CN103452538B - 纯氧天然气复合热载体发生器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它包括纯氧天然气复合热载体发生器，所述纯氧天然气复合热载体发生器输入端分别与纯氧管路、天然气管路和水管路相连接，所述纯氧天然气复合热载体发生器输出端通过复合热载体输送管线与油层相连接，所述复合热载体输送管线包括通过管路依次连接的纯氧燃烧室（29）、循环水温度传感器（30）、热载体气化室（31）、热载体压力变送器（32）和热载体温度传感器（33）、热载体安全旁通装置（34）、热载体安全排空装置（35）。本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，能够有效降低运行成本，在实现零碳排放和节能减排的同时除去了空气中的氮气，在稠油SAGD技术中减少氮气气窜。

Description

纯氧天然气复合热载体发生器系统

技术领域

本发明涉及一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，属采油工艺技术领域。

背景技术

向油层注入饱和水蒸汽进行稠油热采是世界各国普遍采用的方法之一，分别向油层注入二氧化碳、氮气等也成为目前世界各国开展原油增产和提高采收率技术的新突破，并都已取得一定的采油效果和经济效益，高压空气与高压天然气燃烧生成的复合热载体注入油层提高原油采收率也已在国内各个油田开始应用，提高原油采收率和单井产能效果更加显著。

纯氧-天然气复合热载体发生器是用富氧机产生氧气，通过富氧压缩增压机将纯氧增压与高压天然气密闭燃烧，生成含高温二氧化碳及水蒸气的复合热载体，携带燃烧热量，该工艺技术复合热载体发生器的热效率高达97%以上，通过掺混水汽化并调节输出温度，再经注热管线全部注入油层，综合提高原油采收率和单井产能，零碳排放、节能环保。输出的复合热载体确保按照注入参数要求调节温度、流量及总量通过注热管道注入油层，综合提高采收率和单井产能。

由于复合热载体中，二氧化碳对原油具有溶解作用和弹性驱动作用，水蒸汽对原油具有热力作用，在现有普通热采基础上，仍可提高原油采收率10%以上。并且纯氧—天然气型复合热载体中没有氮气成分，相同注热温度条件下，燃料质量相同与空气型相比有5.8倍二氧化碳含热量将由更多的水蒸气带入油层，因此不仅稠油热采效果显著，同时避免了氮气含量高时用复合热载体做SAGD采油技术出现的气窜缺陷，并且在除去或调低热载体中氮气情况下，原油热采工艺更加丰富，与普通复合热载体原油热采共同原油储量达数十亿吨以上，显然，如能将现有油田采收率提高1％，就等于又发现了一个大油田，其意义十分重大。同时复合热载体温度、压力、流量的可靠控制是油田有效补充地层能量的可靠技术。

目前，复合热载体发生器一般以柴油作为主要燃料运行，虽然在提高采收率和综合效益上与一般增油技术比有很高的性价比，但是柴油仍然属于成本比较高的燃料；在有天然气供应的油藏矿区，天然气成本低于柴油；在有伴生气出产的油藏矿区多将伴生气对空燃烧直接排放，既浪费了燃料又污染环境；

因此，天然气/伴生气作为燃料则具有低廉的运行成本，在有天然气供应或伴生气出产的油藏用燃气复合热载体发生器高效增油有更广阔的市场价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它利用天然气或油田采油产生的伴生气作为燃料，在普通复合热载体和纯氧柴油复合热载体综合提高原油采收率和单井产能的技术上，在有条件的矿区能够有效降低运行成本，在实现零碳排放和节能减排的同时除去了空气中的氮气，在稠油SAGD技术中减少氮气气窜，而且避免了在高温燃烧3000℃以上爆燃氮气参与化学反应产生氮氧化物影响注气系统。

本发明的目的是这样实现的：一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它包括由纯氧燃烧室和热载体气化室组成的纯氧天然气复合热载体发生器，所述纯氧天然气复合热载体发生器输入端分别与纯氧管路、天然气管路和水管路相连接，所述纯氧管路上依次设置有纯氧压力传感器、纯氧截止阀、Ⅰ号纯氧气动球阀和纯氧温度控制系统、Ⅱ号纯氧流量调节阀、Ⅲ号纯氧气动球阀、纯氧质量流量计、发生器入口压力变送器和单向止回阀，所述天然气管路上依次设置有天然气压力变送器、天然气截止阀、Ⅰ号天然气气动球阀、天然气温度控制系统、Ⅱ号天然气流量调节阀、Ⅲ号天然气气动球阀、天然气质量流量计、天然气发生器入口压力变送器和天然气发生器入口单向止回阀，所述水管路上依次设置有水过滤装置、水流量输出增压泵、水溢流装置、水质量流量计、水路发生器入口压力变送器和水单向止回阀，所述纯氧天然气复合热载体发生器输出端通过复合热载体输送管线与油层相连接，所述复合热载体输送管线包括通过管路依次连接的纯氧燃烧室、循环水温度传感器、热载体气化室、热载体压力变送器、热载体温度传感器、热载体安全旁通装置、热载体安全排空装置、热载体安全排空节流装置、热载节流装置、热载体单向止回阀和热载体截止阀。

所述纯氧管路和天然气管路均与调节管路相并联，所述调节管路上依次设置有控制气源调压阀、控制气源压力指示计、控制气源油气分离器和控制气源压力变送器。

所述复合热载体输送管线并联有药剂注入系统，所述药剂注入系统包括通过管路依次连接的热载体药剂系统供水泵、热载体药剂泵、热载体药剂系统搅拌装置、热载体药剂系统节流阀、热载体药剂系统过滤装置、热载体药剂流量输出泵、热载体药剂流量系统溢流装置、热载体药剂流量系统单向阀和热载体药剂流量系统截止阀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它利用天然气或油田采油产生的伴生气作为燃料，在普通复合热载体和纯氧（柴油）复合热载体综合提高原油采收率和单井产能的技术基础上，在富产天然气或伴生气的矿区既能够降低运行成本，实现零碳排放和节能减排，又防止氮气含量高引起气窜，适用于SAGD技术对稠油和油砂开采。

附图说明

图1为本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统的示意图。

图2为本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统流量调节系统原理示意图。

图3为本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统纯氧流量调节示意图。

图4为本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统天然气流量调节示意图。

图5为本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统供水系统示意图。

图6为本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统安全控制系统示意图。

图7为本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统药剂拌注供应系统示意图。

其中：

纯氧压力传感器1

纯氧截止阀2

Ⅰ号纯氧气动球阀3

纯氧温度控制系统4

Ⅱ号纯氧流量调节阀5

Ⅲ号纯氧气动球阀6

纯氧质量流量计7

发生器入口纯氧压力变送器8

单向止回阀9

控制气源调压阀10

控制气源压力指示计11

控制气源油气分离器12

控制气源压力变送器13

天然气压力变送器14

天然气截止阀15

Ⅰ号天然气气动球阀16

天然气温度控制系统17

Ⅱ号天然气流量调节阀18

Ⅲ号天然气气动球阀19

天然气质量流量计20

天然气发生器入口压力变送器21

天然气发生器入口单向止回阀22

水过滤装置23

水流量输出增压泵24

水溢流装置25

水质量流量计26

水路发生器入口压力变送器27

水单向止回阀28

纯氧燃烧室29

循环水温度传感器30

热载体气化室31

热载体压力变送器32

热载体温度传感器33

热载体安全旁通装置34

热载体安全排空装置35

热载体安全排空节流装置36

热载节流装置37

热载体单向止回阀38

热载体截止阀39

热载体药剂系统供水泵40

热载体药剂泵41

热载体药剂系统搅拌装置42

热载体药剂系统节流阀43

热载体药剂系统过滤装置44

热载体药剂流量输出泵45

热载体药剂流量系统溢流装置46

热载体药剂流量系统单向阀47

热载体药剂流量系统截止阀48。

具体实施方式

参见图1，本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它包括由纯氧燃烧室29和热载体气化室31组成的纯氧天然气复合热载体发生器，所述纯氧天然气复合热载体发生器输入端分别与纯氧管路、天然气管路和水管路相连接，所述纯氧管路上依次设置有纯氧压力传感器1、纯氧截止阀2、Ⅰ号纯氧气动球阀3和纯氧温度控制系统4、Ⅱ号纯氧流量调节阀5、Ⅲ号纯氧气动球阀6、纯氧质量流量计7、发生器入口压力变送器8和单向止回阀9，所述天然气管路上依次设置有天然气压力变送器14、天然气截止阀15、Ⅰ号天然气气动球阀16、天然气温度控制系统17、Ⅱ号天然气流量调节阀18、Ⅲ号天然气气动球阀19、天然气质量流量计20、天然气发生器入口压力变送器21和天然气发生器入口单向止回阀22，所述纯氧管路和天然气管路均与调节管路相并联，所述调节管路上依次设置有控制气源调压阀10、控制气源压力指示计11、控制气源油气分离器12和控制气源压力变送器13，所述水管路上依次设置有水过滤装置23、水流量输出增压泵24、水溢流装置25、水质量流量计26、水路发生器入口压力变送器27和水单向止回阀28，所述纯氧天然气复合热载体发生器输出端通过复合热载体输送管线与油层相连接，所述复合热载体输送管线包括通过管路依次连接的纯氧燃烧室29、循环水温度传感器30、热载体气化室31、热载体压力变送器32、热载体温度传感器33、热载体安全旁通装置34、热载体安全排空装置35、热载体安全排空节流装置36、热载节流装置37、热载体单向止回阀38和热载体截止阀39，所述复合热载体输送管线并联有药剂注入系统，所述药剂注入系统包括通过管路依次连接的热载体药剂系统供水泵40、热载体药剂泵41、热载体药剂系统搅拌装置42、热载体药剂系统节流阀43、热载体药剂系统过滤装置44、热载体药剂流量输出泵45、热载体药剂流量系统溢流装置46、热载体药剂流量系统单向阀47和热载体药剂流量系统截止阀48，输出的热载体按照工艺要求的一定的比例拌注药剂从发生器出口，连接地面注热管线经井口采油树注入油层。

本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它通过Ⅱ纯氧流量调节阀5和纯氧质量流量计7控制输入纯氧，通过天然气流量调节阀18及天然气质量流量计20调节燃油质量，通过水流量输出增压泵24、水质量流量计26控制汽化水质量流量，通过热载体温度传感器33监控实测输出热载体温度，实现高温高压燃气复合热载体温度调节、高温高压复合热载体流量控制。纯氧天然气复合热载体发生器生成的高温高压复合热载体主要成分仅含二氧化碳和水蒸气，并通过掺混汽化水控制输出热载体温度，高效综合利用二氧化碳及燃烧热量提高原油采收率和单井产能的热采技术新工艺，其剔除氮气后形成的复合热载体防止了某些油藏开采氮气引起的气窜，更适合复合热载体SAGD技术高效开采稠油和油砂。纯氧燃烧室29和热载体气化室31组成纯氧复合热载体发生器生成的高温高压复合热载体只含二氧化碳水蒸气，减少或剔除了氮气，通过掺混汽化水控制输出热载体温度，为确保注入安全严格按照一定的余氧系数闭环控制燃烧，使输出热载体的氧含量远低于1%，最终输出热载体按照注入油层的地质工艺要求，在一定的温度和压力下，通过热载体截止阀39连接地面管线经采油树注入流量油层以满足油藏增产增油工艺要求，提高单井产能和采收率。同时为适用不同的油藏条件，在高温高压复合热载体注入过程对注入流量按照纯氧量进行调节，给定量纯氧后自动调节天然气流量使热载体高温高压密闭燃烧充分彻底，输出二氧化碳和水蒸气；通过天然气流量精确自动调节系统实现天然气在高压条件下可以按照给定的配比，对应氧气量输入天然气保证燃烧精确；通过天然气流量精确自动调节系统的流量精确调整和系统补偿循环控制实现天然气既能在小流量高压顺利点火，又能实现高压大流量精确控制连续稳定安全燃烧；冷却水流量调节控制系统在保证燃气复合热载体发生器安全运行同时，也保证输出热载体温度可以按照工艺要求进行控制。

参见图2，本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它通过系统中纯氧压力传感器1、纯氧截止阀2、Ⅰ号纯氧气动球阀3、纯氧温度控制系统4、Ⅱ号纯氧流量调节阀5、Ⅲ号纯氧气动球阀6、纯氧质量流量计7、发生器入口纯氧压力变送器8、单向止回阀9、控制气源调压阀10、控制气源压力指示计11、控制气源油气分离器12、控制气源压力变送器13按照工艺要求调整纯氧流量调节阀5，调整纯氧天然气复合热载体发生器的点火和运行对氧气流量的要求，通过系统中天然气压力传感器14、天然气路球阀15、Ⅰ号天然气气动球阀16、天然气温度控制系统17、II号天然气流量调节阀18、III号天然气气动球阀19、天然气质量流量计20、天然气发生器入口压力变送器21、天然气发生器入口单向止回阀22、控制气源调压阀10、控制气源压力指示计11、控制气源油气分离器12、控制气源压力变送器13按照工艺要求调整天然气流量调节阀18，调整纯氧天然气复合热载体发生器点火和运行对天然气流量的要求，保证天然气和纯氧按照一定的流量按照精确的配比控制高压燃烧流量稳定。

参见图3，本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它通过纯氧入口压力变送器1、纯氧截止阀2、Ⅰ号纯氧气动球阀3、纯氧温度控制系统4、Ⅱ号纯氧流量调节阀5、Ⅲ号纯氧气动球阀6、纯氧质量流量计7、发生器入口纯氧压力变送器8、单向止回阀9及纯氧天然气复合热载体发生器在PLC按照PID计算，调节Ⅱ号纯氧流量调节阀5输出氧气流量，用纯氧质量流量计7计量，实现纯氧按照工艺流量调整，满足点火及运行要求。

参见图4，本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它通过天然气入口压力变送器4、天然气路球阀15、I号天然气路气动球阀16、天然气路温度控制系统17、II号天然气流量调节阀18、III号天然气气动球阀19、天然气质量流量计20、天然气发生器入口压力变送器21、天然气发生器入口单向止回阀22及纯氧天然气复合热载体发生器在PLC按照PID计算，调节II号天然气流量调节阀18输出天然气流量，用天然气质量流量计20计量，实现天然气按照纯氧流量比例要求提供精确的天然气流量，并实时跟踪调整天然气流量。

参见图5，本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，它由通过冷却水入口球阀、水过滤装置23、水流量输出增压泵24、水溢流装置25、球阀、水质量流量计26、水路发生器入口压力变送器27、水单向止回阀28、纯氧天然气复合热载体发生器、循环水温度传感器30、热载体压力变送器32、热载体温度传感器33、药剂水入口球阀等组成，通过水流量输出增压泵24输出冷却水流量，水质量流量计26实测冷却水流量，循环水温度传感器30和热载体温度传感器33监控冷却水温度及输出热载体温度，实现输出热载体温度满足工艺要求，同时通过水流量控制确保冷却水温度满足设备安全运行，确保燃气复合热载体发生器核心安全得以控制。

参见图6，本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器安全控制系统，它由纯氧压力传感器1、Ⅰ号纯氧气动球阀3、Ⅲ号纯氧气动球阀6、发生器入口纯氧压力变送器8、单向止回阀9、循环水温度传感器30、热载体压力变送器32、热载体温度传感器33热载体安全排空装置35、热载体安全旁通装置34、热载体单向止回阀38、热载体截止阀39、天然气路压力变送器14、I号天然气气动球阀16、II号天然气流量调节阀18、天然气发生器入口压力变送器21、天然气发生器入口单向止回阀22、水单向止回阀28、水路发生器入口压力变送器27、水溢流装置25等组成，通过纯氧压力传感器1、发生器入口纯氧压力变送器8、热载体压力变送器32、天然气路压力变送器14、天然气发生器入口压力变送器21、水路发生器入口压力变送器27等对输入纯氧、天然气、冷却水压力及输出热载体压力进行实时监控，确保系统运行压力稳定安全可靠；通过循环水温度传感器30、热载体温度传感器33对输出热载体温度和冷却水温度实时监控，保证设备按照工艺要求及安全要求的温度下运行；通过Ⅰ号纯氧气动球阀3和Ⅲ号纯氧气动球阀6保证在设备异常或报警情况下切断纯氧供应；通过I号天然气路气动球阀16和II号天然气流量调节阀18保证在设备异常或报警情况下切断天然气供应；通过单向止回阀9、热载体单向止回阀38、热载体截止阀39、天然气发生器入口单向止回阀22和水单向止回阀28等实现在设备正常或异常停机时各种流体不会倒流损坏发生器或供应系统；通过热载体安全排空节流装置、热载体安全旁通装置34、水溢流装置25等在高压报警停机时迅速泄压，保障设备。在满足注入工艺要求时实现止回、超温、超压报警停车及排空泄压，形成高温高压安全高效注入技术。

参见图7，本发明一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，通过水流量输出增压泵24、热载体药剂泵41、、热载体药剂系统搅拌装置42、热载体药剂系统节流阀43、热载体药剂系统过滤装置44、热载体药剂流量输出泵45、热载体药剂流量系统溢流装置46、热载体药剂流量系统单向阀47、热载体药剂流量系统截止阀48调兑药剂，按照流量并入复合热载体注热管线进入油层，满足注热工艺技术拌注药剂要求。

Claims (3)

1.一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，其特征在于：它包括由纯氧燃烧室（29）和热载体气化室（31）组成的纯氧天然气复合热载体发生器，所述纯氧天然气复合热载体发生器输入端分别与纯氧管路、天然气管路和水管路相连接，所述纯氧管路上依次设置有纯氧压力传感器（1）、纯氧截止阀（2）、Ⅰ号纯氧气动球阀（3）和纯氧温度控制系统（4）、Ⅱ号纯氧流量调节阀（5）、Ⅲ号纯氧气动球阀（6）、纯氧质量流量计（7）、发生器入口压力变送器（8）和单向止回阀（9），所述天然气管路上依次设置有天然气压力变送器（14）、天然气截止阀（15）、Ⅰ号天然气气动球阀（16）、天然气温度控制系统（17）、Ⅱ号天然气流量调节阀（18）、Ⅲ号天然气气动球阀（19）、天然气质量流量计（20）、天然气发生器入口压力变送器（21）和天然气发生器入口单向止回阀（22），所述水管路上依次设置有水过滤装置（23）、水流量输出增压泵（24）、水溢流装置（25）、水质量流量计（26）、水路发生器入口压力变送器（27）和水单向止回阀（28），所述纯氧天然气复合热载体发生器输出端通过复合热载体输送管线与油层相连接，所述复合热载体输送管线包括通过管路依次连接的纯氧燃烧室（29）、循环水温度传感器（30）、热载体气化室（31）、热载体压力变送器（32）、热载体温度传感器（33）、热载体安全旁通装置（34）、热载体安全排空装置（35）、热载体安全排空节流装置（36）、热载节流装置（37）、热载体单向止回阀（38）和热载体截止阀（39）。

2.根据权利要求1所述的一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，其特征在于：所述纯氧管路和天然气管路均与调节管路相并联，所述调节管路上依次设置有控制气源调压阀（10）、控制气源压力指示计（11）、控制气源油气分离器（12）和控制气源压力变送器（13）。

3.根据权利要求1或2所述的一种纯氧天然气复合热载体发生器系统，其特征在于：所述复合热载体输送管线并联有药剂注入系统，所述药剂注入系统包括通过管路依次连接的热载体药剂系统供水泵（40）、热载体药剂泵（41）、热载体药剂系统搅拌装置（42）、热载体药剂系统节流阀（43）、热载体药剂系统过滤装置（44）、热载体药剂流量输出泵（45）、热载体药剂流量系统溢流装置（46）、热载体药剂流量系统单向阀（47）和热载体药剂流量系统截止阀（48）。