CN104790925A - 一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，包括：水力引射系统、锅炉燃烧系统、稠油开采系统、采出液分离系统和泡沫发生系统；所述水力引射系统、采出液分离系统和稠油开采系统分别与所述锅炉燃烧系统相连；所述稠油开采系统通过稠油井组与所述采出液分离系统相连；所述泡沫发生系统与所述稠油开采系统相连。本发明在锅炉中产生的烟气不需要降温处理，可直接在高压水的引射下进入锅炉进行加热，提高了热量利用率，节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统及工艺方法，属于稠油热采和烟道气捕集、利用与埋存的技术领域。
背景技术
稠油，国际上常称为重油及沥青，其突出特点是胶质沥青质含量高，因而原油粘度很高，流动困难，开采难度很大。我国稠油的特点是胶质含量高达20％～40％，沥青含量较少，一般0～5％，因而与国外的稠油相比，粘度高，而相对密度低。我国稠油资源分布广阔，储量丰富，陆上稠油资源约占石油总资源量的20％以上。
稠油自上个世纪60年代开始工业化生产，在短短的50多年时间里，稠油开发技术取得了显著成效。就目前技术而言，稠油开采可分为热采和冷采两大类。其中，热力采油是一项大幅度提高稠油油藏采收率的技术，它始于上世纪初，经过几十年的攻关创新，目前的热力采油技术已发展成为包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、火烧油层等多种方法的综合性技术。众多热采技术中，蒸汽吞吐和蒸汽驱是使用范围最广、生产规模最大的方法。目前世界上有近80％的热采产量是通过这两种方式来获得的。
稠油热采过程不可避免地将会产生大量锅炉烟气，将这部分烟气直接排放到大气中不仅会加剧温室效应，还会由于烟气的排放将会携带大量热量，造成能源浪费。并且随着2015年新环保法的出台及大气污染防治法的修订，将会进一步加大对锅炉烟气排放的控制。在此大背景下，蒸汽-烟气辅助稠油开采技术将会凭借其自身所具有的优势进一步在稠油热采领域推广应用。
中国专利CN103233709B发明了一种基于二氧化碳辅助SAGD开采超稠油油藏的CCUS系统及方法，通过该发明将能实现稠油开采过程中的“二氧化碳零排放”、“含油污水零排放”、“含油污泥零排放”的三个零排放目标。但是该方法中需要将锅炉烟气进行净化分离，将分离得到的二氧化碳、氮气分别再利用。仔细分析可以发现，之所以需要将锅炉烟气进行净化分离，也是迫于现场注入工艺限制。锅炉中排放出的烟气温度较高，一般在140℃～250℃，并且烟气中含有粉尘颗粒、氮氧化物、二氧化硫等物质，无法直接进入压缩机进行压缩，从而无法达到现场施工所需的注入压力，从而导致目前在油气田开采领域实现对烟气利用、埋存过程中需要对其进行净化分离处理，提高了投资成本，进而限制了该种技术在稠油热采领域的推广应用。
中国专利CN103775042A提出了一种基于富氧锅炉生产高温高压蒸汽-烟气的系统及方法，利用富氧锅炉使得燃料成分燃烧，提高锅炉烟气中二氧化碳浓度，利用蒸汽与烟气混注或是段塞式注入的方式实现蒸汽-烟气的注入。但是，该专利并未从根本上解决锅炉烟气直接增压问题，仍需将锅炉烟气进行净化，然后再压缩，工艺设备复杂，投资较大；另一方面，在蒸汽-烟气混注时，未曾考虑注入过程中蒸汽冷凝与烟气混合所带来的腐蚀问题，腐蚀的发生不仅会导致生产成本的增加，严重时还会危及现场施工安全。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统。
本发明还提供一种利用上述系统进行稠油开采的工艺方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，包括：水力引射系统、锅炉燃烧系统、稠油开采系统、采出液分离系统和泡沫发生系统；
所述水力引射系统、采出液分离系统和稠油开采系统分别与所述锅炉燃烧系统相连；所述稠油开采系统通过稠油井组与所述采出液分离系统相连；所述泡沫发生系统与所述稠油开采系统相连。
根据本发明优选的，所述水力引射系统，包括注水泵、水力引射器和引风机，所述水力引射器包括依次连接的高压流体室、混合腔和低压流体室；其中水力引射器内壁均采用耐压、耐温、耐腐蚀不锈钢制成；所述注水泵用于将流体水增压注入水力引射器的高压流体室，所述高压流体室经喷嘴进入所述混合腔，在所述混合腔中流体水与来自低压流体室中烟气混合，形成高压水、烟气混合流体进入锅炉的锅筒中。
根据本发明优选的，所述锅炉燃烧系统包括锅炉，所述锅炉包括锅筒和炉膛，锅筒为不锈钢材料制造，满足本系统所需的耐压、耐腐蚀需要；所述锅筒的入口端与所述混合腔相连，所述锅筒的出口端与所述稠油开采系统相连；所述炉膛的出烟口与所述采出液分离系统汇合后通过引风机与所述低压流体室相连。
根据本发明优选的，所述稠油开采系统，包括井口管控，所述井口管控包括两个进料管和注井管，所述两个进料管端分别与所述锅筒和泡沫发生系统相连通，所述注井管与稠油井组相连通。
根据本发明优选的，所述采出液分离系统，包括气液分离器，所述稠油井组的原油采出液通过管路与所述气液分离器的底部连通，所述气液分离器的顶部通过管路与所述炉膛的出烟口汇合后通过引风机与所述低压流体室相连。
根据本发明优选的，所述锅炉为燃煤锅炉或燃气锅炉。
根据本发明优选的，所述泡沫发生系统包括高温起泡剂注入泵。本发明所采用的泡沫发生系统为地面高温起泡剂与蒸汽-烟气混合流体段塞式注入、地下起泡的方式产生泡沫，进行调剖封堵。
一种利用上述系统进行稠油开采的工艺方法，包括步骤如下：
1)根据稠油井组的开采需要，向其注入蒸汽、烟气混合流体和高温起泡溶液；
2)通过水力引射器，利用注水泵泵入高压水，将低压流体室中的烟气引射进入混合腔，形成高压水、烟气混合流体；
3)高压水-烟气混合流体进入锅炉的锅筒，在锅炉加热作用下形成蒸汽、烟气混合流体；
4)蒸汽-烟气混合流体经蒸汽、烟气混合流体输送管路、井口管控注入稠油井组，辅助稠油开采；
5)原油采出液进入气液分离器，分离出的烟气经管路、引风机进入低压流体室，进行回收再利用；
6)当蒸汽、烟气辅助稠油开采时出现气窜需要调剖封堵时，开启高温起泡剂注入泵，将高温起泡剂与蒸汽、烟气混合流体段塞式注入稠油井组中进行封窜。提高其波及系数。
本发明的优点及突出性效果：
1、锅炉中产生的烟气不需要降温处理，可直接在高压水的引射下进入锅炉进行加热，提高了热量利用率，节约能源；
2、锅炉中产生的烟气不需要进行除尘等工艺处理。以往之所以需要对烟气进行除尘等工艺处理很大程度上是压缩机工作要求，而本发明通过水力引射器实现对烟气的增压，从而从根本上解决了对烟气除尘等工艺处理的要求，简化了现场施工工艺，节约了投资成本；
3、锅炉中产生的烟气不需要进行脱硫、脱硝等工艺处理。以往之所以需要对烟气进行脱硫、脱硝等工艺处理很大程度上是基于防腐蚀需要，而本发明将水力引射器及锅炉锅筒内部采用耐腐蚀不锈钢材料加工，使其满足耐腐蚀要求，然后通过压力控制，使得锅炉所产生的蒸汽-烟气混合流体中，利用烟气分压，降低烟气结露点，进而保证在蒸汽-烟气混合流体输送过程及注入地下过程中无冷凝水析出，从而满足烟气输送及注入过程中的防腐蚀要求。
4、利用水易于增压的特性，结合水力引射器实现高压水对烟气的增压，并且通过调节高压水的压力、水力引射器的喷嘴尺寸、引射系数等参数，实现对水-烟气混合流体压力的调节，进而调节蒸汽-烟气混合流体的压力，满足现场施工需要。
5、利用水力引射器实现高压水引射烟气过程中，通过调节水压、喷嘴尺寸、引射系数等参数，可以实现高压水引射烟气量的调节，满足油田现场不同烟气注入量的需求。
6、高温起泡剂与蒸汽-烟气混合流体的段塞式注入，既能满足注入井柱的防腐蚀需求，又能实现对地层非均质性的调剖，增大蒸汽-烟气混合流体的波及系数，提高其利用效率。
7、采用水力引射技术，利用高压水流引射烟气，形成高压水-烟气混合流体；
8、采用耐腐蚀锅筒，利用锅炉对高压水-烟气混合流体进行加热，形成高压蒸汽-烟气混合流体；
9、采用气液分离技术，将采出液中的烟气分离、回注至水力引射器中，实现烟气零排放；
10、采用高温起泡剂与蒸汽-烟气混合流体段塞式注入、地下起泡的方法，既能实现对地层非均质性的调剖封堵，又能满足注入管柱的防腐蚀要求。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于水力引射技术的蒸汽-烟气辅助稠油开采系统及方法示意图。
1—水；2—注水泵；3—高压流体室；4—水力引射器；5—高压水-烟气混合流体；6—混合腔；7—低压流体室；8—烟气；9—引风机；10—锅炉；11—锅筒；12—蒸汽-烟气混合流体；13—炉膛；14—烟气；15—阀门；16—阀门；17—阀门；18—蒸汽-烟气混合流体输送管路；19—井口管控；20—稠油井组；21—原油采出液；22—气液分离器；23—烟气；24—高温起泡剂注入泵；25—高温起泡剂溶液。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图进一步说明本发明，但不限于此。
实施例1、
如图1所示。
一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，包括：水力引射系统、锅炉燃烧系统、稠油开采系统、采出液分离系统和泡沫发生系统；
所述水力引射系统、采出液分离系统和稠油开采系统分别与所述锅炉燃烧系统相连；所述稠油开采系统通过稠油井组20与所述采出液分离系统相连；所述泡沫发生系统与所述稠油开采系统相连。
所述水力引射系统，包括注水泵2、水力引射器4和引风机9，所述水力引射器4包括依次连接的高压流体室3、混合腔6和低压流体室7；其中水力引射器内壁均采用耐压、耐温、耐腐蚀不锈钢制成；所述注水泵2用于将流体水增压注入水力引射器4的高压流体室3，所述高压流体室3经喷嘴进入所述混合腔6，在所述混合腔6中流体水与来自低压流体室7中烟气8混合，形成高压水、烟气混合流体5进入锅炉的锅筒11中。
所述锅炉燃烧系统包括锅炉10，所述锅炉10包括锅筒11和炉膛13，锅筒11为不锈钢材料制造，满足本系统所需的耐压、耐腐蚀需要；所述锅筒11的入口端与所述混合腔6相连，所述锅筒11的出口端与所述稠油开采系统相连；所述炉膛13的出烟口与所述采出液分离系统汇合后通过引风机9与所述低压流体室7相连。
所述稠油开采系统，包括井口管控19，所述井口管控19包括两个进料管和注井管，所述两个进料管端分别与所述锅筒11和泡沫发生系统相连通，所述注井管与稠油井组20相连通。
所述采出液分离系统，包括气液分离器22，所述稠油井组20的原油采出液21通过管路与所述气液分离器22的底部连通，所述气液分离器22的顶部通过管路与所述炉膛13的出烟口汇合后通过引风机9与所述低压流体室7相连。
所述锅炉10为燃煤锅炉或燃气锅炉。
所述泡沫发生系统包括高温起泡剂注入泵24。本发明所采用的泡沫发生系统为地面高温起泡剂与蒸汽-烟气混合流体段塞式注入、地下起泡的方式产生泡沫，进行调剖封堵。
实施例2、
一种利用如实施例1所述系统进行稠油开采的工艺方法，包括步骤如下：
1)根据稠油井组20的开采需要，向其注入蒸汽、烟气混合流体12和高温起泡溶液25；
2)通过水力引射器4，利用注水泵2泵入高压水，将低压流体室7中的烟气8引射进入混合腔6，形成高压水、烟气混合流体5；
3)高压水-烟气混合流体5进入锅炉10的锅筒11，在锅炉10加热作用下形成蒸汽、烟气混合流体12；
4)蒸汽-烟气混合流体12经蒸汽、烟气混合流体输送管路18、井口管控19注入稠油井组20，辅助稠油开采；
5)原油采出液21进入气液分离器22，分离出的烟气23经管路、引风机9进入低压流体室7，进行回收再利用；
6)当蒸汽、烟气辅助稠油开采时出现气窜需要调剖封堵时，开启高温起泡剂注入泵24，将高温起泡剂与蒸汽、烟气混合流体12段塞式注入稠油井组20中进行封窜。提高其波及系数。
Claims (8)
1.一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，其特征在于，所述开采系统包括：水力引射系统、锅炉燃烧系统、稠油开采系统、采出液分离系统和泡沫发生系统；
所述水力引射系统、采出液分离系统和稠油开采系统分别与所述锅炉燃烧系统相连；所述稠油开采系统通过稠油井组与所述采出液分离系统相连；所述泡沫发生系统与所述稠油开采系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，其特征在于，所述水力引射系统，包括注水泵、水力引射器和引风机，所述水力引射器包括依次连接的高压流体室、混合腔和低压流体室；所述注水泵用于将流体水增压注入水力引射器的高压流体室，所述高压流体室经喷嘴进入所述混合腔，在所述混合腔中流体水与来自低压流体室中烟气混合，形成高压水、烟气混合流体进入锅炉的锅筒中。
3.根据权利要求2所述的一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，其特征在于，所述锅炉燃烧系统包括锅炉，所述锅炉包括锅筒和炉膛，所述锅筒的入口端与所述混合腔相连，所述锅筒的出口端与所述稠油开采系统相连；所述炉膛的出烟口与所述采出液分离系统汇合后通过引风机与所述低压流体室相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，其特征在于，所述稠油开采系统，包括井口管控，所述井口管控包括两个进料管和注井管，所述两个进料管端分别与所述锅筒和泡沫发生系统相连通，所述注井管与稠油井组相连通。
5.根据权利要求3所述的一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，其特征在于，所述采出液分离系统，包括气液分离器，所述稠油井组的原油采出液通过管路与所述气液分离器的底部连通，所述气液分离器的顶部通过管路与所述炉膛的出烟口汇合后通过引风机与所述低压流体室相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，其特征在于，所述锅炉为燃煤锅炉或燃气锅炉。
7.根据权利要求1所述的一种基于水力引射技术的蒸汽、烟气辅助稠油开采系统，其特征在于，所述泡沫发生系统包括高温起泡剂注入泵。
8.一种利用如权利要求1-7任意一项所述系统进行稠油开采的工艺方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：
1)根据稠油井组的开采需要，向其注入蒸汽、烟气混合流体和高温起泡溶液；
2)通过水力引射器，利用注水泵泵入高压水，将低压流体室中的烟气引射进入混合腔，形成高压水、烟气混合流体；
3)高压水-烟气混合流体进入锅炉的锅筒，在锅炉加热作用下形成蒸汽、烟气混合流体；
4)蒸汽-烟气混合流体经蒸汽、烟气混合流体输送管路、井口管控注入稠油井组，辅助稠油开采；
5)原油采出液进入气液分离器，分离出的烟气经管路、引风机进入低压流体室，进行回收再利用；
6)当蒸汽、烟气辅助稠油开采时出现气窜需要调剖封堵时，开启高温起泡剂注入泵，将高温起泡剂与蒸汽、烟气混合流体段塞式注入稠油井组中进行封窜。
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