[實用新型]一種適用于高粘度燃料的超臨界水熱燃燒裝置

有效

• 申請號: 201921777227.1
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN210891601U
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 王樹眾;崔成超;李艷輝;蔣卓航;徐海濤;任萌萌
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F22B3/08
• 分類號: F22B3/08;E21B43/243
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種適用于高粘度燃料的超臨界水熱燃燒裝置，主要由上部端蓋、中部端蓋、穩燃室主體一和燃燒室主體二依次連接裝配組成，上部端蓋上設有一級燃料入口、高能加熱棒和一級氧化劑入口，中部端蓋上設有二級燃料入口、二級氧化劑入口和反應物一級噴嘴，反應物一級噴嘴與一級燃料入口連通，穩燃室主體一內壁為雙層螺旋壁，底端設有與二級燃料入口和二級氧化劑入口連通的二級噴嘴，燃燒室主體二內壁為雙螺旋冷卻壁，底端設有出口孔群，最終在一級噴嘴與二級噴嘴之間形成穩燃室，二級噴嘴與出口孔群之間形成燃燒室，出口孔群與反應器底部出口之間形成混合室。本實用新型通過在油層中直接產生蒸汽，解決了稠油熱采地面鍋爐注蒸汽過程中的能耗高、污染大的問題。

技術領域

本發明屬于稠油開采技術領域，特別涉及一種適用于高粘度燃料的超臨界水熱燃燒裝置。

背景技術

對于稠油熱采技術，目前油田上主要采用地面上注汽鍋爐產生蒸汽，蒸汽注入井下實施蒸汽吞吐、蒸汽驅或者蒸汽輔助重力泄油(SAGD)。然而，以上方式存在以下主要問題：(1)熱損失大。地面蒸汽發生裝置的排煙損失約20％，地面輸氣管線熱損失約15％，注入井筒熱損失每千米約10％，整體熱效率低；(2)油藏深度受限。除蒸汽吞吐的應用深度達到1800米，采收率較高的蒸汽驅和SAGD技術主要應用深度在1200米以內的油藏中。(3)地面蒸汽發生裝置占地面積大。無法布置于空間受限的海上石油開采平臺，限制了海上稠油的開采。

超臨界水熱燃燒是指燃料或者一定濃度的有機廢物與氧化劑在超臨界水(T ≥374.15℃且p≥22.12MPa)環境中發生劇烈氧化反應的一種新型燃燒方式，其火焰即為超臨界水熱火焰。超臨界水熱火焰通常為800oC以上，水熱火焰區局部高溫將顯著加速有機物降解(100毫秒內可完成降解絕大多數有機物)，釋放大量熱量，甚至可以作為能源獲取的一種手段。該燃燒方式其具有多項顯著優勢，(1)具有毫秒級反應速率。(2)反應器換熱效率高、結構緊湊，尤其適合作為井下蒸汽的來源。(3)反應產物只有CO₂和水蒸氣，無污染，且CO₂可活性降粘，進一步改善開發效果，實現產物的100％利用。多元熱流體采油技術是指將燃料和氧化劑注入井下多元熱流體發生器，在高壓密閉環境中燃燒使水氣化，利用氣體(N₂和CO₂)與蒸汽的協同效應，通過氣體溶解降粘、氣體增壓、加熱降粘和氣體輔助原油重力驅等機理來開采原油的一種技術。

將多熱流體采油技術與超臨界水熱燃燒技術結合形成的超臨界水熱燃燒型井下蒸汽發生技術，可以實現更高的稠油采收率和安全性，不受井深限制，解放大量油層，完美解決中深層稠油開發，克服傳統鍋爐產生蒸汽方式所帶來的高能耗和高污染難題。石油開采現場，原油等高粘度油豐富。以原油等為燃料的超臨界水熱燃燒型井下蒸汽發生技術的成功應用離不開具有高粘度燃料適用性的超臨界水熱燃燒裝置的開發設計。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種適用于高粘度燃料的主動冷卻型超臨界水熱燃燒裝置，旨在解決注氣鍋爐在稠油熱采注蒸汽過程中的能耗較高、污染較大問題，通過將多元熱流體采油技術與超臨界水熱燃燒技術相結合，從而實現直接在地層內高效產生以蒸汽為主的多元熱流體，避免了蒸汽輸送過程中的熱量損失，為深井、超深井以及海上稠油開采提供了一種切實可行的稠油熱采裝備。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種適用于高粘度燃料的超臨界水熱燃燒裝置，主要由上部端蓋、中部端蓋、穩燃室主體一和燃燒室主體二四大主體構件依次連接裝配組成，其中，上部端蓋上設有一級燃料入口、高能加熱棒和一級氧化劑入口，中部端蓋上設有二級燃料入口、二級氧化劑入口和反應物一級噴嘴，反應物一級噴嘴與一級燃料入口連通，穩燃室主體一內壁為雙層螺旋壁，底端設有與二級燃料入口和二級氧化劑入口連通的反應物二級噴嘴，燃燒室主體二內壁為雙螺旋冷卻壁，底端設有出口孔群，最終在反應物一級噴嘴與反應物二級噴嘴之間形成穩燃室，在反應物二級噴嘴與出口孔群之間形成燃燒室，在出口孔群與反應器底部出口之間形成混合室。