蒸汽與稠油作用效率低等技術難題，直接影響了熱力採油的效果。注蒸汽吞吐的規律是在第4、第5周期產油量達到峰值，此後伴隨著吞吐周期的增加，周期產油量逐漸降低，綜合含水增加，生產效果日益變差。造成注蒸汽熱採多輪次吞吐後生產效果變差的主要原因是蒸汽在含油飽和度低的地帶無效竄流。此外，許多油井在鑽井及井下作業過程中，井底結蠟堵塞嚴重，造成產能降低。因此亟待發明一種發生熱效率高，能在較低溫度下獲得較高幹度的熱流體，並與稠油之間具有較高作用效率的驅油方式。
超臨界多源多元熱流體驅油方法，是利用超臨界流體的燃燒反應發生在超臨界水環境中，能在較低溫度下獲得較高幹度的熱流體，且超臨界水比熱較大，容易控制溫度。提高過熱蒸汽產生的效率，降低成本。並將產生的多種組分的熱流體注入地層，在油藏條件下，利用超臨界水流體對稠油的溶解性能，改善稠油的擴散性能，分散原油中的重組分，降低稠油的密度，降低稠油的重度，提高油層壓力，大幅度降低稠油粘度，進一步擴大注入流體波及面積，並通過降低油水間界面張力，來提高波及效率。超臨界多源多元熱流體主要組分是氮氣、水蒸汽和二氧化碳，並根據技術需要添加化學劑，從而利用熱能、氣體和化學劑的複合驅油機理提高稠油採油速度和採收率。
然而，傳統的超臨界多源多元熱流體注採系統和注採方法，由於其超臨界多源多元熱流體的發生系統和發生方法具有能耗高、轉化率低、熱效率低的問題，導致總系統能效低，且對柴油、原油和天然氣等燃料的依賴性很高。例如一個授權公告號CN102678097的中國專利，其形成超臨界多源多元熱流體的方法是通過在一個氣膜反應器11中通入超臨界水、氧氣和燃料的方式形成超臨界多源多元熱流體。在該專利中，燃料中的有機物成分的氣化和燃燒是在同一個反應器中進行的，且配置有專門的預熱裝置來形成所需的超臨界水，該方案就存在前文所描述的技術問題。
此外，稠油注採過程中還會產生大量的採油廢水/高濃度含油汙水，對環境造成負面影響。特別地，海洋平臺稠油開發使用的超臨界多源多元熱流體技術嚴重依賴柴油作為燃料，柴油成本高，且運輸費用大；另一方面海洋平臺生產過程中會產生大量的含油生產汙水，要達到排放標準需要使用複雜的水處理設備。因此如何就地取材，減少柴油的採購和運輸成本也是當前需要探討的問題。
技術實現要素：
在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。
本發明的一個主要目的在於克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種超臨界多源多元熱流體注採系統及注採方法。
本發明的另一個主要目的在於克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種超臨界多源多元熱流體注採系統及注採方法，該系統及方法中產生超臨界多源多元熱流體的方法是先使燃料漿液在超臨界水中氣化成氫氣及CO2等小分子，其中可燃的小分子繼續與含氧氣體發生充分燃燒反應，產生大量熱量，並形成含有超臨界水、二氧化碳氣的超臨界多源多元熱流體，以供注入油井中，降低稠油粘度，進而提高採油率。本發明的系統及方法具有能耗低，熱效率高、總系統能效高、且不過度依賴於柴油、原油和天然氣等燃料的特點，其燃料可選擇為原油、石油產品、天然氣、柴油、採油汙水等有機廢液，具有多源性。
為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案：
根據本發明的一個實施例，提供了一種超臨界多源多元熱流體注採系統，其包括超臨界多源多元熱流體發生系統和一油管，所述油管設置於一開採井筒內；所述超臨界多源多元熱流體發生系統包括超臨界氣化反應器、超臨界混合燃燒反應器；燃料漿液在有超臨界水存在的條件下，在所述超臨界氣化反應器中發生氣化反應，轉化成以氫氣和二氧化碳為主要組分的氣化產物，所述氣化產物又與溶解於所述超臨界水中的含氧氣體在所述超臨界混合燃燒反應器中充分燃燒，形成了含有超臨界水、二氧化碳的超臨界多源多元熱流體；所述超臨界混合燃燒反應器設有一個超臨界多源多元熱流體出口，其連接所述油管。
根據本發明的一實施方式，其中，所述超臨界多源多元熱流體發生系統還包括一個水增壓泵、燃料增壓泵和壓縮含氧氣源；所述超臨界氣化反應器設有超臨界水入口、燃料入口、含氧氣體入口和超臨界混合體出口；所述水增壓泵連接所述超臨界水入口，所述燃料增壓泵連接所述燃料入口，所述壓縮含氧氣源連接所述含氧氣體入口；所述超臨界氣化反應器的超臨界混合體出口連接所述超臨界混合燃燒反應器，所述超臨界混合燃燒反應器還設有至少一個含氧氣體入口，所述壓縮含氧氣源連接至所述超臨界混合燃燒反應器的含氧氣體入口，向所述超臨界混合燃燒反應器提供燃燒所需的氧氣；所述超臨界混合燃燒反應器的超臨界多源多元熱流體出口供超臨界多源多元熱流體輸出。
根據本發明的一實施方式，其中，所述水增壓泵連接一個高壓水輸送管道，所述高壓水輸送管道的一端連接所述超臨界水入口，其中所述高壓水輸送管道的部分區段設於所述超臨界混合燃燒反應器內，利用所述超臨界混合燃燒反應器中的熱量將所述高壓水加熱以形成超臨界水。或者，所述超臨界混合燃燒反應器具有一個熱量引出部，將所述超臨界混合燃燒反應器中熱量的一部分引出，以加熱將所述高壓水形成超臨界水。
根據本發明的一實施方式，其中，所述壓縮含氧氣源被分為兩路，一路連接所述超臨界氣化反應器，另一路連接所述超臨界混合燃燒反應器。
根據本發明的一實施方式，其中，所述壓縮含氧氣源向所述超臨界混合燃燒反應器分段送入含氧氣體，即所述超臨界混合燃燒反應器包括至少兩個含氧氣體入口，所述各含氧氣體入口分別通過一個獨立的氣體流量調節閥連接所述壓縮含氧氣源。
本發明中，所述壓縮含氧氣源的氣體壓力在22.1MPa以上，可以不斷向所述超臨界氣化反應器、和所述超臨界混合燃燒反應器提供高壓含氧氣流。例如，如選擇空氣作為含氧氣體時，所述壓縮含氧氣源可採用一種高壓空氣壓縮機，通過抽取環境常態的空氣，進行壓縮到相應的壓力標準後輸出。
根據本發明的一實施方式，其中，所述超臨界多源多元熱流體出口連接一個調節裝置，所述調節裝置連接所述油管，從所述超臨界混合燃燒反應器輸出的超臨界多源多元熱流體經所述調節裝置後，形成適於注入井筒條件的超臨界多源多元熱流體。
根據本發明的一實施方式，其中，所述調節裝置為一個降壓裝置或一個換熱裝置。
根據本發明的一實施方式，其中，所述井筒內設有一個套管，所述套管套設於所述油管外，所述套管與所述油管之間形成一個環形空間，一個套壓測量表用於測量所述環形空間的壓力。
此外，本發明還提供一種超臨界多源多元熱流體注採方法，其包括如下步驟：
超臨界多源多元熱流體發生步驟和注入步驟，所述超臨界多源多元熱流體發生步驟又包括：氣化步驟：所述燃料漿液在超臨界水中氣化，轉化成以氫氣和二氧化碳為主要組分的氣化產物，所述氣化產物又與溶解於所述超臨界水中的壓縮含氧氣體發生部分燃燒，形成了含有超臨界水、氫氣、二氧化碳的超臨界混合體；以及
燃燒步驟：所述混合熱流體進一步在氧氣存在的條件下，進行混合燃燒，同時釋放熱量，形成含有超臨界水、二氧化碳氣的超臨界多源多元熱流體；
所述注入步驟是將超臨界多源多元熱流體發生步驟產生的超臨界多源多元熱流體，通過設於一井筒內的油管注入油井。
根據本發明的一實施方式，其中，在氣化步驟之前，還包括一個準備步驟：將常態水加壓至水的臨界壓力，並預熱至水的臨界溫度以獲得超臨界水；將增壓至水的臨界壓力的燃料漿液、和壓縮至水的臨界壓力的含氧氣體一同混入所述超臨界水中。
根據本發明的一實施方式，具體地，準備步驟中，是利用水增壓泵將常溫低壓水加壓至22.1MPa～30MPa，高壓水被加熱到400℃-640℃。
根據本發明的一實施方式，具體地，準備步驟中，是利用燃料增壓泵將燃料漿液加壓至22.1MPa～30MPa；利用氣體壓縮機將含氧氣體如空氣等壓縮至22.1MPa～30MPa。
根據本發明的一實施方式，其中，所述準備步驟中，所述預熱水所需的熱量來自所述燃燒步驟產生的熱量。相較於現有技術而言，無需為了獲得超臨界水而專門設置一個水預熱器。因此，可以超臨界水燃燒反應的能量得到充分高效利用，並減少對柴油、原油、天然氣的依賴。特別對海上稠油開採平臺而言，可減少柴油的採購和運輸成本，海上稠油開採平臺可就地取材，利用高含有汙水作為燃料漿液在超臨界水中燃燒反應產生的熱量，預熱水增壓泵輸出的高壓水，以獲得超臨界水。
根據本發明的一實施方式，具體地，氣化步驟中，燃料漿液在超臨界水中氣化，轉化成以氫氣和二氧化碳為主要組分的氣化產物，氣化產物與通入的壓縮含氧氣體發生部分混合燃燒反應，形成的含有超臨界水、氫氣、二氧化碳和氧氣為主要組分的混合熱流體，同時部分混合燃燒反應放出的熱量為超臨界氣化反應器提供運行能耗。
根據本發明的一實施方式，其中，所述氣化步驟是在一個超臨界氣化反應器中進行。
根據本發明的一實施方式，其中，所述燃燒步驟中，燃燒的溫度達374℃～700℃。
根據本發明的一實施方式，其中，燃燒步驟中，以超臨界水、氫氣、二氧化碳和氮氣為主要組分的混合熱流體進入超臨界混合燃燒反應器中，在適量壓縮空氣條件下，其中的H2充分地與壓縮空氣中的氧氣進行混合燃燒至374℃～700℃，形成混合有超臨界高壓水、二氧化碳氣和剩餘氮氣和空氣的超臨界多源多元熱流體。
根據本發明的一實施方式，其中，燃燒所需要的氧氣來自壓縮的含氧氣體，所述壓縮的含氧氣體是分段供給到燃燒體系中。
根據本發明的一實施方式，其中，所述燃燒步驟中，燃燒所需要的氧氣來自壓縮空氣，所述壓縮空氣是分段供給到燃燒體系中。所述分段供給是再向所述超臨界燃燒反應器中通入高壓壓縮空氣時，雖然空氣的壓力與超臨界水壓力一致，但是其溫度較低，因而如果一次集中供應大量的壓縮空氣，勢必會影響燃燒反應的進行。因此，多段式供給壓縮空氣，可以沿著超臨界燃燒反應器的長度或高度方向沿途設置一些壓縮含氧氣體入口(空氣入口)，且每個壓縮含氧氣體入口具有獨立的氣體流量/壓力調節閥。可以根據需要調節空氣入口處壓縮空氣的供應流量或壓力。
根據本發明的一實施方式，其中，所述燃燒步驟獲得的超臨界多源多元熱流體，再通過一個調節步驟處理，形成適於注入井筒條件的超臨界多源多元熱流體。所述調節步驟處理包括調節所述超臨界多源多元熱流體的溫度或壓力，或者向所述超臨界多源多元熱流體中加入惰性保護氣體或化學添加劑。
根據本發明的一實施方式，其中，所述調節步驟處理包括通過降壓或換熱降低超臨界多源多元熱流體的溫度或壓力，使其適應於注入到油井中。
根據本發明的一實施方式，所述的化學添加劑可為緩蝕劑，以減少對井筒及熱流體油管的腐蝕，或者所述化學添加劑是一些進一步改善稠油流動特性便於開採，集輸的成分。
根據本發明一實施方式，其中，所述超臨界多源多元熱流體發生步驟之前，還包括措施井的選取、以及注入超臨界多源多元熱流體的溫度和壓力參數的計算步驟。
根據本發明一實施方式，其中，在注入步驟中完成超臨界多源多元熱流體的注入量之後，停止超臨界多源多元熱流體的發生，關井燜井3—15天，待套壓穩定後開井採用；所述套壓是油管與套管之間的環形空間的內的壓力。根據本發明的一實施方式，其中，燃燒所用的燃料漿液的組成包括原油、柴油、天然氣、含有汙水、有機生產廢水等有機廢液以及高濃度的採油汙水或前述各項的任意組合。這些物質的共同特點是可在超臨界水中快速分解氣化和燃燒。
當使用原油、柴油或天然氣等無水燃料作為燃料漿液時，需首先利用常態水，其被加壓和預熱到水的臨界狀態，然後通將燃料漿液在超臨界水中氣化，氣化產物接著在有氧氣供應的環境中充分燃燒得到超臨界多源多元熱流體。當作為燃料的燃料漿液本身已含有較多水分時，例如使用採油/含油汙水作為燃料的情況時，可直接加壓和預熱所述採油/含油汙水到水的臨界狀態，此時超臨界水中的油等有機物發生分解氣化，氣化產物接著在有氧氣供應的環境中充分燃燒。因此，本發明的方法更符合稠油開採平臺現場的實際情況，可就地取材，且燃料漿液的取用具有多源性。
根據本發明的一實施方式，其中，所述含氧氣體為空氣、氧氣或除空氣和氧氣之外含有氧氣的氣體。
其中，壓縮含氧氣體是指含有氧氣分子O2的氣體，如純氧氣、空氣、氧氣與氮氣的混合物、氧氣與CO2的混合物等。當所使用的含氧氣體選擇為空氣時，最終形成的超臨界多源多元熱流體的主要組分是超臨界水、二氧化碳、氮氣和剩餘的空氣；當所使用的含氧氣體選擇為氧氣時，最終形成的超臨界多源多元熱流體的主要組分是超臨界水、二氧化碳、和剩餘的氧氣。因此，最終形成的超臨界多源多元熱流體的組分與燃料漿液的成分有關、也與所使用的含氧氣體的成分有關，但相對於高壓高溫蒸汽吞吐熱流體，本發明的超臨界多源多元熱流體具有多元性和更高幹度，從而解決高壓高溫蒸汽吞吐熱採技術所存在的問題。
使用超臨界多源多元熱流體注採驅油，具有如下機理：
(1)對稠油具有較大的溶解性能：對油類有機物和氣體溶解度較高，可對稠油及石油產品起溶劑化作用，既有利於在開發過程中產生近似混相驅的效果，又可使熱解產物溶解於其中，提高流動性和攜帶能力。
(2)能提高稠油的擴散性能：超臨界水的低粘度使超臨界水分子和溶質分子具有較高的分子遷移率，溶質分子很容易在超臨界水中擴散，從而使超臨界水成為一種很好的反應媒介或者溶解環境條件。即使在中等溫度和密度條件下，超臨界水的離子積也比標準狀態下水的離子積高出幾個數量級。
(3)由於超臨界水比常規水擴散係數高一個數量級，動力粘度下降20多倍。介電常數由普通水的80下降至5，控制了溶質的熱力學特性，使溶質在溶劑中更為穩定。能夠明顯改善原油的擴散和運動性能。
(4)可分散原油中的重組分：超臨界水能夠使原油中重質成分之間的氫鍵破壞，將稠環和疊環類物質轉變成芳香烴類物質，極限狀態為將其完全轉變為甲烷、二氧化碳、一氧化碳和氫氣。
(5)能提高油層壓力：超臨界水對油藏具有較好的增壓作用，經實際生產驗證，即使在10MPa的高壓油藏條件下，也能提高2-3倍。
(6)可降低油水間界面張力：超臨界條件下，水的氫鍵大部分破壞，可以通過以下公式計算氫鍵度(X，表徵形成氫鍵的相對強度)與溫度的關係式：X＝(-8.68×10-4)T/K+0.851。該式表徵了氫鍵對溫度的依賴性，適用範圍為280K～800K(7℃～527℃)。在298K～773K範圍內，溫度和X大致呈線性減小關係。界面張力與氫鍵度有直接關係，導致超臨界水更容易在巖石上面鋪展改變油藏潤溼性。同時，能夠降低油水之間界面張力，提高波及效率。
(7)可降低稠油的密度，降低稠油的重度(API)：超臨界水的密度可從類似於蒸汽的密度值連續地變到類似於液體的密度值，特別是在臨界點附近。在超臨界狀態下使液態水的密度有1g/m3下降至0.326g/m3，甚至下降至0.1g/m3。能夠將原油密度大幅度降低。
(8)此外，超臨界水具有良好的保溫性能，導熱係數明顯降低，提高注入流體與稠油的作用時間，提高熱流體的利用率。超臨界流體將水的熱導率由0.598W/(m K)下降至0.418W/(m K)，具有明顯的自保溫性能，能夠運移至油藏深部，能夠在提高波及體積的同時進一步擴大注入流體波及面積，達到大幅度稠油提高採收率的目的。
由上述技術方案可知，本發明的超臨界多源多元熱流體注採系統及方法的優點和積極效果在於：
按照本發明，注採工藝使用本發明的超臨界多源多元熱流體注採系統，其熱流體具有多源性和多元性，即燃料選擇上具有廣闊適應性，特別適應於海上稠油開採平臺；形成的多元熱流體又具有多元性，但相對於高壓高溫蒸汽吞吐熱流體，本發明的超臨界多源多元熱流體具有多元性和更高幹度，從而解決高壓高溫蒸汽吞吐熱採技術所存在的問題。
按照本發明，向油井中注入的流體為超臨界多源多元熱流體，超臨界流體的燃燒反應發生在超臨界水環境中，能在較低溫度下獲得較高幹度的熱流體，且超臨界水比熱較大，容易控制溫度。提高過熱蒸汽產生的效率，降低成本；降低稠油粘度，改善其流動性，提高採收效率。
本發明中的超臨界多源多元熱流體發生系統分別包括超臨界氣化系統和超臨界混合燃燒系統，前者供燃料在超臨界水存在的條件下發生氣化產生氫氣和二氧化碳，且部分氫氣與含氧氣體如空氣發生燃燒，釋放熱量供該氣化系統運行；後者使氣化產物進一步在超臨界水存在條件下和分段供氧的條件下高效燃燒，最終形成本發明注採工藝所需的超臨界多源多元熱流體。本發明的注採系統具有更高的熱轉化效率和熱利用效率，且分開反應和分級燃燒具有更佳的可控性。其中，將常態的水形成超臨界水的熱量來自超臨界混合燃燒系統，無需配置專門的預熱裝置，更可減少對燃料的依賴，進一步提高熱能效率。
綜合以上，本發明實施例提供的超臨界多源多元熱流體注採系統及方法，能夠擺脫傳統熱採方式所面臨的能耗高、轉化率低、熱效率低等難題，可降低對柴油、天然氣等燃料的依賴性。本發明的方法具有燃料適應性廣、無汙染(可利用高濃度採油汙水，使其無害化)、系統能效高、且超臨界多源多元熱流體參數可調的特點，具有廣闊的應用前景，可用於稠油油藏、瀝青、水合物等領域的勘探開發，由於燃料漿液和預熱形成超臨界水的能耗可以就地取材，避免柴油、原有高採購成本和運輸成本，特別適用於海上稠油開採平臺。
本發明提供的利用超臨界多源多元熱流體注採方法，蒸汽發生熱轉化率高，對稠油驅油效率高，對於稠油乃至天然水水合物等開發，具有重要的應用價值。
附圖說明
通過結合附圖考慮以下對本發明的優選實施例的詳細說明，本發明的各種目標、特徵和優點將變得更加顯而易見。附圖僅為本發明的示範性圖解，並非一定是按比例繪製。在附圖中，同樣的附圖標記始終表示相同或類似的部件。其中：
圖1是根據一示例性實施方式示出的一種超臨界多源多元熱流體發生系統的流程示意圖。
其中，附圖標記說明如下：
1-水增壓泵、11-水一級增壓泵、12-水二級增壓泵、2-高壓水輸送管、21-預熱段、3-燃料增壓泵、31-燃料一級增壓泵、32-高壓加料泵、4-壓縮含氧氣源、41-低壓壓縮機、42-高壓壓縮機、43、44氣體流量調節閥、6-超臨界氣化反應器、61-超臨界水入口、62-燃料入口、63-含氧氣體入口、64-超臨界混合體出口、7-超臨界混合體、8-超臨界混合燃燒器、81-含氧氣體入口、82-超臨界多源多元熱流體出口、9-超臨界多源多元熱流體、10-調節裝置、13-經適應性調節的超臨界多源多元熱流體、14-油管、15-套管、16-套壓測量表、17-井口閥門。
具體實施方式
現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發明將全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。
圖1是根據一示例性實施方式示出的一種超臨界多源多元熱流體注採系統示意圖。
如圖所示，本發明實施例提供的超臨界多源多元熱流體注採系統中，主要包括超臨界多源多元流體發生系統和設於井筒內的一個油管14。而超臨界多源多元流體發生系統主要包括超臨界氣化反應器6、超臨界混合燃燒反應器8、燃料漿液在有超臨界水存在的條件下，在所述超臨界氣化反應器6中發生氣化反應，轉化成以氫氣和二氧化碳為主要組分的氣化產物，氣化產物又與溶解於所述超臨界水中的含氧氣體在所述超臨界混合燃燒反應器8中燃燒，生成含有超臨界水、二氧化碳的多源多元熱流體。應該理解的是，本發明實施例將超臨界氣化與超臨界燃燒兩個反應，主要在兩個反應器中進行，提升系統整體熱效能和可控性。
具體地，如如圖1所示的，除了超臨界氣化反應器6和超臨界混合燃燒反應器8之外，本實施例的源多元熱流體發生系統還設有水增壓泵1、燃料增壓泵3和壓縮含氧氣源4。水增壓泵1包括水一級增壓泵11和二級增壓泵12，又稱為高壓水泵。燃料增加泵3包括燃料一級增壓泵31、-高壓加料泵32。壓縮含氧氣源4，在本實施例中優選為壓縮空氣源(成本低且組分多)，其包括氣體低壓壓縮機41和高壓壓縮機42。不難理解的，其中水、燃料和空氣分兩級或更多級加壓是本領域的常規手段。
其中超臨界氣化反應器6可主要設有超臨界水入口61、燃料入口62、含氧氣體入口63和超臨界混合體出口64。水增壓泵1可通過管路連接超臨界水入口61，以向超臨界氣化反應器6供給經過增壓和預熱至臨界狀態後的去離子水、淡水、海水(可能存在一定程度的有無機鹽沉積問題)。燃料增壓泵3可通過管路連接燃料入口62，以向超臨界氣化反應器6供給高壓燃料漿液，其壓力幾乎與水增壓泵1輸送的水壓一致。壓縮含氧氣源4可通過管路連接含氧氣體入口63，以向超臨界氣化反應器6供給增壓後的含氧氣體(含有O2具有助燃性的氣體)，其壓力同樣幾乎與水增壓泵1輸送的水壓一致。超臨界氣化反應器6的超臨界混合體出口64連接超臨界混合燃燒反應器8。在超臨界氣化反應器6中利用超臨界水存在的條件下，燃料漿液快速發生氣化反應生成小分子氫氣和CO2，氣化產物與壓縮含氧氣源4輸送到超臨界氣化反應器中的含氧氣體發生部分燃燒反應，放出熱量供超臨界氣化反應器6的運行。從超臨界氣化反應器6中出來的產物包含有超臨界水、H2、CO2，以及若壓縮含氧氣源4是壓縮空氣的情況下，還包括氮氣和剩餘的空氣等組合而成的超臨界混合體7，從臨界混合體出口64出來進入到超臨界混合燃燒反應器8。
超臨界混合燃燒反應器8還設有至少一個含氧氣體入口81，壓縮含氧氣源4連接至超臨界混合燃燒反應器8的含氧氣體入口81，向超臨界混合燃燒反應器8提供燃燒所需的氧氣。超臨界混合體7中的H2進一步在超臨界水環境中，與含氧氣體發生較為充分的燃燒反應器，最終H2轉化成高溫高壓水蒸氣，產生含有超臨界水、CO2、氮氣和過量空氣的超臨界多源多元熱流體9。超臨界混合燃燒反應器8設有一個多源多元熱流體出口82，供導出燃燒產生的超臨界多源多元熱流體9。燃燒中，溫度可達至374℃～700℃。
接著，超臨界多源多元熱流體9進入到一個調節裝置10中，通過降壓或換熱形成滿足地層注入條件的具有不同溫度和壓力的超臨界水多元熱流體13，然後通過井口閥門17，與一個設於套管15內的油管14連接，將超臨界水多元熱流體13通過油管14通入到地層稠油區，當注入的超臨界多源多元熱流體達到預定值後，關閉多源多元熱流體發生系統，關閉井口閥門17，關井燜井3-15天，待套壓穩定後，開井開採。如圖1所示，位於套管15外側的部分為地層，套管15所在的位置是開採稠油的井筒。在套管15和油管14之間形成的環形區域，與套壓測量表16連通，由套壓測量表16讀取套壓數值。在開採時，套壓是穩定值。
其中燃料增加泵3輸送的燃料漿液，包括原油、石油產品、柴油、天然氣、含油汙水、有機廢液或前述各項的任意組合。
應該理解的是，本發明實施例中雖然沒有具體介紹，但各供給管路或入口處可以選擇設置手動或自動控制閥、單向閥等控流或安全閥件，以便於可以安全地控制各流體的供給量和輸出量。另外，各反應器也可以選安裝各種測壓或測溫設備、壓力保護閥等高壓反應器保護裝置或機構。
應該理解的是，本發明實施例提供的系統具有多源性(多種可用燃料)、不完全依賴於柴油、原油、天然氣等昂貴燃料，具有適應性廣的特點。此外，海洋平臺生產過程中會產生大量的含油生產汙水，要達到排放標準需要使用複雜的水處理設備和較高的無害化處理成本，而應用本發明實施例的方法和系統，則能夠很好地解決含油汙水處理這一問題。
以下結合圖1對本發明一具體應用例示例性說明如下：
如圖1所示，水增壓泵1將不可壓縮性的常態水增壓至25MPa，並以高壓水輸送管道2進行輸送，高壓水輸送管道2可選擇穿過超臨界混合燃燒反應器8，穿過該超臨界混合燃燒反應器8形成一個預熱段21。高壓水在該預熱段21被超臨界混合燃燒反應器8中的熱量加熱成25MPa、640℃的超臨界水後，經由超臨界水入口61送入超臨界氣化反應器6內。
可選擇採用原油、石油產品、或採油汙水/高濃度含油無水等有機廢液作為燃料漿液，可經燃料增壓泵3升壓至25MPa，然後經由燃料入口62噴入超臨界氣化反應器6中，在超臨界水存在的環境下，燃料漿液中的有機成分氣化，主要轉化成氫氣和二氧化碳(這裡的氣化主要是指有機物的高度分解反應)。
同時，壓縮含氧氣源4的第一路壓縮含氧氣體40可通過含氧氣體入口63向超臨界氣化反應器6中送入25MPa的高壓含氧氣體，高壓含氧氣體中的氧氣與燃料漿液的氣化產物(氫氣)發生部分混合燃燒反應，生成超臨界高壓水蒸汽(2H2+O2→2H2O+熱量)，形成含超臨界水、氫氣、二氧化碳和氮氣(當含氧氣體為空氣時)為主要組分的超臨界混合體7。部分混合燃燒反應放出的熱量可為超臨界氣化反應器6提供運行能量。
超臨界混合體7接著進入超臨界混合燃燒反應器8。壓縮含氧氣源4的第二路壓縮含氧氣體，通過氣體流量調節閥43、44經由超臨界燃燒反應器8的多個含氧氣體入口81分段式送入超臨界混合燃燒反應器8中，與超臨界混合體7發生充分的混合燃燒反應，其中超臨界混合體7剩餘的氫氣與壓縮含氧氣體中的氧氣再次混合燃燒生成超臨界高溫水蒸汽，且在超臨界混合燃燒反應器8中最終形成25MPa、400℃的混合有由超臨界水、二氧化碳氣、氮氣(當含氧氣體選擇為空氣時)以及過量空氣等組成的高溫高壓混合產物，即超臨界多源多元熱流體9。
超臨界多源多元熱流體9經由多源多元熱流體出口82導出，連接一個調節裝置10。不過，多源多元熱流體9既可直接注入井筒，也可以通過調節裝置10適當調節溫度/壓力參數(根據井筒結構和材料允許的條件)之後，形成適用於注入井筒條件的經適應性調節的多源多元熱流體13。通常情況下，根據井筒套管15的結構耐受力，在調節裝置10中多源多元熱流體9經降壓或換熱處理之後的，經適應性調節的多源多元熱流體13通過油井井口閥門17及油管14通入地層的稠油區，通過溶解稠油，降低稠油粘度，改善流動性，提高採收效率。
此外，在調節的同時，還可以根據油藏開發條件，添加氮氣N2(降低對井筒的腐蝕性)作為保護膜或化學添加劑(如緩蝕劑)到多源多元熱流體9中，最終形成經適應性調節的多源多元熱流體13。其中，壓縮含氧氣源4通過多個含氧氣體入口81分段式送入超臨界混合燃燒反應器8中，可避免因集中供應大量的低溫壓縮含氧氣體，影響燃燒反應的進行。多段式供給壓縮含氧氣體，可沿著超臨界燃燒反應器的長度或高度方向沿途分散設置一些/幾個含氧氣體入口81，且每個含氧氣體入口具有獨立的氣流調節閥。如此，便可根據需要調節含氧氣體入口處含氧氣體的供應流量或壓力。
其中，高壓水輸送管道2的預熱段21位於超臨界混合燃燒反應器8中，可同時利用混合燃燒反應放出熱量加熱高壓水，獲得超臨界水，無需專門配備預熱裝置。
其中，壓縮含氧氣體是指含有氧氣分子O2的氣體，如純氧氣、空氣、氧氣與氮氣的混合物、氧氣與CO2的混合物等。當所使用的含氧氣體選擇為空氣時，最終形成的多源多元熱流體的主要組分是超臨界水、二氧化碳、氮氣和剩餘的空氣；當所使用的含氧氣體選擇為氧氣時，最終形成的多源多元熱流體的主要組分是超臨界水、二氧化碳、和剩餘的氧氣。因此，最終形成的多源多元熱流體的組分與燃料漿液的成分有關、也與所使用的含氧氣體的成分有關，但相對於高溫高壓蒸汽吞吐熱流體，本發明的多源多元熱流體具有多元性和更高幹度，從而解決高壓高溫蒸汽吞吐熱採技術所存在的問題。
在利用本發明的多源多元熱流體注採系統時，具有操作步驟如下：
具體實施步驟如下：
(1)措施井選取：根據油田地質資料和生產動態資料分析，優選平均油層厚度大於5米，顯示良好潛力的直井、水平井或定向井。
(2)參數設計：注入壓力和溫度根據實際埋藏深度和破裂壓力及井況確定，一般推薦注汽強度20t/m；注汽速度250m3/d；
(3)注入：利用超臨界氣化反應器6中燃料漿液在超臨界水中氣化，轉化成以氫氣和二氧化碳為主的氣化產物，氣化產物與通入的壓縮含氧氣體(實踐中用壓縮空氣)，形成的以超臨界水、氫氣、二氧化碳和氮氣為主的混合熱流體進入超臨界混合燃燒反應器8中，在適量過氧和壓縮空氣條件下再進行混合燃燒至374℃～700℃，形成混合有超臨界高壓水蒸氣、二氧化碳氣、氮氣以及空氣的多源超臨界水多元熱流體9，通過調節裝置9降壓或換熱形成滿足地層注入條件的具有不同溫度和壓力的超臨界多元熱流體13，其經油管14注入地層；
(4)關井開井：完成超臨界多源多元熱流體預定注入量後，停止超臨界多源多元熱流體發生(關閉各個增壓泵)，關井燜井3-15天，觀察套壓測量表16的壓力數值，待套壓趨於穩定後即可開井生產。
當開採產量再次遞減至經濟產量時，重新開始上述注入、關井和開井開啟的循環過程。
本發明實施例提供的多源多元熱流體發生系統及方法，能夠擺脫傳統熱採方式所面臨的能耗高、轉化率低、熱效率低等難題，可降低對柴油、天然氣等燃料的依賴性。本發明的方法具有燃料適應性廣、無汙染(可使用高濃度採油汙水，使其無害化)、系統能效高、且多元熱流體參數可調的特點，具有廣闊的應用前景，可用於稠油油藏、瀝青、水合物等領域的勘探開發，特別適用於海上稠油開發。
儘管已經參照某些實施例公開了本發明，但是在不背離本發明的範圍和範疇的前提下，可以對所述的實施例進行多種變型和修改。因此，應該理解本發明並不局限於所闡述的實施例，其保護範圍應當由所附權利要求的內容及其等價的結構和方案限定。
儘管已經參照某些實施例公開了本發明，但是在不背離本發明的範圍和範疇的前提下，可以對所述的實施例進行多種變型和修改。因此，應該理解本發明並不局限於所闡述的實施例，其保護範圍應當由所附權利要求的內容及其等價的結構和方案限定。