CN102322248A - 一种超临界水氧化流体注采工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界水氧化流体注采工艺。燃料升压至22.1-30MPa从蒸发壁反应器顶部注入，空气升压至相同压力，并预热至300-500℃，从反应器顶部注入。蒸发水亦升压至与燃料相同压力，从蒸发壁反应器侧面分两支路注入，上支路蒸发水初始温度预热至400-600℃，下支路蒸发水温度保持常温。待反应器内超临界水氧化反应开始后，上支路蒸发水温度逐渐下降至250-370℃。反应器内的流体从反应器出口流出，经过压力调节阀调压至5-30MPa，再通过注入管道注入油井中，相同压力的蒸发水注入到注入管道和井筒之间的环隙。该工艺通过超临界水氧化法处理燃料产生多元热流体注入油井中，可降低稠油粘度，从而提高采油率，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种超临界水氧化流体注采工艺

一、技术领域

本发明属于能源与环境领域，特别涉及一种超临界水氧化流体注采工艺。

二、背景技术

降低成本，最大限度地把稠油、超稠油开采出来，是当今世界石油界面临的共同课题。稠油由于粘度高，给开采、集输和加工带来很大困难。注蒸汽热力采油是开发稠油油藏的有效手段。注蒸汽吞吐的规律是在第4、第5周期产油量达到峰值，此后伴随着吞吐周期的增加，周期产油量逐渐降低，综合含水增加，生产效果日益变差。造成注蒸汽热采多轮次吞吐后生产效果变差的主要原因是蒸汽在含油饱和度低的地带无效窜流。此外，许多油井在钻井及井下作业过程中，井底结蜡堵塞严重，造成产能降低。

多元热流体(N₂+CO₂+水蒸汽)是综合提高原油采收率装置产生的混合物与泡沫剂混合形成的高效驱油体系，兼具氮气、二氧化碳、热力采油等多种工艺的特点，将其直接注入油层，从而增加油层压力，降低原油粘度，提高驱油波及面积，达到提高原油采收率的目的。一方面，采用多元热流体采油技术能够有效控制蒸汽窜流，提高采油率；另一方面，热能使近井地带结蜡和沥青质溶解，通过注入后放压，使注入的非凝结气体高速流出，携带出近井地带污染物，达到增产效果。实践证明，这一创新技术能使我国东部老油田原油采收率再提高5％至20％。

目前的多元热流体是通过采用火箭动力原理的采油设备产生的。这种采油设备被称为火箭动力系统，其工作原理为：利用火箭发动机的燃烧喷射机理，将发动机固定安装在主机舱内点火燃烧，将燃烧所产生的高压水蒸汽、二氧化碳、氮气等混合气体，通过油井进口直接注入油层，增加油层压力，降低原油黏度，进而提高驱油效率。但是反应原料在燃烧室的反应温度可达约3500K，这个温度远超出喷嘴和燃烧室材料的熔点，因此必须采用冷却系统来防止材料过热。所有的冷却措施都是在室壁形成一层隔离层，但燃烧不稳定或冷却系统故障常常会导致边界层的保护中断，随后导致室壁被破坏。

超临界水氧化法是在超过水的临界温度374℃和临界压力22.05MPa的高温高压条件下，以空气或其他氧化剂，将有机物或还原性无机物在水相中“燃烧”氧化的方法。超临界水具有类似液体的密度、溶解能力和良好的流动性，同时又具有类似气体的扩散系数和低黏度。在超临界水中，气液两相的相界面消失，有机物及氧化剂空气在超临界水中完全混溶，形成均一相体系，反应速度大大加快。在很短的反应停留时间内，99.99％以上的有机物迅速燃烧氧化成二氧化碳、水，反应产物中还包括空气中未参与反应的氮气。该反应产物与上述多元热流体的组分相似，且温度压力范围可调节。此外，该技术燃料适应性广，各类有机废水、油类等均可作为燃料燃烧。

三、发明内容

一种超临界水氧化流体注采工艺，本发明针对以空气作为氧化剂，通过超临界水氧化燃料，利用生成的多元热流体注入油井中，降低稠油粘度，进而提高采油率。该发明通过以下方式实现：

一种超临界水氧化流体注采工艺，该系统中包括：蒸发壁反应器、空气压缩机、空气加热器、燃料泵、燃料罐、蒸发水泵、蒸发水加热器、蒸发水罐、压力调节阀、注入管道、连接法兰、井筒，该方法的实现步骤如下：

(1)燃料升压至22.1-30MPa从蒸发壁反应器顶部注入，空气经空气压缩机升压至相同压力，并通过空气加热器预热至300-500℃，从蒸发壁反应器顶部注入，

(2)蒸发水亦升压至与燃料相同压力，从蒸发壁反应器侧面分两支路注入，上支路蒸发水初始温度为400-600℃，下支路蒸发水温度保持常温。待蒸发壁反应器内超临界水氧化反应开始后，上支路蒸发水温度逐渐下降至250-370℃，

(3)蒸发壁反应器内的流体从蒸发壁反应器出口流出，经过压力调节阀调压后，通过焊接在连接法兰上的注入管道注入油井中，相同压力的蒸发水注入到注入管道和井筒之间的环隙。

本发明的蒸发壁反应器出口设置压力调节阀，流体调压后，其压力为5-30MPa，温度150-350℃。

本发明所述的燃料是采用原油作为燃料，或采用高浓度采油废水作为燃料。

反应器需采用蒸发壁反应器。燃料以常温进入反应器，避免燃料在预热段发生热解结焦，堵塞管路。若燃料中含有杂原子如N，S，P，Cl等，燃料进行超临界水氧化反应过程产生的无机酸对反应器造成腐蚀，此外，燃料中可能还有一定量的无机盐，会在超临界温度反应区析出，从而造成反应器的结垢甚至堵塞，因此需要采用蒸发壁反应器，通过水膜对反应器进行保护，实现设备长期安全稳定运行。

蒸发水分区以不同温度和流量从反应器侧面注入，系统启动时，上支路蒸发水温度加热到400-600℃，通过高温的上支路蒸发水将燃料在反应器内预热到反应温度300-450℃。超临界水氧化反应开始后，上支路蒸发水温度逐渐下降，最后控制在250-370℃，保证超临界水氧化反应顺利进行，同时对反应器起到保护作用。下支路蒸发水温度为常温，将反应器上部形成的超临界温度流体冷却至亚临界温度，同时溶解超临界温度反应区中析出的无机盐。

从蒸发壁反应器出口流体管道通过连接法兰与油井现有井筒连接，便于多元流体注入系统和现有采油系统的安装及拆卸分离。

本发明通过超临界水氧化燃料，产生的多元热流体注入到油井中，降低稠油粘度，提高采油率，具有非常广阔的应用前景。

四、附图说明

图1、本发明流程示意图。

图1中：1为蒸发壁反应器、2为空气压缩机、3为空气加热器、4为蒸发壁反应器的空气入口、5为蒸发壁反应器的燃料入口、6为燃料泵、7为燃料罐、8为蒸发水罐、9为蒸发水泵、10为蒸发水加热器、11为上支路蒸发水入口、12为下支路蒸发水入口、13为蒸发壁反应器出口、14为压力调节阀、15为压力调节阀、16连接法兰蒸发水入口、17为连接法兰、18为井筒、19为注入管道。

五、具体实施方式

下面结合附图给出的一个具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一

燃料罐(7)中的原油经燃料泵(6)升压至23MPa，从蒸发壁反应器燃料入口(5)注入蒸发壁反应器(1)，空气经空气压缩机(2)升压至23MPa，再经过空气加热器(3)预热到400℃，从蒸发壁反应器空气入口(4)注入蒸发壁反应器(1)，蒸发水罐(8)中的蒸发水经蒸发水泵(9)升压至23MPa，分成三条支路，其中两路从蒸发壁反应器(1)侧面注入。第一条支路经蒸发水加热器(10)预热至500℃，作为上支路蒸发水从上支路蒸发水入口(11)注入蒸发壁反应(1)；第二条支路作为下支路蒸发水，以常温从下支路蒸发水入口(12)注入蒸发壁反应器(1)，上支路蒸发水将进入蒸发壁反应器(1)内的燃料预热至390℃，待超临界水氧化反应开始并稳定后，逐渐降低上支路蒸发水温度，最后稳定在300℃。蒸发壁反应器出口(13)流体的温度为300℃，压力为23MPa，经压力调节阀(14)调压后降至15MPa。蒸发壁反应器(1)出口管路通过连接法兰(17)与油井原有的井筒(18)连接，调压后的多元热流体通过焊接在连接法兰(17)上的注入管道(19)注入油井中，与此同时，通过蒸发水泵(9)增压后的蒸发水的第三条支路亦通过压力调压阀(15)调压至15MPa，通过连接法兰蒸发水入口(16)注入到井筒(18)和注入管道(19)的环隙中，保护井筒内壁，平衡注入管道(19)内的压力。

实施例二

本实施例与实施例一不同之处，是将原油替换成高浓度采油废水，在产生多元热流体的同时，还能实现采油废水的无害化处理，具有良好的环境效应，其余流程与实施例一相同。

Claims (3)

1.一种超临界水氧化流体注采工艺，该系统中包括：蒸发壁反应器、空气压缩机、空气加热器、燃料泵、燃料罐、蒸发水泵、蒸发水加热器、蒸发水罐、压力调节阀、注入管道、连接法兰、井筒，其特征在于该方法的实现步骤如下：

(1)燃料升压至22.1-30MPa从蒸发壁反应器顶部注入，空气经空气压缩机升压至相同压力，并通过空气加热器预热至300-500℃，从蒸发壁反应器顶部注入，

(2)蒸发水亦升压至与燃料相同压力，从蒸发壁反应器侧面分两支路注入，上支路蒸发水初始温度为400-600℃，下支路蒸发水温度保持常温。待蒸发壁反应器内超临界水氧化反应开始后，上支路蒸发水温度逐渐下降至250-370℃，

(3)蒸发壁反应器内的流体从蒸发壁反应器出口流出，经过压力调节阀调压后，通过焊接在连接法兰上的注入管道注入油井中，相同压力的蒸发水注入到注入管道和井筒之间的环隙。

2.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化流体注采工艺，其特征在于蒸发壁反应器出口设置压力调节阀，流体调压后，其压力为5-30MPa，温度150-350℃。

3.根据权利要求1所述的一种超临界水氧化流体注采工艺，其特征在于所述的燃料是采用原油作为燃料，或采用高浓度采油废水作为燃料。

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