CN102472094B

CN102472094B - 井下气体生成器的方法及设备

Info

Publication number: CN102472094B
Application number: CN201080032416.1A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·提尔蒙特; 约瑟夫·安东尼·阿里法诺; 西里尔·谢里安·乔斯; 查尔斯·H·威尔; 布莱尔·A·福尔松
Original assignee: World Energy Systems Inc
Current assignee: World Energy Systems Inc
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2030-07-15
Also published as: CA2775448C; US8387692B2; CN102472094A; US20130140027A1; WO2011008998A2; US9422797B2; CA2896436A1; RU2012105473A; US20140231078A1; CA2896436C; RU2513737C2; CA2775448A1; US8678086B2; US20110127036A1; BR112012001165A2; WO2011008998A3

Abstract

提供了井下蒸汽生成设备及方法。该设备可包括喷射部分、燃烧部分以及蒸发部分。喷射部分可包括壳体、喷射器构件以及喷射器板。燃烧部分可包括具有槽设置通过的里层。蒸发部分可包括与槽及燃烧室流体连通的导管，以及用于以液滴形式将流体从槽注入至燃烧室的喷嘴。使用方法可包括将燃料、氧化剂以及流体供应至设备；在使流体流经设置通过里层的多个槽的情况下使燃料及氧化剂在室内燃烧，由此加热流体并冷却里层；并且将加热流体的液滴注入室并且通过燃料及氧化剂的燃烧而蒸发液滴，从而产生蒸汽。

Description

井下气体生成器的方法及设备

技术领域

本发明的实施例涉及井下蒸汽生成器。

背景技术

世界上存在大量的粘性碳氢化合物储藏。这些储藏含有极粘的碳氢化合物，通常被称为“沥青”，“焦油”，“重油”，或“超重油”(以下统称为“重油”)，其通常具有从3,000至高达1,000,000厘泊的粘性。极高的粘性使得回收其中的碳氢化合物极其困难，并且成本高昂。

每一处油储藏均是独特的，并且对于用于回收其中的碳氢化合物的各种方法产生不同的响应。通常，就地加热重油以降低粘性已被应用。正常情况下，可利用诸如循环蒸汽激励(CSS)，蒸汽驱动(驱动器)，和蒸汽辅助重力泄油(SAGD)等方法来应对具有上述粘性的储藏，其中蒸汽从表面被注入储藏，由此加热油并充分降低其粘性以用于生产。但是，这些粘性碳氢化合物储藏中的一些位于会延伸深达1800英尺的冻土层的下方。因为热量可能会使冻土膨胀，故不可能将蒸汽注入通过冻土层，由此导致井眼稳定性产生问题，并且当融化冻土时会产生严重的环境问题。

此外，现有的生产重油储藏的方法还存在其他问题。一个问题是随着蒸汽从表面行进至储藏，蒸汽会发生井眼热量损耗。随着储藏深度的增加，该问题会变的严重。类似的，随着深度增加，用于注入储藏的蒸汽量也会减少，并且在注入位置处井下可用的蒸汽量远低于在表面处产生的蒸汽量。该情况降低了油回收处理的能量效率。

为了解决从表面注入蒸汽的缺陷，已经采用了井下蒸汽生成器(DHSG)。DHSG能够在将蒸汽注入储藏之前对井下蒸汽进行加热。但是，DHSG也存在一些问题，包括过高的温度，腐蚀以及燃烧不稳定。这些问题通常会导致材料失效以及热不稳定性及低效能。

因此，需要一种新的改进的井下蒸汽生成器设计方案。

发明内容

本发明的实施例涉及井下蒸汽生成设备。在一个实施例中，用于将加热流体混合物注入储藏的井下蒸汽生成设备可包括具有壳体的喷射部分、设置在壳体内的喷射器构件以及连接至壳体的喷射器板。该设备可包括燃烧部分，其包括连接至壳体并形成燃烧室的主体，其中该主体包括设置通过其的单一环形空间。该设备还可包括具有连接至主体的喷嘴的蒸发部分，其中，喷嘴用于将流体液滴沿远离喷射部分的方向注入燃烧室。

在一个实施例中，用于将加热流体混合物注入储藏的方法可包括将设备布置在井眼内，其中，该设备包括具有室的里层；将燃料、氧化剂及流体供应至设备；在使流体流经设置通过里层的环形空间的情况下使燃料及氧化剂在室内燃烧，由此加热流体并冷却里层；在将燃料及氧化剂注入室的情况下将加热流体液滴注入室由此一同流动；并且通过燃烧燃料及氧化剂来蒸发液滴，从而产生蒸汽。

在一个实施例中，用于将加热流体混合物注入储藏的方法可包括将第一流体及第二流体供应至喷射器主体；将第一流体及第二流体从喷射器主体注入至燃烧室以使第一及第二流体燃烧，其中，燃烧部分包括室、包围室的里层以及设置通过里层的单一环形空间；将第三流体供应通过里层的单一环形空间，由此冷却里层；通过使第一及第二流体在燃烧室内燃烧来加热供应通过单一环形空间的流体；将加热流体液滴沿平行于第一及第二流体的方法从单一环形空间注入燃烧室，由此蒸发液滴；将燃烧的第一及第二流体以及蒸发的液滴注入储藏；并且将纳米催化剂注入储藏。

在一个实施例中，用于将加热流体混合物注入储藏的井下蒸汽生成设备包括具有壳体的喷射部分、设置在壳体内的喷射器构件以及连接至壳体的喷射器板。该设备可包括燃烧部分，其具有连接至形成燃烧室的壳体的主体。该主体可包括设置通过其的单一环形空间。该设备可包括具有连接至主体的喷嘴的蒸发部分。喷嘴用于沿远离喷射部分的方向将流体液滴注入燃烧室。

单一环形空间可与喷嘴流体连通。蒸发部分还可包括连接至喷嘴及主体的导管。单一环形空间可经由导管与喷嘴流体连通。喷嘴可用于将流体液滴沿朝向主体径向向外的方向注入燃烧室。

在一个实施例中，用于将加热流体混合物注入储藏的方法可包括将设备布置在井眼中，其中该设备包括具有室的里层；将燃料、氧化剂以及流体供应至设备；在使流体流经设置通过里层的环形空间的情况下使燃料及氧化剂在室内燃烧，由此加热流体并冷却里层；将加热流体液滴注入室，以与注入室的燃料及氧化剂联合流动；并且通过使燃料及氧化剂燃烧来蒸发液滴，从而产生蒸汽。

燃料可包括合成气和氢气至少一者，氧化剂可包括二氧化碳，纯氧，富氧空气中至少一者。该方法还可包括使加热流体流经径向伸入室的导管。该方法还可包括利用连接至导管的喷嘴将加热流体液滴注入室。蒸汽可包括过热蒸汽。

在一个实施例中，用于将加热流体混合物注入储藏的方法可包括将第一流体及第二流体供应至喷射器主体；将第一流体及第二流体从喷射器主体注入至燃烧室以使第一及第二流体燃烧，其中燃烧部分包括室、包围室的里层以及设置通过里层的单一环形空间；将第三流体供应通过里层的单一环形空间，由此冷却里层；通过第一及第二流体在燃烧室内的燃烧来加热供应通过单一环形空间的流体；沿与第一及第二流体的流动平行的方向来将加热流体的液滴从单一环形空间注入燃烧室，由此蒸发液滴；将燃烧的第一及第二流体以及蒸发的液滴注入储藏；并且将纳米催化剂注入储藏。

第一流体可以是包括二氧化物、纯氧及富氧空气中至少一者的氧化剂。第二流体可以是包括合成气体及氢中至少一者的燃料。上述方法还可包括通过蒸发液滴来生成过热蒸汽。该方法还可包括从储藏回收气体水合物。该方法还可包括利用燃烧的第一及第二流体、蒸发的液滴以及注入储藏的纳米催化剂来提升设置在储藏内的碳氢化合物。纳米催化剂可与燃烧的第一及第二流体以及蒸发的液滴同时被注入储藏。

在一个实施例中，使布置在井眼中的燃烧器优化的方法可包括将燃料及氧化剂供应至燃烧器；燃烧燃料及氧化剂，由此形成燃烧火焰；并且控制火焰的大小、形状以及强度以根据井眼条件来优化燃烧器。

在一个实施例中，选择燃烧室参数的方法包括但不限于可以设置长度、直径以及数量以优化至壁的热传递，并优化完全燃烧。

在一个实施例中，选择水喷射器参数的方法包括可以设置数量、设计、液滴大小分布以及喷射机制以避免火焰熄灭，在与应用要求相当的距离完成蒸发，提供壁湿化以避免过热并且使燃烧室及下游构件的壁上的沉积物最小化。

在一个实施例中，用于控制燃烧器中热传递的方法可包括设置具有喷射器头及燃烧室的燃烧器；在燃烧室中使反应物燃烧；通过设置在燃烧室的壁内的一条或多条冷却通路来供应水；并且使燃烧器中的反应物、喷射器头设计、燃烧室几何结构、水流速、流体速度漩涡及湍流、冷却通路几何结构、冷却通路数量、引起湍流的壁特性、冷却通路中的插件以及冷却通路内的液流方向中一者或多者发生变化，由此减少燃烧室的冷却通路中蒸汽及气泡中至少一者的形成。

附图说明

为了可更详细地理解本发明的上述特征，可参照实施例对以上概述的本发明进行更具体的描述，某些特征在附图中示出。但是，应当注意，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明范围的限制，本发明可涵盖其他等同实施例。

图1示出了根据本发明的一个实施例的井下蒸汽生成器的侧视图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的井下蒸汽生成器的剖视图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的喷射器主体的剖视图。

图4示出了根据本发明的一个实施例的喷射器板的仰视图。

图5示出了根据本发明的一个实施例的喷射器构件的剖视图。

图5A示出了根据本发明的一个实施例的喷射器构件的剖面俯视图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的蒸发部分的立体图。

图7示出了根据本发明的一个实施例的蒸发部分的俯视图。

图8示出了根据本发明的一个实施例的井下蒸汽生成器的立体图。

图9示出了根据本发明的一个实施例的井下蒸汽生成器的剖视图。

图10及图11示出了根据本发明的一个实施例的井下蒸汽生成器的侧视图及剖视图。

图12示出了根据本发明的一个实施例的喷射部分的上端立体图。

图13示出了根据本发明的一个实施例的喷射部分的下端立体图。

图14示出了根据本发明的一个实施例的喷射部分的侧视图。

图15，图16及图17示出了根据本发明的一个实施例的喷射部分的剖视图。

图18示出了根据本发明的一个实施例的喷射器构件的剖视图。

图19，图20及图21示出了根据本发明的一个实施例的燃烧部分及蒸发部分的立体图及剖视图。

具体实施方式

本发明的实施例大致涉及使用井下蒸汽生成器(DHSG)的设备及方法。如本说明书中所描述，本发明的实施例将被描述为其与DHSG及重油储藏相关。但是，应当注意，本发明并不限于在DHSG场合使用，本发明还可应用于其他类型的系统，例如其他井下混合装置。但是，还应当注意，本发明并不限于应用于对重油的回收，而可应用于对其他种类产品(例如天然气水合物)的回收。为了更好地理解本发明的设备以及使用其的方法的新颖性，以下对附图进行参考。

图1示出了根据一个实施例的DHSG 10。可将DHSG 10用于各种井眼构造，包括垂直、水平及其组合。此外，DHSG 10可用于各种改进的油回收方法，包括循环蒸汽激励(CSS)，蒸汽驱动(驱动器)，蒸汽辅助重力泄油(SAGD)，二氧化碳(CO2)冲洗，或其组合。DHSG 10可用于根据一个或多个储藏的特定井眼及储藏特性来生产各种产品，以优化对碳氢化合物和天然气水合物的回收。DHSG 10可用于约100英尺到约500英尺、500英尺至约2500英尺、约2500英尺到约5000英尺和/或约5000英尺到大于约8000英尺的井眼深度。

在工作时，DHSG 10用于通过使从表面供应的燃料及氧化剂燃烧来在重油储藏内产生热量。通过利用DHSG 10或不利用DHSG 10，通过将一种或多种流体及/或溶剂(包括但不限于水，部分或完全饱和蒸汽，过热蒸汽，氧气，空气，富氧空气，天然气，二氧化碳，一氧化碳，甲烷，氮，氢，碳氢化合物，含氧碳氢化合物，或其组合)注入储藏，可以降低储藏中重油的粘性。在一个实施例中，这些流体中的一种或多种可在DHSG 10中燃烧，从而产生加热水蒸气，部分或完全饱和蒸汽或过热蒸汽，其还可包括二氧化碳，一氧化碳，天然气，甲烷，氮，氢，碳氢化合物，含氧碳氢化合物，空气，富氧空气，和/或氧气流，其将被注入储藏。在一个实施例中，还可利用DHSG独立地或与被注入储藏内的燃烧产物结合地使纳米催化剂在储藏内扩散，由此进一步便于碳氢化合物的回收。在一个实施例中，可利用DHSG将纳米催化剂与燃烧产物一起注入储藏，由此进一步便于碳氢化合物的回收。在此通过引用将美国专利号7,712,528以及在审美国专利申请号12/767,466的内容结合在本说明书中，其描述了使用纳米催化剂来回收碳氢化合物的示例性实施例，其可被用于这里描述的实施例。然后可通过公知的各种方法(例如通过气举)来回收储藏中的重油。

为了形成燃烧，DHSG 10可利用天然气作为燃料。在一个实施例中，DHSG 10可利用氧气与二氧化碳混合物作为氧化剂。在一个实施例中，氧化剂蒸汽可包括诸如约5％的较少百分比的氮。在一个实施例中，可使用合成气体作为燃料。在一个实施例中，氧化剂可包括二氧化物。在一个实施例中，可使用氧气与氮的混合物作为氧化剂。在一个实施例中，可以使用任意气态或液体燃料，其可包括天然气、合成气体、从煤或其他燃料获得的低BTU气体，例如氢等。在一个实施例中，氧化剂可以是纯氧或被其他流体(例如二氧化碳、一氧化碳、氢、氮以及/或蒸汽)稀释的氧。在一个实施例中，氧化剂可以是空气或富氧空气。

在一个实施例中，可使用氧气及二氧化碳混合物来帮助控制燃烧，特别用于控制火焰温度并避免过高的火焰温度。该混合物可在表面处混合并且经单一导管被供应至DHSG 10。在一个实施例中，下述所述，可通过分离的导管将燃料、氧化剂以及/或任何其他流体(例如水)供应至DHSG10。

DHSG 10可用于通过改变供应至火焰的稀释剂的浓度来调节火焰的温度。在被单独供应至DHSG 10并/或与燃料或氧化剂中任一者或两者混合的情况下，可以使用任意不反应稀释剂来帮助调节火焰温度。在一个实施例中，可以调节到DHSG 10的二氧化碳流速来控制火焰温度。二氧化碳可与燃料、氧化剂或两者混合。在一个实施例中，可将诸如氩的稀释剂分离地及/或与燃料或氧化剂流或两者一起供应至DHSG 10。

如图1所示，DHSG 10包括壳体15，其界定了包围处于一端的喷射部分20、处于另一端的蒸发部分40以及布置在喷射部分20与蒸发部分40之间的燃烧部分30的中空套管。在一个实施例中，DHSG 10可包括与蒸发部分40相邻的尾管50(如图2所示)。DHSG 10可被形成为装配在标准井眼壳体内。DHSG 10的长度13可包括约72英寸至约360英寸的范围，或更长。在一个实施例中，DHSG 10的长度13约为180英寸。DHSG10的壳体15的外径17可包括约4英寸至约10英寸的范围。在一个实施例中，DHSG 10的壳体15的外径17约为6英寸。

DHSG 10例如可由抗腐蚀材料形成，以使暴露至火焰及燃烧产物的构件免遭含硫化合物的腐蚀。DHSG 10的特定构件可由诸如钢，铜及钴的金属形成，由诸如不锈钢，镍-铜，和陶瓷分散铜板的金属合金形成，以及由诸如Monel，Inconel，以及Haynes合金等品牌的金属合金形成。在一个实施例中，可使用Monel 400或500作为暴露至氧气的DHSG构件。在一个实施例中，可以使用Haynes 188，230及/或556作为用于受到腐蚀环境的DHSG 10构件。在一个实施例中，可由铜合金，无氧铜，GlidCop，GRCop84，AMZirc，铍铜，高导热材料，和/或韧性材料形成DHSG 10的暴露至水的构件。在一个实施例中，DHSG 10的燃烧部分30及/或蒸发部分40可由钴合金，Haynes 188，合金25，蠕变耐磨材料，耐腐蚀材料，和/或在高温下具有高强度的材料形成。高温金属可便于对DHSG 10的冷却，并增强其热控制及效果，由此降低DHSG 10构件中因极高温度而造成的应力，并增加下述从加热表面至冷却通道的传导路径。

图2示出了DHSG 10的剖视图。如图所示，喷射部分20包括诸如壳体并在图3中示出的喷射器主体25、点火器端口24、一个或更多喷射器构件27以及一个或更多布置在喷射器板29中的喷射器端口21。燃料及氧化剂被供应至喷射器主体25，导向通过喷射器构件27，并且在其离开喷射器板29进入燃烧室35时被点火器(未示出)点燃。点火器可经由点火器端口24提供使注入燃烧室35的产物燃烧所需的点燃动作。点火器能够在启动条件下点火，并进行重复点火。在一个实施例中，点火器的点火可由发火材料实现。在一个实施例中，点火器的点火可由发火材料辅助引起。在一个实施例中，DHSG 10还可包括热表面点火，用于点燃供应至DHSG 10的燃烧产物。在一个实施例中，喷射部分20可用于将绝热火焰温度保持在约3200华氏度至约3450华氏度的范围内。在一个实施例中，喷射部分20可用于将绝热火焰温度保持在约2500华氏度至约5500华氏度的范围内。在一个实施例中，喷射部分20可用于将绝热火焰温度保持在约3000华氏度至约6000华氏度的范围内。在一个实施例中，喷射部分20可用于将绝热火焰温度保持在约1500华氏度至约7000华氏度的范围内。

喷射器主体25及喷射器板29被壳体15包围。喷射器主体25及/或喷射器板29可连接至燃烧部分30的诸如壳体或主体的里层33。环形空间19可形成在壳体15与里层33之间。里层33可由单一结构件形成。在一个实施例中，里层33可包括连接在一起以形成单一结构的多个部分。在一个实施例中，里层33可包括约3英寸的内径。在一个实施例中，里层33可包括约2英寸至约8英寸范围内的内径。在第一端，里层33可具有凸起端，其适于与喷射器主体25的下部密封配合，由此流经喷射器构件27的流体离开进入里层33的燃烧室35。在第二端，里层33也可具有凸起端，其与蒸发部分40流体连通并可连接至尾管50。在替代实施例中，里层33的端部可包括其他用于连接的装置，用于将DHSG 10的构件并与其他井下构件紧固在一起以便于插入井眼。在一个实施例中，尾管50与壳体15集成为一体。在一个实施例中，尾管50可适于与诸如封隔器的井下设备配合。

里层33还可包括具有中空体以形成燃烧室35的环形结构。环形结构可具有一个或更多围绕环形结构的壁周向布置并且包围燃烧室35的孔或通道37。通道37延伸里层33的纵向长度。在替代实施例中，里层33可包括单一环形空间，其布置通过里层33的主体，包围燃烧室35，并与喷射部分20及蒸发部分40流体连通，通过其可导向流体。在替代实施例中，里层33可包括较窄环形空间，其具有蛛状部分或其他类似装置以帮助将液流导向通过环形空间。蛛状部分可布置在里层的内壁上，并且里层的外壁可布置在组装的内壁及蛛状部分上，由此形成通过里层的一条或更多通道。在一个实施例中，通道37可呈环状。流体可在里层33的与喷射部分20相邻的第一端附近进入与通道37流体连通的上部歧管，并可在里层33的与蒸发部分40相邻的第二端附近离开通道37。通道37可排空进入设置在里层33的第二端内的下部歧管39，其将流体供应至蒸发部分40。在一个实施例中，下部歧管39可被设置在里层33的凸起端内。如上所述，可将类似的歧管设置在里层33的第一端内，其将流体供应至通道37。在一个实施例中，流体水被供应至里层33的通道37，其中水被净化至小于每一万总溶解固体中的一份。流体水的化学作用可被控制以防止里层33的通道37中结垢。

随着能量及热量的产生，并且从燃烧室35中产生的燃烧反应中被释放，供应通过里层33的通道37的流体可起冷却剂以及热传导机构的作用，以控制并降低里层33的温度。流体可在最接近喷射部分20的位置在其最低的温度下被引入通道37，并且可使用通过燃烧室35中的燃烧反应而产生的能量来在流体离开喷射部分20沿里层33的长度行进通过通道37时对流体进行加热。在一个实施例中，导引通过里层33的通道37的流体可被加热至低于流体的沸腾温度的温度。在一个实施例中，DHSG 10可用于在流体被导引通过里层33的通道37时对流体进行加热，同时防止在通道37产生蒸汽。在一个实施例中，流体也可从距离喷射部分20最远的位置流至最接近喷射部分的位置以保持对里层33的温度控制。

里层33的通道37可经由下部歧管39与蒸发部分40连通。蒸发部分40可包括与里层33的下部歧管39流体连同的一条或更多导管43。导管43可从里层33径向伸出，并在隔室47处相交，隔室47可置中布置在燃烧室35内。隔室47可连接至一个或更多喷嘴45(如图6及图7所示)，其例如适于将从下部歧管39连通至隔室47的流体转换为流体液滴，并且将这些流体液滴沿与燃烧产物的流动相反的方向注入燃烧室35。这些流体液滴可被燃烧室35中的燃烧产物蒸发，并与燃烧产物一起从DHSG 10排出进入重油储藏。在一个实施例中，蒸发部分40可连接至喷射部分20并/或燃烧部分30，使得流体液滴被喷射进入燃烧室35并/或到达燃烧室35的下游。在一个实施例中，蒸发部分40可连接至喷射部分20及/或燃烧部分30，使得相较于燃烧产物的流动方向，流体液滴的注入方向可以是反向，同反及/或径向。在一个实施例中，蒸发部分40可用于从燃烧室35的中心径向向外喷射流体液滴至燃烧室35的壁。可以优化包括方向、速度、大小分布等液滴喷射参数，以在考虑燃烧火焰、里层壁湿润、蒸发距离以及里层壁冷却带来的影响的情况下实现最佳的性能平衡。

图3示出了喷射器主体25的一个实施例。喷射器主体25可包括壳体，其与用于向DHSG 10供应燃烧流体的一条或更多供应管路流体连通，并用于将燃烧流体导向燃烧室35。喷射器主体25还可用于容纳点火器，并将点火器与点火器端口24对准。喷射器主体25包括氧化剂供应管路22A、燃料供应管路22B、顶盖23以及内板26。氧化剂可经由氧化剂供应管路22A、通过顶盖23中的开口被供应至喷射部分20的顶部集气室。顶盖23可包括具有大致平坦顶表面的弧形顶部、凸起基体以及从顶部延伸至基体的导管，由此界定点火器端口24。点火器端口24被布置通过顶盖23，并延伸通过喷射器主体25。顶盖23可在顶盖23连接至喷射器主体25时与内板26密封配合，由此封闭顶部集气室。在一个实施例中，内板26可与顶盖23集成为一体。在一个实施例中，顶盖23的凸起基体可被螺栓紧固至喷射器主体25。在一个实施例中，可通过使诸如流体水的冷却流体的一部分或全部通过喷射器主体25中的通路来冷却喷射器主体25。

中间集气室可形成在喷射器主体25内以接收从燃料供应管路22B提供的燃料。顶盖23及内板26可密封封闭中间集气室。燃料可通过喷射器主体25中的开口经由燃料供应管路22B被提供至喷射器主体25的中间集气室。在可选实施例中，底部集气室可可选地形成在喷射器主体25内以经由一个或多个供应端口28接收一种或更多流体，例如部分或全部饱和蒸汽、水、二氧化碳或其组合，以与燃料进行混合。在一个实施例中，可使用一种或多种流体作为冷却流体以对DHSG 10的诸如喷射部分20及/或燃烧部分30的构件进行冷却。喷射器板29可连接至喷射器主体25的基体，由此密封地封闭底部集气室。在一个实施例中，如图4所示，喷射器板29可被螺栓连接至喷射器主体25。

喷射器构件27可从顶集气室伸出，通过中间及底部集气室，并通过喷射器板29，使得集气室燃烧室35流体连通。喷射器构件27可连接至内板26，喷射器主体25以及喷射器板29。喷射器构件27可用于控制燃料、氧化剂及/或其他从喷射器构件27提供的流体的混合以在实现大致完全燃烧的情况下控制火焰形状。可调节流体混合比率以控制燃烧火焰的形状。

图4示出了喷射器板29的仰视图。如图所示，喷射器构件27围绕点火器端口24以同心图案设置，并延伸通过喷射器板29的喷射器端口21。如虚线基准圆所示，喷射器构件27可被布置在直径25a内，其可界定喷射器主体25的内径。在一个实施例中，直径25a可处于约2英寸至约5英寸的范围内。在一个实施例中，直径25a可以约为3英寸。在一个实施例中，可仅设置一个喷射器构件27用于DHSG 10。

图5示出了喷射器构件27的剖视图。喷射器构件27包括主体27a及套管27c。主体27a包括连接至内板26的顶部(如图3所示)，纵向设置通过主体27a的管道27b，其在喷射器板29处离开并与燃烧室35流体连通。主体27a连接到内板26使得管道27b与喷射器主体25的顶集气室流体连通。套管27c连接至并包围主体27a的一部分，由此形成套管27c与主体27a之间的环状空间，其在喷射器板29处离开并与燃烧室35流体连通。套管27c还包括一个或更多第一端口27d，以及如果使用底部集气室时可选的一个或更多第二端口27e。各组端口27d及27e被设置通过套管27c，并与形成在喷射器构件27的套管27c与主体27a之间的环状空间连通。第一端口27d设置有进入环状空间的相对于喷射器构件27的纵向轴线呈一定角度的入口。第二端口27e设置有相对于套管27c的壁的切向入口(如图5A所示)，以使进入的流体产生涡流效果，以便于有效地混合反应物。套管27c连接至喷射器主体25，使得第一端口27d与中间集气室直接流体连通，并且使第二端口27e与第三集气室直接流体连通(如图3所示)。

图6示出了蒸发部分40的立体图，而图7示出了蒸发部分40的俯视图。如图所示，导管43连接至里层33，由此使通道37经由歧管39与导管43流体连通。导管43可包括圆柱形壳体，其具有设置通过壳体的槽。导管43可在相对端部连接至隔室47。隔室47可包括球形壳体，其具有设置在壳体内的腔。隔室47的腔可与导管43的槽流体连通，并可进而连接至喷嘴45。喷嘴45可适于例如利用连通至隔室47的流体将流体液滴喷入燃烧室35。这些流体液滴可被喷入在燃烧室35中产生的燃烧产物，被加热的燃烧产物蒸发，并与燃烧产物一起例如通过尾管50从DHSG 10排出进入油储藏。在一个实施例中，通过燃烧产生的热量被用于在燃烧室35的端部附近使作为液滴被喷入的流体蒸发。流体可在流经里层33时被预加热。液滴喷入可用于冷却燃烧室35下游的构件，在与具体应用领域相适应的距离处使燃烧室35下游的液滴蒸发，避免对燃烧火焰造成诸如熄灭的不良影响，避免喷嘴45被堵住，并且避免里层壁上结垢。在一个实施例中，喷嘴45可适于产生处于约10微米至约150微米范围内的不同大小的多种流体液滴。在一个实施例中，流体液滴可撞击在位于喷射部分20下游的尾管50上。在一个实施例中，流体液滴可被喷入燃烧室35并/或位于燃烧室35下游，被燃烧产物蒸发，并被注入重油储藏。

在一个实施例中，导管可包括八条围绕隔室47径向布置的导管43。在一个实施例中，流体水可在行进通过通道37时被燃烧火焰产生的热量加热，并可离开里层33的通道37进入导管43。在一个实施例中，流体水可以被高速喷入加热燃烧器排出物，并经由液滴蒸发被加热沸腾，由此提供部分或全部饱和蒸汽或过热蒸汽。在一个实施例中，流体水可在被注入油储藏的位置处被蒸发至约90％至95％的蒸汽质量范围。在一个实施例中，流体水可在被注入油储藏的位置处被蒸发至约80％至100％的蒸汽质量范围。在一个实施例中，流体水可在被注入重油储藏的位置处被蒸发至约95％至99％的蒸汽质量范围。

在一个实施例中，可以调节液滴喷射器的数量，液滴喷射器的类型，喷射模式以及蒸发部分的喷射方向来提供快速液滴蒸发以及燃烧产物冷却。蒸发部分有助于实现燃烧产物的平衡蒸汽质量。在一个实施例中，蒸发部分可有助于流体液滴于喷射部分的下游撞击燃烧部分的壁，由此使燃烧部分的壁温度保持与流体液滴温度接近。

在替代实施例中，DHSG 10可包括喷射部分，在DHSG 10启动至关闭期间，并且在压力及化学计量的全工作段，该喷射部分提供燃料及氧化剂使得流体在燃烧室中混合，并提供具有适合燃烧室容积的形状的稳定燃烧火焰。DHSG 10可包括数个替代喷射部分，其产生扩散火焰、部分预混合扩散火焰、并且预混合火焰。可将这些火焰类型分别用于DHSG 10，包括在DHSG 10工作期间具有足够大小的稳定火焰。

在一个实施例中，DHSG 10可包括扩散火焰喷射部分。燃料及氧化剂作为独立的流体液流被注入燃烧室。扩散火焰喷射部分包括喷射器构件，其被设置用于实现在燃烧室中对流体进行可控混合，由此产生可燃混合物。扩散火焰喷射部分通过控制流体进入燃烧室的注入速度，例如保持流体相对于火焰速度的较低喷射速度，并/或通过使热燃烧产物再循环返回至火焰基部(例如通过在产生轴对称再循环区的漩涡存在的情况下注入燃料及/或氧化剂，或通过在陡壁或喷射器自身的壁之后产生再循环区)，来使燃烧火焰稳定。可通过控制燃料/氧化剂混合物的比率来调节燃烧火焰的形状。通常，快速混合会产生小型高密度燃烧火焰，相较于通过低速混合产生的具有低辐射热传导的较大低密度燃烧火焰，其产生较高的辐射热传导。通过改变漩涡及喷射速度，可以调节燃烧火焰形状以适应燃烧室。在一个实施例中，例如通过在低工作段使少于全部喷射部分/构件工作，或通过减少用于各个喷射部分/构件的燃烧比率范围以实现改进的燃烧火焰稳定性及控制性，DHSG 10可包括一个或更多喷射部分/构件以提供额外的燃烧火焰成形灵活性。

利用DHSG 10的方法可包括向DHSG 10的喷射器主体提供天然气及氧气以及二氧化碳混合物。该混合物可在表面处被混合，并通过单一导管被提供至DHSG 10，并且流体可在喷射器主体内被混合。DHSG 10可被布置在用作喷射井的第一井中。该方法还可包括将流体导引通过与燃烧室流体连通的一个或更多喷射器构件。喷射器构件可连接至喷射器主体，并布置为圆形阵列。喷射器构件可包括主体以及包围主体的套管。该方法还可包括通过喷射器构件的主体的通道将混合物导引离开喷射器主体的第一集气室，并将混合物注入燃烧室。该方法还可包括通过喷射器构件的套管，将天然气引导离开喷射器主体的第二集气室，并且可选地将诸如水，部分或完全饱和蒸汽，氧气，空气，富氧空气，氮气，氢气，和/或二氧化碳的稀释剂或冷却流体引导离开喷射器主体的可选第三集气室，使得流体在被导引通过套管时形成漩涡。该方法还包括将流体与混合物一起注入燃烧室。该方法还可包括通过设置通过喷射器主体的点火器端口来从点火器提供点火火焰，由此使被注入燃烧室的流体的混合物燃烧。该方法还可包括在燃烧室中点燃流体的混合物，由此生成燃烧火焰及燃烧产物。漩涡可帮助在燃烧室内保持稳定的燃烧火焰。流经燃烧部分的流体可为DHSG 10提供冷却，并且DHSG 10的温度可由二氧化碳稀释剂控制。在一个实施例中，可在燃烧室中设置额外的冷却通路。该方法还可包括通过里层的一条或更多通道来提供诸如水的流体，其中里层包围燃烧室。该方法还包括通过燃烧室内的燃烧反应在流体行进通过槽时对流体进行加热，其中流体对里层进行冷却。燃烧火焰可通过辐射及对流热传导将热量传导至里层壁。该方法还可包括以液滴形式，经由与通道流体连通的一条或更多导管，将加热流体从通道注入燃烧室，并且经由液滴蒸发来使加热流体沸腾，其中燃烧火焰及产物使被注入燃烧室的加热流体的流体液滴蒸发。流体可冷却燃烧产物。该方法还可包括将燃烧产物以及蒸发流体液滴注入油储藏以改善及/或降低油储藏中碳氢化合物的粘性。该方法还可包括从与布置有DHSG的第一井相邻的第二井回收至少改善及/或降低粘性的碳氢化合物。可以使用第二井作为生产井。生产井可包括布置在表面的一个或更多压力控制装置，以控制油储藏上的背压。在一个实施例中，可使用节流阀来保持并/或控制经由生产井从油储藏回收的流体的压力及/或流量。

DHSG 10可在约800psi至约1600psi的压力范围条件下工作。DHSG10可在约500psi至约2000psi的压力范围条件下工作。在一个实施例中，DHSG 10可在约800psi至约2000psi的压力范围条件下工作。在一个实施例中，DHSG 10可在约100psi至约4000psi的压力范围条件下工作。在一个实施例中，DHSG 10可在高达约10000psi的压力条件下工作。在一个实施例中，DHSG 10也可在约3200华氏度至约3450华氏度的标称火焰温度范围内工作。在一个实施例中，DHSG 10也可在约2500华氏度至约5500华氏度的标称火焰温度范围内工作。在一个实施例中，DHSG 10也可在约3000华氏度至约3500华氏度的标称火焰温度范围内工作。在一个实施例中，DHSG 10可在高达1800psi的内部压力下工作，并且排出高达600华氏度的加热流体混合物。在一个实施例中，DHSG 10可工作以排出处于约500华氏度至约800华氏度的温度范围内的加热流体混合物。在一个实施例中，DHSG 10可工作以排出处于约250华氏度至约800华氏度的温度范围内的加热流体混合物。在一个实施例中，DHSG 10可工作以排出处于约600华氏度的温度下的加热流体混合物。在一个实施例中，DHSG 10可工作以将金属温度限制为低于1000华氏度。

DHSG 10可用于产生具有约75％至约100％的蒸汽质量范围内的流体。在一个实施例中，DHSG 10可用于产生具有约90％至约95％的蒸汽质量范围内的流体。DHSG 10还可用于提供处于约400桶每天(bbd)至约1500桶每天的范围内的流体(例如部分饱和，完全饱和或过热蒸汽)的质量流量。在一个实施例中，DHSG 10可用于在约1600psi的压力条件下提供约1500bbd的流体(例如部分饱和，完全饱和或过热蒸汽)的质量流量。最后，DHSG 10可构造具有最短约3年的工作寿命。

例如通过降低形成物内重油的粘性，DHSG 10可用于将流体混合物注入形成物以加热形成物以方便从形成物回收碳氢化合物。在一个实施例中，混合物可包括约18％至约29％的体积百分比的二氧化碳。在一个实施例中，混合物可包括约10％至约30％的体积百分比的二氧化碳。在一个实施例中，混合物可包括约1％至约40％的体积百分比的二氧化碳。在一个实施例中，混合物可包括约0.5％至约5％的体积百分比的氧气。在一个实施例中，混合物可包括约0.5％至约5％的体积百分比的氧气。混合物可在约900psi，1200psi或1600psi的压力下被注入形成物。混合物可在约400bbd，800bbd，1200bbd，或1500bbd的质量流量下被注入形成物。

图8示出了根据本发明的一个实施例的DHSG 100的立体图。DHSG100包括喷射部分110、燃烧部分120以及蒸发部分130。除了下述区别之外，喷射部分110、燃烧部分120以及蒸发部分130可类似于上述DHSG10的喷射部分20、燃烧部分30及蒸发部分40那样工作。针对DHSG 10在以上描述的相同实施例可应用于这里描述的DHSG 100，反之亦然。此外，DHSG 100还可用于在针对DHSG 10描述的相同工作条件下工作。如图所示，喷射部分110与用于将一种或更多流体供应至喷射部分110的供应管140流体连通，一些流体被供应至喷射部分110的喷射歧管(如下所述)以燃烧并注入含碳氢化合物形成物，例如重油储藏。通过螺栓连接，燃烧部分120可在其上端连接至喷射部分110。燃烧部分120可包括多个泻压端口，以便于DHSG 100的工作。蒸发部分130可被设置在燃烧部分120的下端内，以将诸如H₂O的冷却流体注入燃烧部分120。

图9示出了DHSG 100的剖视图。DHSG 100被诸如外壳的壳体150包围。壳体150可包括金属圆柱形主体，具有用于支撑喷射部分110、燃烧部分120、蒸发部分130以及供应管140的中空内部室。供应管140可用于将流体供应至喷射部分110，并可包括一个或更多波纹管141以对供应管140因供应管140承受的热、压力或机械应力造成的膨胀、收缩及/或运动进行补偿。在一个实施例中，在DHSG 100中包含四条或五条供应管140。然后可将供应至喷射部分110的一种或更多流体混合并注入燃烧部分120的里层121以进行燃烧。还可通过蒸发部分130的喷射器131将流体注入里层121及/或里层121的下游，并与燃烧产物结合。喷射器131可用于例如将流体水滴注入里层121及/或里层121的下游，其在与燃烧产物结合之后被蒸发，由此形成部分饱和、完全饱和或过热蒸汽。壳体150的底端可设置喷嘴151，用于将燃烧产物以及蒸汽排出DHSG 100并且并其注入含碳氢化合物的形成物。

图10及图11示出了DHSG 100的侧视图及剖视图。如图所示，DHSG 100可具有小于约30英尺的整体长度，可在具有约800psi至约1600psi的压力范围的井眼条件下工作，并可用于接收约3000psi的最大压力以及约75华氏度至约180华氏度的温度范围内的燃烧流体。在一个实施例中，DHSG 100可用于接收处于约32华氏度至约120华氏度的温度范围内的燃烧流体。燃烧部分120可具有约3英寸的内径，并且DHSG100可具有约6英寸的最大外径。DHSG 100可用于将处于约1800psi的压力下以及约600华氏度的温度下的燃烧流体注入含碳氢化合物的形成物。在一个实施例中，DHSG 100可包括约4∶1的量程比以及约1500bbd的流量。在一个实施例中，DHSG 100在约1600psi的井眼压力环境下可具有约2∶1的压力量程比。在一个实施例中，DHSG 100可具有约4∶1的质量流量量程比。在一个实施例中，DHSG 100可具有约8∶1的内部流体的流速流量量程比。

图12示出了连接至供应管140的喷射部分110的上端立体图。喷射部分110包括壳体，其具有凸起端111以连接至燃烧部分120。喷射部分110还包括上部歧管112以及下部歧管113，用于围绕喷射部分110的壳体以向喷射部分110供应诸如燃料(例如甲烷)的流体。歧管112及113可包括圆柱形导管，其包围喷射部分110的壳体，并具有诸如环形或光晕型的圆形。第一供应管142连接至上部歧管112以从井眼表面向DHSG 100供应流体。在一个实施例中，第一供应管142也可连接至下部歧管113。在一个实施例中，分离供应管可连接至下部歧管113以向喷射部分110供应流体，使得流体可与供应至上述歧管的流体相同或不同。在图中还示出连接至喷射部分110的供应管143及144(将在以下描述)。

图13示出了喷射部分110的下端立体图。喷射部分110的壳体包括上部117及下部116，其分别包括具有流动孔经过的圆柱形主体。上部117可包括圆顶或半球形顶端。歧管112及113分别包括一条或多条供应管114及115，其从歧管延伸至壳体的下部116。供应管114及115可连接至歧管的底部以及壳体的侧部，由此在两者之间建立流体连通。供应管114及115可围绕歧管及/或喷射部分110的壳体的外周等距离间隔布置。

图中还示出喷射器板118，其连接至并密封配合至壳体的凸起端111以将燃烧流体导入DHSG 100的燃烧部分120。喷射器板118还可用于支撑一个或更多喷射器构件以及点火器(将在以下描述)。喷射器板118可包括第一喷射器构件端口161、第二喷射器构件端口162以及点火器端口171。第一喷射器构件端口161可等距离间隔分布，形成与喷射器板118的外径相邻的圆形图案。在被第一喷射器构件端口161包围的情况下，第二喷射器构件端口162也可等距离间隔分布，形成与喷射器板118的中心相邻的圆形图案。点火器端口171可被布置在喷射器板118的中心位置，被第一喷射器构件端口161及第二喷射器构件端口162包围。

图14示出了喷射部分110的侧视图。供应管114及115可通过诸如JIC装配法的装配法连接至歧管112及113，并可通过诸如钎焊或电子束焊的焊接方法连接至壳体的下部116。可在凸起端111的底部施加非导电涂层，以缓解对壳体以及至燃烧部分120的连接的腐蚀。

图15示出了喷射部分110的剖视图。喷射部分110还包括用于支撑上述点火器的点火器壳体170。上部117可通过焊接或螺栓连接被连接至下部116。壳体板119可密封布置在上部117与下部116之间。在一个实施例中，壳体板119可被布置在下部116的内缘上。壳体的上部117还包括点火器壳体170设置通过的内部室181，以及包围并与内部室181密封隔离开的外部室182。外部室182可包括一条或更多导管，其形成布置在内部室181周围的圆形流路。类似地，壳体的下部116包括点火器壳体170设置通过的内部室183以及包围并与内部室183密封隔离开的外部室184。外部室184支撑喷射器构件160，并且内部室183支撑喷射器构件165，其上端分别伸入上部117的外部室182及内部室181。喷射器构件160及喷射器构件165可以与以上针对DHSG 10描述的喷射器构件27类似的方式工作。

图15及图16示出了与上部117的内部室181流体连通的第二供应管143。第二供应管143可包括一条或更多流路，用于将诸如氧化剂(例如氧气及二氧化碳混合物或者具有较小百分比的氮的氧气及二氧化碳混合物)的流体以较小的量供应至内部室181。流体从内部室181被导向喷射器构件165。然后可在喷射器构件165内将流体与诸如燃料的经由下部歧管113供应至喷射器构件165的其他流体混合。供应管115从下部歧管113延伸至下部116的内部室183，并进入喷射器构件165。被结合的流体然后被注入燃烧部分120，并被点火器点燃。

图15及图17示出了与壳体的上部117的外部室182流体连通的第三供应管144。第三供应管144可包括一条或更多流路，用于将诸如氧化剂(例如氧气及二氧化碳混合物或者具有较小百分比的氮的氧气及二氧化碳混合物)的流体以较小的量供应至外部室182。流体从外部室182被导向喷射器构件160。然后可在喷射器构件160内将流体与诸如燃料的经由上部歧管112被供应至喷射器构件160的其他流体混合。供应管114从上部歧管112延伸至下部116的外部室184，并进入喷射器构件160。然后被结合的燃烧产物被注入燃烧部分120，并被点火器点燃。

在一个实施例中，供应管140及/或点火器壳体170可由诸如镍-铜合金(例如Monel)的金属材料形成。在一个实施例中，歧管112及113可由诸如镍-钴合金(例如Haynes 188)的金属材料形成。在一个实施例中，壳体的上部117可由诸如镍-铜合金(例如Monel)的金属材料形成。在一个实施例中，壳体的下部116可由诸如镍-钴合金(例如Haynes 188)的金属材料形成。在一个实施例中，喷射器构件160及165可由诸如镍-铜合金(例如Monel)的金属材料形成。

图18示出了喷射器构件160的剖视图。喷射器构件160可与上述喷射器构件165相同。喷射器构件160具有上端，其经由设置通过喷射器构件的主体167的内部流动孔166与上部117的室流体连通。内部流动孔166将流体导入燃烧部分120。喷射器构件具有中部或下部，其经由设置通过围绕主体167的套管164的外部流动孔168以及喷射器构件的内部流动孔166而与下部116的室流体连通。外部流动孔168将流体导入燃烧部分120。套管164可包括一个或更多端口169，其相对于外部流动孔168呈一定角度，以使流经的流体产生漩涡效果。漩涡效果有助于将流体与注入燃烧部分120的其他流体混合。

图19，图20及图21示出了燃烧部分120及蒸发部分130的立体图及剖视图。燃烧部分120包括形成燃烧室的里层121以及分别具有歧管126及127设置在其中的一对凸起端122及123。燃烧部分120及蒸发部分130以与上述针对DHSG 10描述的燃烧部分30及蒸发部分40相同的方式形成并工作，以下为了简洁将不再重复对其的描述。图中还示出了连接至里层121的凸起端122的供应管145，其用于将诸如冷却流体(例如流体水)的流体供应至歧管126，然后供应至沿里层121的壁的纵长方向设置的一个或更多冷却通道125，然后供应至歧管127(其与蒸发部分流体连通)以便于对DHSG 100进行热控制，并经由蒸发部分130的喷射器131产生部分饱和、完全饱和或过热蒸汽。在一个实施例中，供应管145可由诸如镍-钴合金(例如Haynes 230)的金属材料形成。在一个实施例中，喷射部分110、燃烧部分120及蒸发部分130的构件可由诸如铍-铜合金的金属材料形成。在一个实施例中，喷射器131可由诸如镍-钴合金(例如Haynes230)的金属材料形成。

以上描述的DHSG 10及100可包括多个燃烧室。在一个实施例中，多个燃烧室可以串联结构或并联结构布置。各个燃烧室可分享具有一个或更多其他燃烧室的里层，并/或可包括单一里层。在一个实施例中，DHSG 10及100可包括如上所述构造的不同的多个喷射、燃烧及蒸发部分。

在一个实施例中，可将包括但不限于水，天然气，氧气，空气，富氧空气，二氧化碳，氮气，氢气，惰性气体，碳氢化合物，含氧碳氢化合物，及其组合的一种或更多流体从表面经由一个或更多管状构件(例如，管缆)供应至DHSG。取决于希望的工作状态，一种或更多流体可被同时及/或分阶段地供应至DHSG。在一个实施例中，包括但不限于二氧化碳，氮气，氢气，和/或惰性气体的一种或更多流体可被用于控制(降低)DHSG或DHSG的里层/燃烧室的温度，将渐增的热量从DHSG传递至油储藏，并且通过溶入油而提高油回收，由此升级油品并降低其粘性。在一个实施例中，可利用DHSG与蒸汽一起同时注入二氧化碳、氮及/或其他惰性气体。在一个实施例中，可利用DHSG与蒸汽一起同时注入氢。在一个实施例中，可设置DHSG以注入补充蒸汽并提供就地升级的其他材料(液体，气体，固体)。在一个实施例中，其他材料可包括纳米催化剂，表面活性剂以及溶剂等。在一个实施例中，DHSG可用于实时保持并/或调节流经DHSG的流体/材料的压力及流量，以优化储藏生产及处理经济性。

在一个实施例中，可经由DHSG将蒸汽，过量氧气(包含空气或富氧空气)、二氧化碳、氮以及/或氢同时注入油储藏，以产生渐增热量以及受控的独立蒸汽前端。油储藏的旁路残余油的就地氧化(燃烧)可生成更多的热量以及更多的井下蒸汽。DHSG可用于通过增加过剩氧气及外部高压蒸汽来产生并控制稳定的就地氧化。大量的稳定渐增蒸汽前端可实现用于更多油燃烧的更多热量。在一个实施例中，过剩增压氧气及大量蒸汽可利用DHSG被直接注入至油储藏。留在初始蒸汽前端之后的残余油可支持并加速过剩氧气的燃烧，由此产生燃烧前端。燃烧前端可增加蒸汽前端的温度，并可加热并/或雾化储藏中存在的水以产生另一大量稳定蒸汽前端，其可加速油的生产。在一个实施例中，初始蒸汽前端可在就地燃烧之前加热油，以确保全部过剩氧气在储藏中进行反应，并防止未燃烧氧气突破进入生产井，由此改进了安全性并降低了对设备的潜在腐蚀。

在一个实施例中，可使用DHSG来燃烧天然气，由此产生二氧化碳，其被注入并保持在油储藏中(被封存)。在一个实施例中，从生产井产生的二氧化碳可被循环及再使用，以冷却DHSG并/或改进储藏生产。在一个实施例中，可以销售并/或为其他类型的工作使用从生产井产生的二氧化碳。

在一个实施例中，通过利用压力控制装置来“节流”产生的流体蒸汽以保持“背压”，可在生产井处保持并控制储藏压力。也可通过在喷射井处注入流体，利用DHSG来保持并控制储藏压力。使用两个压力控制位置可提供更好的储藏控制性，有助于气体在油中增溶以降低油粘性并加速回收，改进气油比(GOR)并由此在蒸汽前端之前降低油粘性并加速生产，防止过早的天然气生产，否则，如果不进行管理，其会降低油生产并会提高工作成本。此外，气体注入降低了蒸汽的部分压力，并使其在油储藏中于更深位置浓缩，由此改进了热传导并增加了油生产。在一个实施例中，可控制(例如，限制)生产井处的回收流体，使得在油储藏形成物内注入压力最大化。保持较高的储藏压力可在生产井上提供较高流动背压，在蒸汽前端之前二氧化碳在冷油中的较高溶解性，以及蒸汽的较高冷凝温度，由此确保了水在热油中的较高溶解性。这些效果的组合降低了油的粘性，限制或防止了氧气突出，并且提高了油在储藏中的热解，由此增加了其API重量并降低了其硫含量。

在一个实施例中，可以使用诸如管缆的一条或更多管状构件或束管来将电能、流体、气体及/或通信信号从表面设备传输至DHSG的一个或更多构件。在一个实施例中，管状构件可包括在较大增强包装中捆扎的布线及/或管，包括绝缘件。在一个实施例中，可使用一个或更多管缆以将水，氧气，氮气，二氧化碳，燃料，和/或其他气体和流体从表面设备传输至DHSG。在一个实施例中，管缆可包括从表面设备至DHSG的控制线。

在一个实施例中，一个或更多(自主)控制系统及/或传感器可被用于提供对DHSG及储藏生产的实时控制/监控。控制系统可用于降低延时效果，并监控管理表面控制构件下方数百及/或数千英尺深的DHSG的工作。控制系统可包括在各种潜在工作条件及异常情况下安全可靠工作的各个方面，包括根据需要使DHSG自主关机。在一个实施例中，可与DHSG一起使用一个或多个组件，包括流量计，高温光纤监测(实时监控蒸汽分布)，高温计和阀门井下监测，以及高压力温度传感器，热电偶和传感器，用于测量并监控一个或更多工作特性。

在一个实施例中，可以使用诸如封隔器的一个或更多支撑装置以将DHSG设备支撑至井眼外壳或管道中的特定位置，并提供压力密封。封隔器可具有顶杆，由此管路可沿封隔器的长度设置。在一个实施例中，一个或更多封隔器可被用于支撑DHSG、管路及尾管的重量。来自DHSG的尾管的输出可设置通过封隔器中的顶杆，以注入油储藏。在一个实施例中，封隔器可在高达680华氏度的温度下工作。

在一个实施例中，可以与DHSG系统一起使用一个或更多人工抬升系统，以提供渐增泵送功率，由此将包括油、水、以及沙等的流体从储藏位置抬升至表面以实现分离。人工抬升系统可用于容易泵送的轻油稀释流(其被泵入生产井，由此产生低粘性混合油混合物)。人工抬升系统可包括螺杆泵及电潜泵。

在一个实施例中，可与DHSG系统一起使用各种其他适用的服务，包括但不限于特定的钻井液(SAGD钻井液)，井位装置(倾角和伽玛射线，高温记录工具，随钻测量工具，随钻记录工具，防砂筛管(以改进ESP泵的宽容度)，以及通过注入蒸汽，高温阀门以及高温热电偶系统来更有效地清扫形成物的均衡技术。

虽然以上描述涉及本发明的实施例，但不脱离本发明的基本范围，根据本发明也可获得本发明的其他实施例，并且本发明的范围由所附权利要求确定。

Claims

1.一种井下蒸汽生成设备，用于将加热流体混合物注入储藏，该设备包括：

喷射部分，其包括壳体、设置在所述壳体周围的多个燃料喷射器构件以及连接至所述壳体的喷射器板；

燃烧部分，其包括连接至所述壳体并形成燃烧室的主体，其中所述燃料喷射器构件与所述燃烧室流体连通；以及

蒸发部分，其包括连接至所述主体的喷嘴，其中所述主体包括纵向延伸通过所述主体的壁的多个流体槽，所述多个流体槽与所述喷嘴流体连通，并且所述喷嘴用于将流体液滴注入所述燃烧室内。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述蒸发部分还包括连接至所述喷嘴及所述主体的多个导管。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述槽经由所述导管与所述喷嘴流体连通。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括出口喷嘴，其邻近所述蒸发部分布置，并且用于将所述加热流体混合物注入所述储藏内。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述壳体包括被设置成通过所述壳体的点火器端口。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述壳体包括上部室及下部室。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述燃料喷射器构件与各个室流体连通。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述壳体包括具有被外部室包围的内部室的上部以及具有被外部室包围的内部室的下部。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述燃料喷射器构件与所述上部的内部室及所述下部的内部室流体连通。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述燃料喷射器构件与所述上部的外部室及所述下部的外部室流体连通。

11.根据权利要求8所述的设备，其中，所述喷射部分还包括与所述下部的所述内部室流体连通的第一歧管，以及与所述下部的所述外部室流体连通的第二歧管。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一歧管及所述第二歧管呈圆形。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主体还包括入口歧管及出口歧管，其分别与设置通过所述主体的壁的多个槽流体连通。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主体由铍铜合金形成。

15.一种用于将加热流体混合物注入储藏内的方法，包括：

将设备布置在与所述储藏连通的注入井眼内，其中，所述设备包括具有室的里层和多个燃料喷射器构件；

将燃料、氧化剂以及流体供应至所述设备；

在使所述流体流经设置通过所述里层的多个槽的情况下使所述燃料及所述氧化剂在所述室内燃烧，由此加热所述流体并冷却所述里层；

相对于将所述燃料及氧化剂注入所述室，以相反流向将所述加热流体液滴注入所述室；并且

通过所述燃料及所述氧化剂的燃烧来蒸发所述液滴，以产生加热流体混合物。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述燃料包括天然气，其中，所述氧化剂包括氧气和二氧化碳的混合物，并且其中，所述流体包括水。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述氧气和二氧化碳的混合物包括约5％的氮。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括使所述加热流体流经径向伸入所述室的多个导管。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括利用连接至所述导管的喷嘴将所述加热流体的液滴注入所述室。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述加热流体混合物注入所述储藏，其中，所述加热流体混合物包括10％至30％的二氧化碳浓度以及0.5％至5％的氧浓度。

21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述加热流体混合物包括蒸汽，其具有90％至95％的范围内的蒸汽质量。

22.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述室内的燃烧火焰温度维持在2500华氏度至5500华氏度的范围内。

23.根据权利要求15所述的方法，还包括在高达约600华氏度的温度以及高达约1800psi的压力下将所述加热流体混合物注入所述储藏。

24.根据权利要求15所述的方法，其中，所述注入井眼具有处于800psi至1600psi的范围内的内部压力。

25.根据权利要求15所述的方法，其中，所述流体可包含溶剂，所述溶剂包括水，蒸汽，氧气，天然气，二氧化碳，一氧化碳，氮，氢，碳氢化合物，含氧碳氢化合物以及其组合中至少一者。

26.根据权利要求15所述的方法，其中，所述流体可包含溶剂，所述溶剂包括水，蒸汽，氧气，天然气，二氧化碳，一氧化碳，甲烷、氮，氢，含氧碳氢化合物以及其组合中至少一者。

27.根据权利要求15所述的方法，还包括利用布置在所述注入井眼内的所述设备来控制储藏压力。

28.根据权利要求15所述的方法，还包括利用布置在与所述储藏连通的生产井眼处的压力控制装置来控制储藏压力。