專利名稱：以氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)膜的超臨界水氧化流體注采系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及能源與環(huán)境領(lǐng)域，尤其是一種以氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)膜的超臨界水氧化流體注采系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
降低成本，最大限度地把稠油、超稠油開采出來，是當(dāng)今世界石油界面臨的共同課題。稠油由于粘度高，給開采、集輸和加工帶來很大困難。注蒸汽熱力采油是開發(fā)稠油油藏的有效手段。注蒸汽吞吐的規(guī)律是在第4、第5周期產(chǎn)油量達(dá)到 峰值，此后伴隨著吞吐周期的增加，周期產(chǎn)油量逐漸降低，綜合含水增加，生產(chǎn)效果日益變差。造成注蒸汽熱采多輪次吞吐后生產(chǎn)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，許多油井在鉆井及井下作業(yè)過程中，井底結(jié)蠟堵塞嚴(yán)重，造成產(chǎn)能降低。多元熱流體(N2+C02+水蒸汽)是綜合提高原油采收率裝置產(chǎn)生的混合物與泡沫劑混合形成的高效驅(qū)油體系，兼具氮?dú)狻⒍趸?、熱力采油等多種工藝的特點(diǎn)，將其直接注入油層，從而增加油層壓力，降低原油粘度，提高驅(qū)油波及面積，達(dá)到提高原油采收率的目的。一方面，采用多元熱流體采油技術(shù)能夠有效控制蒸汽竄流，提高采油率；另一方面，熱能使近井地帶結(jié)蠟和浙青質(zhì)溶解，通過注入后放壓，使注入的非凝結(jié)氣體高速流出，攜帶出近井地帶污染物，達(dá)到增產(chǎn)效果。實(shí)踐證明，這一創(chuàng)新技術(shù)能使我國東部老油田原油采收率再提高5%至20%。目前的多元熱流體是通過采用火箭動(dòng)力原理的采油設(shè)備產(chǎn)生的。這種采油設(shè)備被稱為火箭動(dòng)力系統(tǒng)，其工作原理為利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噴射機(jī)理，將發(fā)動(dòng)機(jī)固定安裝在主機(jī)艙內(nèi)點(diǎn)火燃燒，將燃燒所產(chǎn)生的高壓水蒸汽、二氧化碳、氮?dú)獾然旌蠚怏w，通過油井進(jìn)口直接注入油層，增加油層壓力，降低原油黏度，進(jìn)而提高驅(qū)油效率。但是反應(yīng)原料在燃燒室的反應(yīng)溫度可達(dá)約3500K，這個(gè)溫度遠(yuǎn)超出噴嘴和燃燒室材料的熔點(diǎn)，因此必須采用冷卻系統(tǒng)來防止材料過熱。所有的冷卻措施都是在室壁形成一層隔離層，但燃燒不穩(wěn)定或冷卻系統(tǒng)故障常常會(huì)導(dǎo)致邊界層的保護(hù)中斷，隨后導(dǎo)致室壁被破壞。超臨界水氧化法是在超過水的臨界溫度374°C和臨界壓力22. 05MPa的高溫高壓條件下，以空氣或其他氧化劑，將有機(jī)物或還原性無機(jī)物在水相中“燃燒”氧化的方法。超臨界水具有類似液體的密度、溶解能力和良好的流動(dòng)性，同時(shí)又具有類似氣體的擴(kuò)散系數(shù)和低黏度。在超臨界水中，氣液兩相的相界面消失，有機(jī)物及氧化劑空氣在超臨界水中完全混溶，形成均一相體系，反應(yīng)速度大大加快。在很短的反應(yīng)停留時(shí)間內(nèi)，99. 99%以上的有機(jī)物迅速燃燒氧化成二氧化碳、水，反應(yīng)產(chǎn)物中還包括空氣中未參與反應(yīng)的氮?dú)?。該反?yīng)產(chǎn)物與上述多元熱流體的組分相似，且溫度壓力范圍可調(diào)節(jié)。此外，該技術(shù)燃料適應(yīng)性廣，各類有機(jī)廢水、油類等均可作為燃料燃燒。但是超臨界水氧化反應(yīng)條件苛刻，在高溫高壓且有氧的條件下，會(huì)對(duì)反應(yīng)器壁產(chǎn)生腐蝕；此外超臨界水是一種非極性溶劑，無機(jī)鹽在超臨界水中的溶解度會(huì)急劇下降，從而形成無機(jī)鹽的沉淀，嚴(yán)重時(shí)引起反應(yīng)器或系統(tǒng)管路的堵塞。因此，腐蝕和堵塞問題成為制約超臨界水氧化技術(shù)發(fā)展的瓶頸。水膜反應(yīng)器作為一種能同時(shí)解決超臨界水氧化技術(shù)過程中面臨的腐蝕和鹽沉積兩大難題的方法，近年來引起了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，已取得一定成果，但是在油田中去離子水的難以獲得及造價(jià)高等問題使其難以大規(guī)模用于超臨界水氧化流體注采工藝中。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)膜的超臨界水氧化流體注采系統(tǒng)，本實(shí)用新型采用以氧氣作為氧化劑，以氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)器和井筒的保護(hù)膜，通過超臨界水氧化燃料，利用生成的多元熱流體注入油井中，降低稠油粘度，進(jìn)而提高采油率。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案一種以氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)膜的超臨界水氧化流體注采系統(tǒng)，包括空分設(shè)備、燃料裝置、水增壓預(yù)熱裝置、氧氣增壓泵、氮?dú)庠鰤罕?、氣膜反?yīng)器、井筒和注入管道，注入管道設(shè)置于井筒中，所述空分設(shè)備的氧氣出口通過氧氣增壓泵與氣膜反應(yīng)器上端的氧氣入口相通，所述空分設(shè)備的氮?dú)獬隹谕ㄟ^氮?dú)庠鰤罕梅秩贩謩e與氣膜反應(yīng)器側(cè)面的上氮?dú)馊肟?、下氮?dú)馊肟?、井筒與注入管道之間的間隙相通，所述氣膜反應(yīng)器上端還設(shè)有分別與燃料裝置、水增壓預(yù)熱裝置相連的燃料入口和水入口 ；氣膜反應(yīng)器的下端設(shè)有與注入管道相連通的出口。所述空分設(shè)備的氮?dú)獬隹谂c氣膜反應(yīng)器側(cè)面的上氮?dú)馊肟凇⑾碌獨(dú)馊肟?、井筒與注入管道之間的間隙相連通的管道上分別設(shè)有第一氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥、第二氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥和第三氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥。所述氣膜反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有與氣膜反應(yīng)器內(nèi)腔相配合的多孔壁，多孔壁與氣膜反應(yīng)器內(nèi)壁之間有間隙。所述燃料裝置包括燃料罐、燃料增壓泵，燃料罐出口通過燃料增壓泵與氣膜反應(yīng)器上端的燃料入口相連通。所述水增壓預(yù)熱裝置包括儲(chǔ)水罐、水增壓泵及水預(yù)熱器，儲(chǔ)水罐通過水增壓泵、水預(yù)熱器與氣膜反應(yīng)器上端的水入口相連通。所述井筒的上端與注入管道之間設(shè)有與間隙相通的油井氮?dú)馊肟?，空分設(shè)備的氮?dú)獬隹诘钠渲幸宦方?jīng)氮?dú)庠鰤罕?、第三氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥與油井氮?dú)馊肟谙嗤?。所述注入管道上半部分穿過并焊接在連接法蘭上，連接法蘭與井筒上端口相連。所述氣膜反應(yīng)器的下端出口與注入管道相連通的管道上設(shè)有多元熱流體壓力調(diào)節(jié)閥。一種以氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)膜的超臨界水氧化流體注采工藝，步驟如下(I)空氣通過空分設(shè)備分離為氮?dú)夂脱鯕?，其中氧氣?jīng)過氧氣增壓泵升壓至22. l_30MPa，燃料經(jīng)燃料增壓泵升壓至22. l_30MPa，水經(jīng)水增壓泵升壓至22. l_30MPa后預(yù)熱至300-60(TC，三者均從氣膜反應(yīng)器頂部注入；(2)從氣膜反應(yīng)器頂部注入的氧氣、燃料、水在反應(yīng)器上部進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)，產(chǎn)物為二氧化碳、剩余氧氣、水；(3)通過空分設(shè)備分離出的一部分氮?dú)猓?jīng)過氮?dú)庠鰤罕蒙龎褐?2. l_30MPa后從氣膜反應(yīng)器側(cè)面通過多孔壁注入，作為氣膜反應(yīng)器的氣體保護(hù)膜，將反應(yīng)器器壁與超臨界水氧化反應(yīng)區(qū)域分離；(4)超臨界水氧化反應(yīng)產(chǎn)物與作為反應(yīng)器的氣體保護(hù)膜的氮?dú)庠跉饽し磻?yīng)器下部混合后的混合物從氣膜反應(yīng)器下部出口流出，經(jīng)過多元熱流體壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后，通過焊接在連接法蘭上的注入管道注入油井中；(5)通過空分設(shè)備分離出的另一部分氮?dú)?，通過第三氮?dú)鈮毫φ{(diào)節(jié)閥調(diào)壓至與經(jīng)過多元熱流體壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后的混合物壓力一致，注入管道與井筒間的間隙中，作為井筒的保護(hù)膜。步驟(I)和步驟(2)中的燃料為就地采取的原油或 高濃度采油廢水或其它可在超臨界水氧化環(huán)境中反應(yīng)放熱的燃料，無需提前預(yù)熱。步驟(I)中反應(yīng)器頂部注入的水為普通水，經(jīng)過增壓和預(yù)熱后溫度為300-600°C，壓力為22. l_30MPa，為超臨界水氧化反應(yīng)提供初始能量。步驟(4)中氣膜反應(yīng)器出口的混合物流體經(jīng)多元熱流體壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后，其壓力為 5_30MPa，溫度 I5O-35OO。本實(shí)用新型的氧化劑為通過空分設(shè)備產(chǎn)生的氧氣，燃料為就地采取的原油、高濃度采油廢水或其它可在超臨界水氧化環(huán)境中反應(yīng)放熱的燃料。反應(yīng)器頂部注入的水為普通水，經(jīng)過增壓和預(yù)熱后溫度為300-600°C，壓力為22. l_30MPa，為超臨界水氧化反應(yīng)提供初始能量。為避免燃料在預(yù)熱階段結(jié)焦等問題，燃料在進(jìn)入反應(yīng)器前不進(jìn)行預(yù)熱，完全依靠上述所說的水提供熱源。從氣膜反應(yīng)器頂部注入的氧氣、燃料、預(yù)熱后的水在反應(yīng)器上部進(jìn)行超臨界水氧化反應(yīng)，產(chǎn)物為二氧化碳、剩余氧氣、水，同時(shí)放出大量熱量。通過上述工藝，可實(shí)現(xiàn)超臨界水氧化流體用于油田注采，同時(shí)能夠解決反應(yīng)過程的腐蝕和鹽沉積問題。通過氣膜對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。采用空分設(shè)備產(chǎn)生的氮?dú)庾鳛闅饽?，通過多孔壁注入反應(yīng)器，低溫的氮?dú)夂透邷氐某R界水氧化產(chǎn)物之間會(huì)形成一個(gè)邊界層，將超臨界水氧化的反應(yīng)區(qū)與反應(yīng)器壁隔離開來；另一方面，反應(yīng)器壁一直有連續(xù)的氣泡產(chǎn)生，使無機(jī)鹽無法固著于壁面，也避免了結(jié)垢問題。為避免反應(yīng)器上部充入氮?dú)膺^多會(huì)影響超臨界水氧化反應(yīng)的正常進(jìn)行，氮?dú)鈴姆磻?yīng)器側(cè)面分為上下兩段通過多孔壁注入，可調(diào)節(jié)上下兩段的比例來滿足運(yùn)行要求。最終超臨界水氧化的產(chǎn)物與氮?dú)馔耆旌虾?，一起從反?yīng)器下部流出。多元熱流體經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)壓至適合油田注采的流體參數(shù)，經(jīng)注入管道進(jìn)入油井，該管道可方便拆卸。同時(shí)，注入管道和井筒間用氮?dú)馓畛洌鳛楸Ｗo(hù)氣，氮?dú)獾膲毫εc管道內(nèi)的流體壓力一致，降低了對(duì)注入管道的材質(zhì)要求，避免了對(duì)井筒的腐蝕，同時(shí)，注入管道損壞后還可方便更換。本實(shí)用新型通過超臨界水氧化燃料，產(chǎn)生的多元熱流體注入到油井中，降低稠油粘度，提高采油率，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

圖I是本實(shí)用新型流程示意圖。圖中1-空分設(shè)備、2-氧氣增壓泵、3-氧氣入口、4-燃料罐、5-燃料增壓泵、6-燃料入口、7-儲(chǔ)水罐、8-水增壓泵、9-水預(yù)熱器、10-水入口、11-氣膜反應(yīng)器、12-多孔壁、13-氮?dú)庠鰤罕谩?4-第一氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥、15-上氮?dú)馊肟凇?6-第二氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥、17-下氮?dú)馊肟凇?8-第三氮?dú)鈮毫φ{(diào)節(jié)閥、19-油井氮?dú)馊肟凇?0-多元熱流體壓力調(diào)節(jié)閥、21-連接法蘭、22-井筒、23-注入管道。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。實(shí)施例I :如圖I所示，燃料罐4中的原油經(jīng)燃料增壓泵5升壓至23MPa，從燃料入口 6注入氣膜反應(yīng)器11 ;經(jīng)空分設(shè)備I產(chǎn)生的氧氣經(jīng)氧氣增壓泵2升壓至23MPa，從氧氣 入口 3注入氣膜反應(yīng)器11 ;儲(chǔ)水罐7中的水經(jīng)水增壓泵8升壓至23MPa，經(jīng)過水預(yù)熱器9預(yù)熱至300-60(TC，通過水入口 10從上部注入氣膜反應(yīng)器。三者通過噴嘴混合后在氣膜反應(yīng)器11上部發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水?？辗衷O(shè)備I產(chǎn)生的一部分氮?dú)饨?jīng)過氮?dú)庠鰤罕?3增壓至23MPa后分為上下兩路，經(jīng)第一、第二氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥14、16調(diào)節(jié)流量后，經(jīng)氣膜反應(yīng)器的上、下氮?dú)馊肟?15、17，通過多孔壁12進(jìn)入氣膜反應(yīng)器11，在器壁上產(chǎn)生一層氣膜，以保護(hù)反應(yīng)器免受腐蝕，同時(shí)避免無機(jī)鹽在反應(yīng)器壁上的結(jié)垢。超臨界水氧化反應(yīng)產(chǎn)物二氧化碳、水、剩余氧氣及作為保護(hù)膜的氮?dú)庖黄饛臍饽し磻?yīng)器下部流出，通過多元熱流體壓力調(diào)節(jié)閥20調(diào)壓至5-30MPa，通過注入管道23注入油井?？辗衷O(shè)備I產(chǎn)生的另一部分氮?dú)饨?jīng)氮?dú)庠鰤罕?3增壓至23MPa后，通過第三氮?dú)鈮毫φ{(diào)節(jié)閥18調(diào)壓至與經(jīng)過多元熱流體壓力調(diào)節(jié)閥20調(diào)壓后的產(chǎn)物壓力一致，經(jīng)連接法蘭21上的油井氮?dú)馊肟?19注入管道23與井筒22間的間隙中，作為井筒22的保護(hù)膜。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例I不同之處，是將原油替換成高濃度采油廢水，在產(chǎn)生多元熱流體的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)采油廢水的無害化處理，具有良好的環(huán)境效應(yīng)，其余流程與實(shí)施例I相同。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種以氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)膜的超臨界水氧化流體注采系統(tǒng)，其特征是，包括空分設(shè)備、燃料裝置、水增壓預(yù)熱裝置、氧氣增壓泵、氮?dú)庠鰤罕?、氣膜反?yīng)器、井筒和注入管道，注入管道設(shè)置于井筒中，所述空分設(shè)備的氧氣出口通過氧氣增壓泵與氣膜反應(yīng)器上端的氧氣入口相通，所述空分設(shè)備的氮?dú)獬隹谕ㄟ^氮?dú)庠鰤罕梅秩贩謩e與氣膜反應(yīng)器側(cè)面的上氮?dú)馊毳?、下氮?dú)馊肟凇⒕才c注入管道之間的間隙相通，所述氣膜反應(yīng)器上端還設(shè)有分別與燃料裝置、水增壓預(yù)熱裝置相連的燃料入口和水入口 ；氣膜反應(yīng)器的下端設(shè)有與注入管道相連通的出口。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是，所述空分設(shè)備的氮?dú)獬隹谂c氣膜反應(yīng)器側(cè)面的上氮?dú)馊肟?、下氮?dú)馊肟凇⒕才c注入管道之間的間隙相連通的管道上分別設(shè)有第一氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥、第二氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥和第三氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是，所述氣膜反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有與氣膜反應(yīng)器內(nèi)腔相配合的多孔壁，多孔壁與氣膜反應(yīng)器內(nèi)壁之間有間隙。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是，所述氣膜反應(yīng)器的下端出口與注入管道相連通的管道上設(shè)有多元熱流體壓カ調(diào)節(jié)閥。
5.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是，所述燃料裝置包括燃料罐、燃料增壓泵，燃料罐出口通過燃料增壓泵與氣膜反應(yīng)器上端的燃料入ロ相連通。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是，所述水增壓預(yù)熱裝置包括儲(chǔ)水罐、水增壓泵及水預(yù)熱器，儲(chǔ)水罐通過水增壓泵、水預(yù)熱器與氣膜反應(yīng)器上端的水入口相連通。
7.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是，所述井筒的上端與注入管道之間設(shè)有與間隙相通的油井氮?dú)馊肟?，空分設(shè)備的氮?dú)獬隹诘钠渲幸宦方?jīng)氮?dú)庠鰤罕?、第三氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)閥與油井氮?dú)馊肟谙嗤ā?br> 8.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征是，所述注入管道上半部分穿過并焊接在連接法蘭上，連接法蘭與井筒上端ロ相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種以氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)膜的超臨界水氧化流體注采系統(tǒng)，包括空分設(shè)備、氣膜反應(yīng)器、井筒和注入管道，注入管道設(shè)置于井筒中，空分設(shè)備的氧氣出口通過氧氣增壓泵與氣膜反應(yīng)器上端的氧氣入口相通，空分設(shè)備的氮?dú)獬隹谕ㄟ^氮?dú)庠鰤罕梅秩贩謩e與氣膜反應(yīng)器側(cè)面的上氮?dú)馊肟?、下氮?dú)馊肟凇⒕才c注入管道之間的間隙相通，氣膜反應(yīng)器上端還設(shè)有分別與燃料裝置、水增壓預(yù)熱裝置相連的燃料入口和水入口；氣膜反應(yīng)器的下端設(shè)有與注入管道相連通的出口。本實(shí)用新型采用以氧氣作為氧化劑，以氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)器和井筒的保護(hù)膜，通過超臨界水氧化燃料，利用生成的多元熱流體注入油井中，降低稠油粘度，提高采油率。
文檔編號(hào)E21B43/24GK202611674SQ20122023677
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者馬春元, 陳桂芳, 陳守燕, 張鳳鳴, 徐純燕, 張勇 申請(qǐng)人:山東大學(xué)