CN107701159B - 富氧助燃稠油井注气系统及注气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富氧助燃稠油井注气系统及注气方法，包括燃料油管路、富氧空气管路、燃烧器及水供给系统；燃料油管路包括轻/重油一体式自加热油箱、切换阀及高压油泵；富氧空气管路包括气体混合器、空气压缩机、变压吸附式制氧机、氧气流量电磁阀、空气流量电磁阀及氧气浓度检测仪。本发明的富氧助燃稠油井注气系统利用重油、柴油、轻油、稠油作为燃料与制备的富氧空气燃烧，而本发明的富氧空气制备可以实现不同富氧浓度下注气量保持高负荷运行，因此，可以显著提高该系统注气效率，从而提高了燃烧效率和热焓值，并能减少燃烧器积碳，大幅度延长了设备使用寿命，极大地降低了运行成本。
Description
技术领域
本发明属于采油工艺技术领域，具体涉及一种富氧助燃稠油井注气系统及注气方法。
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。高温高压复合热载体发生器通过密闭燃烧生成的复合热载体含高温的氮气、二氧化碳及水蒸气，并携带燃烧热量，该工艺技术复合热载体发生器的热效率为95％，通过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，氮气对原油具有弹性驱动作用，水蒸汽对原油具有热力作用，在现有基础上，仍可提高原油采收率10％以上。复合热载体不仅适用于稠油热采，同时也是作为接替技术我国三次采油新技术，我国适用三次采油的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、流量的可靠控制也成为低渗透油田，有效补充地层能量的可靠技术。
虽然现有的多元热流体采油工艺在使用中对提高稠油采收率起到了一定的效果，但是仍然存在以下问题：
1、柴油燃料成本较高，燃烧效率低，热焓值低，导致系统的水蒸气注气量无法达到最高值仅为设计值1/3；
2、现有多元热流体技术虽然可以原油为燃料，但主要是以轻质原油为燃料，然而此种多元热流体设备主要是针对稠油井进行注气，如果能够将采出的稠油经过简单处理直接作为燃料，那将极大降低燃料油成本以及燃料油运输成本；
3、纯氧柴油型复合热载体发生器系统，由于使用的是纯氧，原料气中没有氮气，导致复合热载体中仅有二氧化碳和水蒸气没有氮气成分，而氮气对提高原油采收率的作用已得到广泛认证。如：氮气的压缩膨胀作用能改变原油流动形态，增加原油流动性；氮气导热系数低，阻隔蒸汽向上覆盖岩层扩散，减少热损失,提高热利用率；氮气的压缩和膨胀作用能补充地层能量，维持系统压力等。
并且由于没有氮气的存在，二氧化碳的分压要增加许多，而二氧化碳对采油管道的腐蚀随着其分压的增加而显著加强。
4、现有PSA变压吸附富氧工艺，由于空压机和PSA制氧机是串联运行，富氧空气量随着氧气浓度的变化而出现较大的波动，注气总量无法满足高负荷运行，因而注气效率会降低。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能适用轻油、柴油、重油、稠油等多种燃料的富氧助燃稠油井注气系统及注气方法，既能大幅度降低燃料油成本，又可以增加燃料的燃烧效率，同时又能保证注气量的高负荷运行。
为实现上述目的，本发明所设计的富氧助燃稠油井注气系统，包括燃料油管路、富氧空气管路、燃烧器及水供给系统；
所述燃料油管路包括轻/重油一体式自加热油箱、切换阀及高压油泵，所述轻/重油一体式自加热油箱的重油/稠油管路与所述切换阀的第一进油口相连，所述轻/重油一体式自加热油箱的轻油/柴油管路与所述切换阀的第二进油口相连，所述切换阀的出油口与所述高压油泵相连，所述高压油泵与所述燃烧器的进油口相连；
所述富氧空气管路包括气体混合器、通过空气流量电磁阀与所述气体混合器空气进气口相连的空气压缩机及通过氧气流量电磁阀与所述气体混合器氧气进气口相连的变压吸附式制氧机，所述气体混合器的出气口经过氧气浓度检测仪与所述燃烧器的进气口相连，且所述氧气浓度检测仪的氧气浓度反馈信号分别传输至所述氧气流量电磁阀和所述空气流量电磁阀；
所述水供给系统与所述燃烧器的进水口相连。
进一步地，所述轻/重油一体式自加热油箱的重油/稠油管路与所述切换阀的第一进油口之间设置有第一自清洁过滤器，所述轻/重油一体式自加热油箱的轻油/柴油管路与所述切换阀的第二进油口之间设置有第二自清洁过滤器。
进一步地，所述高压油泵与所述燃烧器之间布置有二级电加热器。
进一步地，所述氧气浓度检测仪与所述燃烧器的进气口之间设置有高压增压机。
进一步地，所述空气流量电磁阀与所述气体混合器空气进气口之间设置有空气流量监测仪。
进一步地，所述氧气流量电磁阀与所述气体混合器氧气进气口之间设置有氧气流量监测仪。
一种如上述所述富氧助燃稠油井注气系统的注气方法如下：
1)将轻油/柴油注入到轻/重油一体式自加热油箱的轻油腔内，将重油/稠油注入到轻/重油一体式自加热油箱的重油腔内；
2)打开空气流量电磁阀和氧气流量电磁阀，启动空气压缩机、变压吸附式制氧机及水供给系统，使制备的富氧空气和水进入燃烧器；在系统点火时，将切换阀切换到轻油/柴油管路将轻油/柴油经高压油泵注入燃烧器并与富氧空气混合燃烧，与水接触换热气化后生产多元热流体注入到油井中；同时，启动轻/重油一体式自加热油箱中的水浴加热系统；
3)将重油/稠油加热到预设温度之后，将切换阀切换到重油/稠油管路，重油/稠油经过高压油泵输送至燃烧器中燃烧；
4)在停炉之前，通过切换阀将重油/稠油管路切换至轻油/柴油管路，并关闭空气压缩机、变压吸附式制氧机及水供给系统。
进一步地，所述步骤1)中，制备的富氧空气通过高压增压机增压后输送至燃烧器中。
进一步地，所述步骤3)中，重油/稠油经过高压油泵后输送至二级电加热器，对重油/稠油加热直至雾化后输送至燃烧器中。
进一步地，所述柴油、轻油、重油及稠油在常温下的粘度范围为10～30000mpa·s。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、空气压缩机和PSA制氧机分别与气体混合器连接，能够实现富氧空气氧气浓度的大范围内连续调节(即调节范围21％～90％)，可以满足不同工况条件下对富氧空气浓度的要求，且调节的过程中可实现富氧空气流量稳定，更加节能环保、操作简单；
2、本发明的富氧助燃稠油井注气系统利用重油、柴油、轻油、稠油作为燃料与制备的富氧空气燃烧，而本发明的富氧空气制备可以实现不同富氧浓度下注气量保持高负荷运行，因此，可以显著提高该系统注气效率，从而提高了燃烧效率和热焓值，并能减少燃烧器积碳，大幅度延长了设备使用寿命，极大地降低了运行成本；
3、利用多元热流体中氮气、二氧化碳和水蒸气的协同效应，通过加热和气体溶解降粘、气体增压、气体扩大加热范围和减少热损失、气体辅助原油重力驱等机理来开采原油，提高了稠油的采收率。
附图说明
图1为本发明富氧助燃稠油井注气系统的流程示意图。
图中各部件标号如下：轻/重油一体式自加热油箱1、空气压缩机2、变压吸附式制氧机3、第一自清洁过滤器4、第二自清洁过滤器5、空气流量电磁阀6、氧气流量电磁阀7、切换阀8、高压油泵9、二级电加热器10、空气流量监测仪11、氧气流量监测仪12、气体混合器13、氧气浓度检测仪14、燃烧器15、高压增压机16、水供给系统17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示为富氧助燃稠油井注气系统，包括燃料油管路、富氧空气管路、燃烧器及水供给系统；其中，燃料油管路包括轻/重油一体式自加热油箱1、第一自清洁过滤器4、第二自清洁过滤器5、切换阀8、高压油泵9及二级电加热器10，轻/重油一体式自加热油箱1的重油/稠油管路经过第一自清洁过滤器4与切换阀8的第一进油口相连，轻/重油一体式自加热油箱1的轻油/柴油管路经过第二自清洁过滤器5与切换阀8的第二进油口相连，切换阀8的出油口与高压油泵9相连，高压油泵9经过二级电加热器10与燃烧器15的进油口相连；
富氧空气管路包括气体混合器13、空气流量电磁阀6、氧气流量电磁阀7、空气压缩机2、变压吸附式制氧机(PSA制氧机)3、氧气浓度检测仪14、空气流量监测仪11、氧气流量监测仪12及高压增压机16。空气压缩机2通过空气流量电磁阀6与气体混合器13空气进气口相连，PSA制氧机3通过氧气流量电磁阀7与气体混合器13氧气进气口相连，氧气浓度检测仪14与气体混合器13出气口相连，氧气浓度检测仪14经过高压增压机16与燃烧器15的进气口相连；并且，空气流量监测仪11布置在空气流量电磁阀6与气体混合器13空气进气口之间，氧气流量监测仪12布置在氧气流量电磁阀7与气体混合器13氧气进气口之间；同时，氧气浓度检测仪14的氧气浓度反馈信号分别传输至氧气流量电磁阀7和空气流量电磁阀6。
另外，水供给系统17与燃烧器15的进水口相连。
PSA制氧机3制备的氧气经氧气流量电磁阀7和氧气流量监测仪12调节到一定的流量进入到气体混合器13中，空气压缩机2制备的压缩空气经空气流量电磁阀6和空气流量监测仪11调节到一定的流量之后到气体混合器13，高纯氧气(氧气浓度为90％)和压缩空气在气体混合器13中充分混合均匀之后从气体混合器13的出气口流出经氧气浓度检测仪14检测其富氧空气的氧气浓度是否到达所需的氧气浓度。若富氧空气的浓度不是所需的浓度，通过氧气浓度检测仪14将氧气浓度反馈信号连锁反馈给空气流量电磁阀6和氧气流量电磁阀7，实现自动连续调节，并通过空气流量监测仪11和氧气流量监测仪12实时显示空气和氧气流量，使气体混合器13出来的富氧空气的氧气浓度为所需的氧气浓度。
空气压缩机2和PSA制氧机3分别于气体混合器13连接，能够实现富氧空气氧气浓度的大范围内连续调节，富氧空气氧气浓度可调节范围21～90％，可以满足不同工况条件下对富氧空气浓度的要求，且调节的过程中可实现富氧空气流量稳定，更加节能环保，操作简单。而传统的富氧制备，由于采用空气压缩机和PSA制氧机串联方式，当提高氧浓度时，总的气体流量减少，而降低氧气浓度时，总的气体流量增大，因而无法实现注气流量的连续稳定调节控制，因而无法实现注气量的最高负荷运行。但本发明的富氧空气制备可以实现在任何氧气浓度下、富氧空气流量始终保持最高值，因此，提高了注气效率，缩短了注气操作时间。
上述富氧助燃稠油井注气系统的注气方法如下：
实施例1
1)将轻油/柴油注入到轻/重油一体式自加热油箱的轻油腔内，将油井采出的重油(常温下粘度为3000mpa·s)注入到轻/重油一体式自加热油箱的重油腔内；
2)打开空气流量电磁阀和氧气流量电磁阀，启动空气压缩机、变压吸附式制氧机及水供给系统，使制备的富氧空气通过高压增压机增压后输送至燃烧器，水经过水供给系统进入燃烧器；在系统点火时，将切换阀切换到轻油/柴油管路将轻油/柴油经高压油泵注入燃烧器并与25％氧气含量的富氧空气混合燃烧，与水接触换热气化后生产多元热流体(即烟气、水蒸气和水的混合物)注入到油井中；同时，启动轻/重油一体式自加热油箱中的水浴加热系统；
3)将重油加热到70℃温度之后，将切换阀切换到重油/稠油管路，重油经过高压油泵输送至二级电加热器，二级电加热器对重油加热到90℃至所需的粘度条件后输送至燃烧器中燃烧；
4)在停炉之前，通过切换阀将重油/稠油管路切换至轻油/柴油管路，利用高压的轻油/柴油将供油系统内的重油吹扫干净，以免重油凝固将供油系统及燃烧器喷嘴堵塞，并关闭空气压缩机、变压吸附式制氧机及水供给系统。
实施例2
1)将轻油/柴油注入到轻/重油一体式自加热油箱的轻油腔内，将180号重油注入到轻/重油一体式自加热油箱的重油腔内；
2)打开空气流量电磁阀和氧气流量电磁阀，启动空气压缩机、变压吸附式制氧机及水供给系统，使制备的富氧空气通过高压增压机增压后输送至燃烧器，水经过水供给系统进入燃烧器；在系统点火时，将切换阀切换到轻油/柴油管路将轻油/柴油经高压油泵注入燃烧器并与28％氧气含量的富氧空气混合燃烧，与水接触换热气化后生产多元热流体(即烟气、水蒸气和水的混合物)注入到油井中；同时，启动轻/重油一体式自加热油箱中的水浴加热系统；
3)将重油加热到80℃温度之后，将切换阀切换到重油/稠油管路，重油经过高压油泵输送至二级电加热器，二级电加热器对重油加热到100℃至所需的粘度条件后输送至燃烧器中燃烧；
4)在停炉之前，通过切换阀将重油/稠油管路切换至轻油/柴油管路，利用高压的轻油/柴油将供油系统内的重油吹扫干净，以免重油凝固将供油系统及燃烧器喷嘴堵塞，并关闭空气压缩机、变压吸附式制氧机及水供给系统。
实施例3
1)将轻油/柴油注入到轻/重油一体式自加热油箱的轻油腔内，将稠油井采出的稠油(常温下年度为12000mpa·s)注入到轻/重油一体式自加热油箱的重油腔内；
2)打开空气流量电磁阀和氧气流量电磁阀，启动空气压缩机、变压吸附式制氧机及水供给系统，使制备的富氧空气通过高压增压机增压后输送至燃烧器，水经过水供给系统进入燃烧器；在系统点火时，将切换阀切换到轻油/柴油管路将轻油/柴油经高压油泵注入燃烧器并与30％氧气含量的富氧空气混合燃烧，与水接触换热气化后生产多元热流体(即烟气、水蒸气和水的混合物)注入到油井中；同时，启动轻/重油一体式自加热油箱中的水浴加热系统；
3)将稠油加热到90℃温度之后，将切换阀切换到重油/稠油管路，稠油经过高压油泵输送至二级电加热器，二级电加热器对稠油加热到120℃至所需的粘度条件后输送至燃烧器中燃烧；
4)在停炉之前，通过切换阀将重油/稠油管路切换至轻油/柴油管路，利用高压的轻油/柴油将供油系统内的稠油吹扫干净，以免稠油凝固将供油系统及燃烧器喷嘴堵塞，并关闭空气压缩机、变压吸附式制氧机及水供给系统。
从以上实施例可以看出，本发明系统可以满足不同粘度条件的柴油、轻油、重油、稠油等原料油的燃烧需要，与常规只能用柴油作为燃料油的系统相比，可以极大降低燃料油运行成本单台设备年节约燃料成本预计超过两百万。此外由于采用新型富氧工艺技术，可以实现不同富氧浓度下注气量保持高负荷运行，可以显著提高该系统注气效率，以及燃烧系统的燃烧效率、燃烧温度、以及提高蒸汽热焓值，并能减少燃烧器积碳，大幅度延长设备使用寿命，减少维护成本等优势。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡是在本发明的精神和原则之内的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述富氧助燃稠油井注气系统包括燃料油管路、富氧空气管路、燃烧器(15)及水供给系统(17)；
所述燃料油管路包括轻/重油一体式自加热油箱(1)、切换阀(8)及高压油泵(9)，所述轻/重油一体式自加热油箱(1)的重油/稠油管路与所述切换阀(8)的第一进油口相连，所述轻/重油一体式自加热油箱(1)的轻油/柴油管路与所述切换阀(8)的第二进油口相连，所述切换阀(8)的出油口与所述高压油泵(9)相连，所述高压油泵(9)与所述燃烧器(15)的进油口相连；
所述富氧空气管路包括气体混合器(13)、通过空气流量电磁阀(6)与所述气体混合器(13)空气进气口相连的空气压缩机(2)及通过氧气流量电磁阀(7)与所述气体混合器(13)氧气进气口相连的变压吸附式制氧机(3)，所述气体混合器(13)的出气口经过氧气浓度检测仪(14)与所述燃烧器(15)的进气口相连，且所述氧气浓度检测仪(14)的氧气浓度反馈信号分别传输至所述氧气流量电磁阀(7)和所述空气流量电磁阀(6)；
所述水供给系统(17)与所述燃烧器(15)的进水口相连；
所述进行注气的方法如下：
1)将轻油/柴油注入到轻/重油一体式自加热油箱(1)的轻油腔内，将重油/稠油注入到轻/重油一体式自加热油箱(1)的重油腔内；
2)打开空气流量电磁阀(6)和氧气流量电磁阀(7)，启动空气压缩机(2)、变压吸附式制氧机(3)及水供给系统(17)，使制备的富氧空气和水进入燃烧器(15)；在系统点火时，将切换阀(8)切换到轻油/柴油管路将轻油/柴油经高压油泵(9)注入燃烧器(15)并与富氧空气混合燃烧，与水接触换热气化后生产多元热流体注入到油井中；同时，启动轻/重油一体式自加热油箱(1)中的水浴加热系统；
3)将重油/稠油加热到预设温度之后，将切换阀(8)切换到重油/稠油管路，重油/稠油经过高压油泵(9)输送至燃烧器(15)中燃烧；
4)在停炉之前，通过切换阀将重油/稠油管路切换至轻油/柴油管路，并关闭空气压缩机(2)、变压吸附式制氧机(3)及水供给系统(17)。
2.根据权利要求1所述利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述轻/重油一体式自加热油箱(1)的重油/稠油管路与所述切换阀(8)的第一进油口之间设置有第一自清洁过滤器(4)，所述轻/重油一体式自加热油箱(1)的轻油/柴油管路与所述切换阀(8)的第二进油口之间设置有第二自清洁过滤器(5)。
3.根据权利要求1所述利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述高压油泵(9)与所述燃烧器(15)之间布置有二级电加热器(10)。
4.根据权利要求1所述利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述氧气浓度检测仪(14)与所述燃烧器(15)的进气口之间设置有高压增压机(16)。
5.根据权利要求1所述利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述空气流量电磁阀(6)与所述气体混合器(13)空气进气口之间设置有空气流量监测仪(11)。
6.根据权利要求1所述利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述氧气流量电磁阀(7)与所述气体混合器(13)氧气进气口之间设置有氧气流量监测仪(12)。
7.根据权利要求1所述利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述步骤1)中，制备的富氧空气通过高压增压机(16)增压后输送至燃烧器(15)中。
8.根据权利要求1所述利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述步骤3)中，重油/稠油经过高压油泵(9)后输送至二级电加热器(10)，对重油/稠油加热直至雾化后输送至燃烧器(15)中。
9.根据权利要求1所述利用富氧助燃稠油井注气系统进行注气的方法，其特征在于：所述柴油、轻油、重油及稠油在常温下的粘度范围为10～30000mpa·s。
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