[發明專利]一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統及方法

有效

• 申請號: 202110472354.6
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113351142B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 郭烈錦;彭智勇;徐加陵;容思琦;金輝;董宇;張嘉瑋;尚飛;張明弈
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01J19/24
• 分類號: B01J19/24;B01J4/00;B01J19/00;E21B43/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

1.一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，包括超臨界多元熱流體發生器主體（18）、排鹽裝置（19）、水箱（4）、空氣壓縮單元和投料單元；

超臨界多元熱流體發生器主體（18）的外壁開設有預熱水入口、物料入口、產物出口、排鹽出口和空氣進口；超臨界多元熱流體發生器主體（18）內部設有第一換熱套管（16）和第二換熱套管（17），第一換熱套管（16）和第二換熱套管（17）構成環形空間，環形空間為氫氧化放熱區，空氣進口設置于環形空間中；第一換熱套管（16）的外壁纏繞有第二螺旋換熱管（15），第二換熱套管（17）的外壁纏繞有第一螺旋換熱管（14）；

水箱（4）與預熱水入口連接；

投料單元包括儲料罐（1），儲料罐（1）與物料入口連接；

空氣壓縮單元包括空氣壓縮機（7）和與空氣壓縮機（7）連接的儲氣瓶（8），儲氣瓶（8）分別與第一換熱套管（16）和第二換熱套管（17）的環形空間相連接；

產物出口連接有氣液分離器（20），氣液分離器（20）的從液體出口與水箱（4）連接；

排鹽出口與排鹽裝置（19）的入口相連通；

超臨界多元熱流體發生器主體（18）外壁上安裝有加熱裝置。

2.根據權利要求1所述的一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，超臨界多元熱流體發生器主體（18）的出口分為兩路流向，一路與氣液分離器（20）連接，另一路連接有用于稠油熱采的高溫截止閥（23）。

3.根據權利要求2所述的一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，氣液分離器（20）的入口通過冷卻器（22）與超臨界多元熱流體發生器主體（18）的出口連接。

4.根據權利要求1所述的一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，第一螺旋換熱管（14）的入口與第一換熱套管（16）相連通，出口與第二換熱套管（17）相連通，第二螺旋換熱管（15）的入口與第一換熱套管（16）相連通，出口與超臨界多元熱流體發生器主體（18）的頂部相連通。

5.根據權利要求1所述的一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，水箱（4）連接有水泵（5），水箱（4）通過水泵（5）與預熱水入口連接；儲料罐（1）連接有料泵（2），儲料罐（1）通過料泵（2）與物料入口連接。

6.根據權利要求5所述的一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，水泵（5）與預熱水入口之間的管路上設有第二流量調節閥（6）；料泵（2）與物料入口的管路上設有第一流量調節閥（3）。

7.根據權利要求1所述的一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，所述加熱裝置設有若干個，若干個加熱裝置依次自上而下安裝在超臨界多元熱流體發生器主體（18）的外壁上。

8.根據權利要求1所述的一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，所述加熱裝置為太陽能加熱裝置、電磁波加熱裝置、工業廢熱加熱裝置的任意一種或多種的混合。

9.一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生方法，基于權利要求1~8任一項所述一種用于稠油熱采集成式的多元熱流體發生系統，其特征在于，包括如下步驟：

S1：檢查各器件是否安裝完好，確保精度滿足要求、無故障，之后將制備好的物料輸送至儲料罐（1）中儲存；

S2：將水箱（4）中的海水輸送至超臨界多元熱流體發生器主體（18）中；

S3：開啟超臨界多元熱流體發生器主體（18）外壁的加熱裝置，為系統啟動過程提供能量；

S4：預熱水首先流經超臨界多元熱流體發生器主體（18）與第一換熱套管（16）之間進行升溫，然后進入第一螺旋換熱管（14）內換熱，接著進入第二換熱套管（17）內換熱，而后進入第一換熱套管（16）和第二換熱套管（17）的環形空間換熱，然后進入第二螺旋換熱管（15）內換熱，最后離開超臨界多元熱流體發生器主體（18），進入氣液分離器（20），經過氣液分離后的液體回收進入水箱（4）中；

當在超臨界多元熱流體發生器主體（18）與第一換熱套管（16）之間的預熱水升溫至近臨界和超臨界態附近并維持穩定后，開啟排鹽裝置，進行鹽回收；

當在第二換熱套管（17）內的預熱水達到目標溫度和壓力后，將儲料罐（1）中的物料輸送至超臨界多元熱流體發生器主體（18）中，進行超臨界水氣化反應，并在氣液分離器（20）中收集分析氣體產物，觀測氣化情況，氣液分離器（20）分離后的液體回收進入水箱（4）；

S5：當氣化反應穩定后，開啟空氣壓縮機（7），并將空氣通入第一換熱套管（16）和第二換熱套管（17）形成的環形空間，使進入的空氣與超臨界氣化后的氣體產物發生氫氧化放熱反應，釋放的熱量進一步促進超臨界多元熱流體發生器主體（18）中的流體升溫及氣化，得到超臨界多元熱流體；

S6：將S5得到的超臨界多元熱流體送入超臨界多元熱流體發生器主體（18）進行預熱水換熱，在達到目標溫度和壓力后，離開超臨界多元熱流體發生器主體（18），進入氣液分離器（20）后，將分離后的液體回收進入水箱（4）；

S7：觀測氣液分離器（20）的成分組成，當超臨界氣化反應與氫氧化放熱反應耦合穩定后，逐漸增加物料流量和空氣流量，降低加熱裝置的熱量供給；

S8：隨著物料供給達到超臨界多元熱流體發生器主體（18）的可自熱程度，維持預熱水流量、物料流量和空氣流量穩定，最終完全關閉加熱裝置，以物料的化學能供給超臨界多元熱流體發生系統所需的能量；

S9：觀測超臨界多元熱流體發生器主體（18），當超臨界多元熱流體發生器主體（18）出口的超臨界多元熱流體滿足要求時，將系統產生的超臨界多元熱流體輸送進入油井，用于稠油熱采。