CN108561108A - 一种原位开采油页岩的发生器 - Google Patents

Abstract

本发明属于油页岩开采技术领域，特别涉及一种原位开采油页岩的发生器。该发生器包括盘头、壳体Ⅰ和壳体Ⅱ，盘头设有点火器、进油口、充气管和氧气管，发生器内部设有燃烧室、雾化室和混合室。该发生器解决了现有技术中开采设备的发生器耐热性差、注入气与加热分别进行造成成本增高等问题，该发生器作业温度能够达到300~500℃，压力5~25Mpa，解决现有页油岩开采需要温度压力高的问题。

Description

一种原位开采油页岩的发生器

技术领域

本发明属于油页岩开采技术领域，特别指一种原位开采油页岩的发生器。

背景技术

目前世界石油储量愈发紧张，在不可再生的石油资源日益减少的前提下，人们开始将目光转到油页岩上，油页岩一般分布在地下500~1000米之间的位置，且油页岩在我国存储量巨大，因此，油页岩与石油相比，开采深度小、储量大，对油页岩的开采能够解决石油资源短缺出现的不利影响。现有技术中对油页岩的开采一般采用原位开采技术。例如，油页岩原位采油方法（申请号是201510280558.4）该方法采用氮气作为注入气，需要另外设置两口井分别进行筑气和加热，并且同时进行压裂，但存在工序复杂，效果不明显，成本高等问题。而注气辅助电加热油页岩原位开采模拟装置及系统（申请号201110238982.4）采用加热棒和加热套管进行加热，由于油页岩导热性差，该加热方式效率低、耗能高，增加生产成本。所以目前页油岩原位开采技术存在开采设备达不到温度和压力的要求，开采效率低，成本高等问题。本发明在原有石油开采技术的发生器基础上（申请号是201621319387.8）进行了改进，通过对发生器的改进使其适应更高的温度和压力。

发明内容

发明目的：

本发明旨在提出一种原位开采油页岩的发生器，以解决现有技术中开采设备的发生器耐热性差、注入气与加热分别进行造成成本增高等问题。

技术方案：

一种原位开采油页岩的发生器，该发生器包括盘头、壳体Ⅰ和壳体Ⅱ，盘头设有点火器、进油口、充气管和氧气管，进水口设置在靠近盘头一侧的壳体Ⅰ上，壳体Ⅰ与双层陶瓷内胆外壁之间设有螺旋水道，水通过水管进入雾化头内部的雾化室，水管一端固定在壳体Ⅱ与壳体Ⅰ的连接处，与流量调节装置连通，水管另一端与雾化头侧面通孔连通，双层陶瓷内胆内的燃烧室一端连接盘头，另一端设有缩口衬套，缩口衬套与消音罩连接，雾化头固定在消音罩的尾端凸台上，雾化头尾端的雾化孔与混合室连通，混合室尾部设有出气口。

双层陶瓷内胆分为内层和外层；圆筒状的内层和外层之间有空隙，并且内层和外层之间固定连接，内层分布有不规则的通孔。

中空圆柱状的雾化头一端与消音罩尾端的凸出方孔连通，另一端设有雾化孔，侧面设有多个通孔，通孔与水管连接，水管与雾化头侧面通孔数量相匹配。

壳体Ⅰ和壳体Ⅱ之间连通处设有流量调节装置，该流量调节装置外部设有阀门能够根据需要进行流量的调节。

点火器包括外壳、冷水管、进气管、凸状阴极、凹状阳极、绝缘套和紧固套；外壳侧面设有冷水管和进气管的安装孔，冷水管与凸状阴极中空部分连通，进气管一端固定在外壳上，另一端连接放电腔，凸状阴极上部外侧套有绝缘层，绝缘层外部包裹有紧固套，凸状阴极通过绝缘套和紧固套固定，凸状阴极的凸状头设置在放电腔内，放电腔外侧是凹状阳极，凹状阳极固定在外壳一侧。

采用铈钨材料的凸状阴极是侧面有一孔道的内部中空结构，该孔道与冷水口连接。

放电腔喷口处的周向角度α为20~40°，凹状阳极径向直径最宽处半径R为5~10mm，放电腔喷口长度为3~5mm。

优点及效果：

本发明的原位开采油页岩的发生器，具有以下优点和有益效果：

（1）本发明的发生器采用高温复合水蒸汽加热，利用了发生器的自身产生的热对水进行加热，通过带有螺旋槽的螺旋水道、水管和雾化器变成水蒸气，而现有技术中采用的一般采用氮气和二氧化碳气体相比，具有节约成本，充分利用余热等优点。本发明的发生器针对油页岩采用原位开采技术减少了开采过程中对生态环境的破坏，即少占地、无尾渣废料、无空气污染、少地下水污染及最大限度地减少有害副产品的产生。

（2） 本发明的发生器解决了现有技术温度仅能达到100~200℃，压力3~5Mpa，采用本发明的发生器温度能够达到300~500℃，压力5~25Mpa，这是现有的开采石油和油页岩设备所达不到的。对于压力的提升是选择25~40Mpa的空压机进行实现，而温度的提升则是依靠点火器和进行过氧气助燃，实现喷出气体达到300~500℃。

（3）本发明的点火器采用等离子点火器，与普通点火器相比产生的温度更高，稳定性更好，能在极短的时间内提升到较高的温度温度，是根据原位法开采页油岩发生器对于温度高于其他开采方式的要求进行的指定改进，特别适用于原位开采页油岩技术。

（4）采用能耐高温特制的双层陶瓷内胆，较之前的合金内胆适应更高的温度，收缩性小，热应力变化小，耐受温度范围在1800~2800摄氏度左右，最高可耐受300摄氏度，耐高温性能显著提高，双侧陶瓷内胆与原有的合金内胆相比，提高使用寿命6~10倍，与普通的耐高温的陶瓷材料相比采用双层内胆设计，不仅提高了保温效果增加了燃烧室的温度，内层的多孔设计更是减小了噪声污染，噪音降低至20分贝,减小了噪音污染，对于发生器的整体稳定性也起到了良好的效果。

附图说明：

图1是本发明的发生器剖面示意图；

图2是本发明双层陶瓷内胆示意图；

图3是双侧陶瓷内胆内层示意图；

图4是雾化头结构示意图；

图5是点火器结构剖面示意图。

附图标记说明：

1、进油口；2、进气管；3、氧气管；4、点火器；5、盘头；6、壳体Ⅰ；7、壳体Ⅱ；8、螺旋水道；9、进水口；10、双层陶瓷内胆；11、流量调节装置。；12、燃烧室；13、消音罩；14、水管；15、雾化头；16、混合室；17、出气口；18、缩口衬套；19、雾化室；20、外壳；21、冷水管；22、进气管；23、凸状阴极；24、凹状阳极；25、绝缘套；26、紧固套；27、放电腔。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，一种原位开采油页岩的发生器，该发生器包括盘头5、壳体Ⅰ 6和壳体Ⅱ 7，盘头5、壳体Ⅰ 6和壳体Ⅱ 7依此通过螺栓上下固定连接，发生器内部设有燃烧室、雾化室和混合室；盘头5设有点火器4、进油口1、充气管3和氧气管2，其中，盘头5上设置的点火器4、进油口1、充气管3和氧气管2插入到燃烧室内，进水口9设置在靠近盘头5一侧的壳体Ⅰ6上，壳体Ⅰ6与双层陶瓷内胆10外壁之间设有螺旋水道8，水通过水管14进入雾化头15内部的雾化室19，水管14一端固定在壳体Ⅱ7与壳体Ⅰ6的连接处，与流量调节装置11连通，水管14另一端与雾化头15侧面通孔连通，双层陶瓷内胆10内的燃烧室12一端连接盘头5，另一端设有缩口衬套18，缩口衬套18与消音罩13连接，燃烧室热度经过缩口衬套18传递到消音罩内，消音罩尾端有一凸状方孔，该方孔与雾化头连通，雾化头15固定在消音罩13的尾端凸台上，雾化头15尾端的雾化孔与混合室16连通，混合室16尾部设有出气口17，雾化室19将加热后的水直接雾化通过高温高压喷射到混合室。

其中，软化水先经过进水口9流入由螺旋形水槽和和双层陶瓷内胆构成的螺旋水道8内，在经过流量调节装置11进入水道14内，之后通过雾化头15侧面的通孔进入雾化室19进行雾化和加热，通过雾化头尾端的雾化孔进入混合室16，最后再通过出气口17。壳体壳体Ⅰ 6的靠近壳体Ⅱ 7尾端有一个与螺旋水道连通的出水阀，再不需要螺旋水道内的水时可以直接将螺旋水道内的水直接排出。

盘头上的氧气管根据需要将氧气通入燃烧室，一般设置为10~30%的过量氧气，达到使燃烧室内温度提高。

如图2和图3所示，双层陶瓷内胆分为内层和外层；圆筒状的内层和外层之间有空隙，并且内层和外层之间固定连接，内层分布有不规则的通孔。内层多孔设计不仅大大延长了内胆的使用寿命，降低了噪音分贝，并且耐高温和保温性能均有显著提高，与之前的合金材料内胆相比在温度提高的条件下，使用寿命由原来的48小时提高到288到480小时，更加适合长期施工的需求。本发明利用传热学以及热力学等相关知识，通过燃烧产生大量高温高压的气体并将之注入油页岩层中，大幅度提高了油页岩的采油率，有着较强的应用价值。但是在实际应用的过程中发现，该设备燃烧室的外壁容易发生过热烧蚀现象，致使设备出现损伤而无法有效的运转，因此，对内胆进行了改进，使内胆能适应更高的温度。内层和外层之间留有空隙，该空隙长度为1.5mm~5mm，空隙可有效的减小热胀冷缩的膨胀系数，有效的延长双层陶瓷内胆的使用寿命。

双层陶瓷内胆采用超高温陶瓷材料，一般选用连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料、氧化锆增韧陶瓷材料、二硼化锆复相超高温陶瓷材料等。

如图4所示，中空圆柱状的雾化头15一端与消音罩13尾端的凸出方孔连通，另一端设有雾化孔，侧面设有多个通孔，通孔与水管14连接，水管与雾化头15侧面通孔数量相匹配。该通孔周向均匀分布在雾化头15上，雾化头柱面也可带有螺纹，该螺纹的作用是与水管14相匹配，多个水管14通过螺纹固定在雾化头的圆柱面上，保持与通孔之间的连通。经过实验一般通孔选择6~12个为宜。

壳体Ⅰ6和壳体Ⅱ 7之间连通处设有流量调节装置，该流量调节装置外部设有阀门能够根据需要进行流量的调节；该调节阀采用耐高温调节阀。

如图5所示，点火器包括外壳20、冷水管21、进气管22、凸状阴极23、凹状阳极24、绝缘套25和紧固套26；外壳20侧面设有冷水管21和进气管22的安装孔，冷水管21与凸状阴极23中空部分连通，冷水经过凸状阴极的内部，冷水受热后再从进水口流出，进气管一端通过外壳的进气管安装孔穿过，通过焊接固定，另一端经过凸状阴极连接放电腔，凸状阴极上部外侧套有绝缘层，绝缘层外部包裹有紧固套，紧固套将凸状阴极和凸状阴极外包裹的绝缘层紧紧固定在外壳内，凸状阴极通过绝缘套和紧固套固定，凸状阴极的凸状头设置在放电腔内，放电腔外侧是凹状阳极，凹状阴极的上下两端径向中空直径小于中间的直径，本发明的凹状阳极扩大了放电腔，同时在喷口处缩小，提高了点火温度，使温度的提高速率加快，凹状阳极固定在外壳一侧，该凹状阳极使用寿命更长。

该点火器采用等离子点火技术，该点火器外接直流电流，一般为280~350V介质气压在0.01~0.03Mpa下接触引弧，该点火技术与现有的点火器相比，提升了使用效率，升温速率更快，而且更加高效、简单，安全性更高。

采用铈钨材料的凸状阴极侧面有一孔道连通内部中空，该孔道与冷水管连接。该孔道与冷水管进行密封处理。 采用铈钨材料作为阴极有效地延长了阴极的寿命，且凸状阴极就有两个尖端，同样也提高了阴极的使用寿命。凸状阴极凸状部位内外厚度一致，冷水进入后可保持凸状部位热度均匀。

采用的铈钨材料耐受温度更高，有着极佳的起弧性能。

放电腔喷口处的周向角度α为20~40°，凹状阳极径向直径最宽处半径R为5~10mm，放电腔喷口长度为3~5mm。结合大量试验得出最优选的是放电腔喷口处周向角度α为25°，凹状阴极径向直径最宽处半径R 为6 mm，放电腔喷口长度4 mm。

采用本发明原位开采油页岩发生器能够大幅度提高油页岩中岩油的开采效率，同时也提出了一种解决油页岩的开采技术，现有技术对于油页岩的开采仍处在理论阶段，实际上我国的页油岩开采的量并不高。

Claims (7)

1.一种原位开采油页岩的发生器，该发生器包括盘头（5）、壳体Ⅰ（6）和壳体Ⅱ（7），其特征在于：盘头设有点火器（4）、进油口（1）、充气管（3）和氧气管（2），进水口（9）设置在靠近盘头（5）一侧的壳体Ⅰ（6）上，壳体Ⅰ（6）与双层陶瓷内胆（10）外壁之间设有螺旋水道（8），水通过水管（14）进入雾化头（15）内部的雾化室（19），水管（14）一端固定在壳体Ⅱ（7）与壳体Ⅰ（6）的连接处，与流量调节装置（11）连通，水管（14）另一端与雾化头（15）侧面通孔连通，双层陶瓷内胆（10）内的燃烧室（12）一端连接盘头（5），另一端设有缩口衬套（18），缩口衬套（18）与消音罩（13）连接，雾化头（15）固定在消音罩（13）的尾端凸台上，雾化头（15）尾端的雾化孔与混合室（16）连通，混合室（16）尾部设有出气口（17）。

2.根据权利要求1所述的原位开采油页岩的发生器，其特征在于：双层陶瓷内胆（10）分为内层和外层；圆筒状的内层和外层之间有空隙，并且内层和外层之间固定连接，内层分布有不规则的通孔。

3.根据权利要求1所述的原位开采油页岩的发生器，其特征在于：中空圆柱状的雾化头（15）一端与消音罩（13）尾端的凸出方孔连通，另一端设有雾化孔，侧面设有多个通孔，通孔与水管（14）连接，水管与雾化头（15）侧面通孔数量相匹配。

4.根据权利要求1所述的原位开采油页岩的发生器，其特征在于：壳体Ⅰ（6）和壳体Ⅱ（7）之间连通处设有流量调节装置（11），该流量调节装置（11）外部设有阀门能够根据需要进行流量的调节。

5.根据权利要求1所述的原位开采油页岩的发生器，其特征在于：点火器包括外壳（20）、冷水管（21）、进气管（22）、凸状阴极（23）、凹状阳极（24）、绝缘套（25）和紧固套（25）；外壳（20）侧面设有冷水管（21）和进气管（22）的安装孔，冷水管（21）与凸状阴极（23）中空部分连通，进气管（22）一端固定在外壳（20）上，另一端连接放电腔（27），凸状阴极（23）上部外侧套有绝缘层（25），绝缘层（25）外部包裹有紧固套（26），凸状阴极（23）通过绝缘套（25）和紧固套（26）固定，凸状阴极（23）的凸状头设置在放电腔（27）内，放电腔（27）外侧是凹状阳极（24），凹状阳极（24）固定在外壳（20）一侧。

6.根据权利要求5所述的原位开采油页岩的发生器，其特征在于：采用铈钨材料的凸状阴极（23）是侧面有一孔道的内部中空结构，该孔道与冷水口连接。

7.根据权利要求5所述的原位开采油页岩的发生器，其特征在于：放电腔喷口处的周向角度α为20~40°，凹状阳极径向直径最宽处半径R为5~10mm，放电腔喷口长度为3~5mm。