CN109237513A - 一种深井用多级固体燃料点火器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深井用多级固体燃料点火器，包括多级燃料，多级燃料之间通过燃料连接器连接，末级燃料通过夹持器连接，并在多级燃料中设置用于注入助燃气体的注气通道，通过多级燃料的燃烧提供火烧油层启动所需热量，燃烧完成后不需要对点火器回收，避免了打开井口而导致的压力波动，亦不会导致井底渗透性的下降；该点火器的固体燃料分为多级，可以为厚油层的点火提供足够热量。该适应连续注气工况的深井用多级固体点火器适用于连续注气的深井的火烧油层点火，且薄、厚油层均可适用。

Description

一种深井用多级固体燃料点火器

技术领域

本发明涉及常规与非常规油气田开发领域，尤其涉及稠油开采技术领域，具体为一种深井用多级固体燃料点火器。

背景技术

火烧油层是一种有效提高采收率的技术，并且可以在比蒸汽驱采油更复杂的地层条件下应用。油层点火技术是火烧油层工艺中的重要技术之一。人工点火是火烧油层的一种常规启动方法，人工点火的装置有：气体燃料加热器、液体燃料加热器、电加热点火器。

目前电加热点火器为最为常用的人工点火装置，其技术相对成熟。而气体燃料加热器、液体燃料加热器由于其具有流动性，可控性差未广泛的使用。经过试验表明，点火装置可以成功地点燃油层，但存在着结构复杂，施工复杂的问题，尤其在点火结束时，需要起出点火器，导致井筒内压力波动从而产生回火、烧坏套管，产生危险。

固体燃料点火器方式，其不用回收并可保持井底渗流能力的特征，是电加热点火器不具备的，其低廉的成本也是其应用的前提。油层较深时，油管及其筛管、尾管等附件悬重较大，通过筛管来悬持固体燃料点火，会加大井口载荷；油层厚度大都在1m～100m之间，对于超过15m的较厚油层，火烧油层启动的所需能量巨大，单级固体燃料点火器的能量供应不足，因此本发明提出一种适应注气工况的深井用多级固体燃料点火器。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种深井用多级固体燃料点火器，通过多级燃料连接方法，以满足超过1000m深井环境、油层厚度超过15m的较厚油层启动所需的能量，且无需回收。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种深井用多级固体燃料点火器，包括多级燃料、燃料连接器、夹持器和点火头；

其中，所述多级燃料至少包含一个首级燃料和一个末级燃料，多级燃料中相邻的两级燃料通过燃料连接器首尾连接，多级燃料中的末级燃料与夹持器的下端连接，夹持器的上端和油管连接，点火头设置在多级燃料中首级燃料的下端用于控制点燃多级燃料，点火头与油管中的电缆连接，多级燃料中均设置有用于注入助燃气体的注气通道。

优选的，所述夹持器包括内螺纹管、连接盘、多根金属杆和用于与末级燃料连接的卡箍；内螺纹管设置在连接盘的顶面与油管连接，金属杆的上端与连接盘底面连接，其下端与卡箍连接，卡箍卡装在末级燃料的侧壁上。

优选的，所述燃料连接器包括两个卡箍，两个卡箍之间采用柔性连接，两个卡箍分别与相邻两级燃料连接。

优选的，所述多级燃料中的每一级燃料的连接端均设置有连接的用于连接的台阶，所述台阶为环形台阶，卡箍卡装在台阶的台肩上。

优选的，所述首级燃料的下端设置有导引头，导引头为子弹状，点火头设置在导引头的下端。

优选的，所述末级燃料上还设置有用于测量井底温度的测温电偶。

优选的，还包括由多个燃料单元组成的中级燃料，相邻两个燃料单元通过燃料连接器连接；中级燃料最顶部的燃料单元通过燃料连接器与末级燃料连接，中级燃料最下端的燃料单元通过燃料连接器与首级燃料连接，

优选的，所述多级燃料上均包裹有玻璃纤维布并固定在上下燃料连接器卡箍内。

优选的，多级燃料采用的燃料为工业固体燃料块、多用固体燃料或固体甲醇燃料。

优选的，所述工业固体燃料块为油脂类物质，由六亚甲基四胺和硬脂酸或石蜡制成，或者由低沸点醇、羧酸脂、烷烃、芳香烃或它们的混合物与胶凝剂、火焰调节剂、膨松体制成；

所述多用固体燃料主要由基料和助燃料组成，基料选自煤矸石、木屑、稻壳中的一种，助燃料选自白云石、炉渣、三氧化二铁、硝酸钠、石灰、碳酸氢钠、明矾、木屑、氧化铁红、垃圾污泥中的一种；

所述固体甲醇燃料主要由硝化纤维素、纯度大于95％的工业甲醇、聚丙烯酸壳聚糖酯和水组成，其燃烧值大于18kJ/g，燃烧时间大于75min/100g。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

该深井用多级固体燃料点火器的多级燃料采用燃料连接器连接，为厚油层的点火提供足够热量，同时在多级燃料中设置注气通道，通过油管让向井下注入助燃气体，并保证油管注气时不发生堵塞，燃烧完成后不需要回收点火器，避免停止施工、打开井口而导致的压力波动，燃料的低灰分性能亦不会导致井底渗透性的下降，且可以降低施工成本，缩短点火时间。该深井用多级固体点火器适用于连续注气的深井的火烧油层点火，且薄、厚油层均可适用。

首级燃料的下端设计成子弹状，在下放入井筒时起到导向作用，有助于点火器放于准确位置。同时与终端连接的测温电偶能够实时监测油层处的温度，自动化程度高，操作简单方便。

该夹持器结构简单，制造成本低廉，保证将点火器在燃烧过程中整体加持油管的末端，避免因掉落井底而中断点火过程。

该燃料连接器将多级燃料柔性连接，有效防止在安装和下放入井筒的过程中出现折断，导致燃烧中断。

进一步在中级燃料和末级燃料上包裹玻璃纤维布并固定在上下燃料连接器卡箍内，提高固体燃料的抗拉强度，避免固体燃料出现拉断。

附图说明

图1为本发明燃烧器的结构示意图；

图2为本发明燃烧器的俯视图。

图3为本发明首级燃料的结构示意图；

图4为本发明中级和末级燃料结构示意图；

图5为本发明卡箍的结构示意图；

图6为本发明燃料连接器的结构示意图；

图7为本发明夹持器的结构示意图；

图8为本发明点火器的安装示意图；

图中：1.电缆；2.油管；3.套管；4.油套环形空间；5.封隔器；6.夹持器；7.燃料连接器；8.油层；9.燃烧器；10.连接端；11.首级燃料，12.注气通道，13.导引头，14.点火头，15.导线，16.测温电偶，17.玻璃纤维布，18.内螺纹管，19.金属杆，20.卡箍，21.螺丝，22.绳索。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

如图1和2所示，一种深井用多级固体燃料点火器，包括首级燃料11、末级燃料、燃料连接器6和夹持器7。其中，首级燃料11通过燃料连接器6与末级燃料连接，末级燃料通过夹持器7与油管2连接，首级燃料11和末级燃料的中心设置用于通入助燃气体的注气通道。

如图3所示，首级燃料11的下端为导引头13，导引头为弹头状，在安装时有助于进行导向，首级燃料11的中心设置有用于通入助燃气体的注气通道12，首级燃料11的上端为连接端10，连接端10位环形台阶。

首级燃料11的下端还设置有点火头14，点火头14接电阻丝，上覆火药，点火头14通过导线15与电缆1相连，用于对首级燃料11的点火。

如图4所示，末级燃料为圆柱型结构，在末级燃料的两端均设置有用于连接的环形台阶，末级燃料的中心设置有注气通道。在末级燃料的上端还设置有测温电偶16，测温电偶16通过导线15和电缆1与终端相连，用于将实时监测井下温度发送至终端。

首级燃料和末级燃料的外侧均包裹有玻璃纤维布17，玻璃纤维布17周向缠绕在首级燃料和末级燃料上，并固定在上下燃料连接器卡箍内。玻璃纤维布为网格布，可耐500℃左右高温，用于连接多级燃料时抗拉伸。

如图5和6所示，燃料连接器7包括两个卡箍20和绳索22；绳索22的两端分别连接在两个卡箍20上，3根绳索22圆周均布在卡箍上；绳索均采用高强度耐高温绳索，有助于提高燃料连接器抗重力拉伸能力。

在安装时，其中一个卡箍卡在末级燃料下端的台阶面位置，通过螺栓21旋紧，另一个卡箍卡在首级燃料11的连接端的台阶面位置，同样采用螺丝旋紧，然后绳索22将两个卡箍连接。由于采用绳索连接，即柔性连接，能够有效防止燃烧器折断。

如图7所示，夹持器6包括内螺纹管18、环形的连接盘、多根金属杆19和卡箍；其中，内螺纹管18连接在连接盘的顶面，多根金属杆圆周均布在连接盘的底面，金属杆的一端与连接盘固连，另一端与卡箍固连。

在安装时，首先通过内螺纹管18将夹持器安装在油管上，然后将卡箍的卡接在末级燃料上端的台阶处，旋进螺丝。

燃料点火器采用的固体燃料为工业固体燃料块或多用固体燃料或固体甲醇燃料。

工业固体燃料块为油脂类物质，由乌洛托品(六亚甲基四胺)和硬脂酸或石蜡制成，或者由低沸点醇、羧酸脂、烷烃、芳香烃或它们的混合物与胶凝剂、火焰调节剂、膨松体制成；固体燃料主要由基料和助燃料组成，基料选自煤矸石、木屑、稻壳中的一种，助燃料选自白云石、炉渣、三氧化二铁、硝酸钠、石灰、碳酸氢钠、明矾、木屑、氧化铁红、垃圾污泥中的一种。

工业固体燃料块具有容易点燃、火焰大小均匀、热值高、火焰均一、携带方便，燃烧时无毒、无异味、无污染、安全、成本低等优点，所用工业固体燃料块为油脂类物质，水的浸泡对其可燃性能没有影响，并且，在点燃的时候，将向井内吹送高压空气，该高压空气能够将水压排掉，保证燃料块周围无水的环境。

多用固体燃料包括基料和助燃料，基料包括煤矸石，木屑，稻壳等；助燃料包括白云石，炉渣，三氧化二铁，硝酸钠，石灰，碳酸氢钠，明矾，木屑，氧化铁红，垃圾污泥。该产品具有易着，火力强，发热量高等特性。

固体甲醇燃料包括：硝化纤维素，工业甲醇(纯度>95％)，聚丙烯酸壳聚糖酯(壳聚糖和丙烯酸聚合得到的高吸水高分子材料)，水；产品特性具体如下：

(1)本品热值高，燃烧时间长。燃烧热值达18kJ/g，在标准燃烧器中燃烧时间超过75min/100g；

(2)本品不会出现固液分离的现象，贮存时间长；

(3)本品采用复合固化剂聚丙烯酸壳聚糖酯，代替单一的硝化纤维素固化剂，使用硝化纤维素原料少，生产在常温下进行，不需要热源，可降低生产过程贮存有原料的危险，安全环保；

(4)本品燃烧时不融化，不流散，无异味，火焰稳定呈淡蓝色，对炉具无任何腐蚀性，燃烧后无灰粉。

若多级燃料的级数为3级或更多级，则首级燃料11的点火端为燃料端头10，中级燃料两端均制为燃料端头10，末级燃料下端制为燃料端头10，上端装有测温电偶16，各级燃料间均用燃料连接器7连接，末级燃料通过夹持器6与油管2相连。若固体燃料11级数为2级，则无中级燃料，首级和末级燃料间用燃料连接器7连接。若固体燃料11级数为1级，则仅有首级燃料，燃烧器9内测温电偶置于首级燃料上端，无燃料端头10，无燃料连接器7连接，首级燃料直接通过夹持器6与油管2相连。另外，除首级燃料外，其他各级燃料均需包裹玻璃纤维布以抗重力拉伸。

燃烧器9作为该点火器的最为重要的部分，它的固体燃料11的形状制为内部中空的管柱，其外径必须小于套管3直径，通常等于或略细于油管2外径。燃烧器内径则根据注气需求和点火热量需求共同制定。

装配前，需先通过油藏状况计算该点火器的级数，以常见油藏为例，根据燃料的级数N计算公式：预测燃料级数N'(向上取整)。该式中参数取合理值如下表：

表1某油层级数计算

对于常见不同厚度的油层，则级数不同，计算如下：

表2不同油层厚度下的推荐级数

H(m)	N'
		0～15	1
16～30	2
		31～45	3
46～60	4
		61～75	5
≥75	≥5

其中，H.油层厚度，m；

r_w.井半径，m；

r_h.加热半径，m；

ΔT.油层需要提高的温度，℃；

ρ_f.储层综合密度，kg/m³；

c_f.储层综合比热容，kJ/(kg℃)；

Q.油层所需热量，kJ；

q.燃料热值，kJ/kg；

n.点火器燃烧效率，无量纲；

η.油层吸热效率；

ρ_s.固体燃料燃料密度，g/cm³；

d.固体燃料内径，cm；

D.固体燃料直径，cm；

i.单级固体燃料长度，m。

实施例2

在上述实施例1中，仅以两级燃料为例对点火器进行说明，本实施例中对包含两级以上燃料点火器的结构进行详细说明。

当燃料超过两级，即分为首级燃料、中级燃料和末级燃料，中级燃料与末级燃料的结构相同，中级燃料的上端与末级燃料通过燃料连接器连接，中级燃料的下端通过燃料连接器与首级燃料连接。

当包含多个中级燃料时，相邻的两个中级燃料之间均采用燃料连接器连接。具体中级燃料的数量，根据点燃油层所需的能量决定。

下面对本发明提供的一种深井用多级固体燃料点火器的使用方法进行详细的说明。

如图8所示，多级固体燃料点火器即为图8中的燃烧器9，燃烧器9通过夹持器6通过内螺纹管18以螺纹方式连接油管2，将整个多级固体燃料点火器下入点火井，电缆1接通电源，通过贴燃烧器9外壁的导线15连接点火头14，引燃覆盖其上的火药，从而点燃燃烧器9内的首级燃料11。

油管2与套管3之间形成油套环形空间4，环形空间内设置有封隔器5，用于固定油管并将燃烧器燃烧时产生的热量封隔在油管与套管之间的下部空间。通过油管2经注气通道12向井内注入可燃性气体或空气，用于油层8助燃，测温电偶16通过导线15连接电缆1，实时监测井下温度，从而调节注气量及注气速度，达到控制井下温度的目的。燃烧器9燃烧过程中整体处于夹持器6内，不会因掉落井底而中断点火过程。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，包括多级燃料、燃料连接器(7)、夹持器(6)和点火头(14)；

其中，所述多级燃料至少包含一个首级燃料和一个末级燃料，多级燃料中相邻的两级燃料通过燃料连接器(7)首尾连接，多级燃料中的末级燃料与夹持器(6)的下端连接，夹持器(6)的上端和油管连接，点火头(14)设置在多级燃料中首级燃料(11)的下端用于控制点燃多级燃料，点火头(14)与油管(2)中的电缆连接，多级燃料中均设置有用于注入助燃气体的注气通道。

2.根据权利要求1所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，所述夹持器(6)包括内螺纹管(18)、连接盘、多根金属杆和用于与末级燃料连接的卡箍(20)；内螺纹管(18)设置在连接盘的顶面与油管连接，金属杆(19)的上端与连接盘底面连接，其下端与卡箍连接，卡箍卡装在末级燃料的侧壁上。

3.根据权利要求1所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，所述燃料连接器(7)包括两个卡箍，两个卡箍之间采用柔性连接，两个卡箍分别与相邻两级燃料连接。

4.根据权利要求3所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，所述多级燃料中的每一级燃料的连接端均设置有连接的用于连接的台阶，所述台阶为环形台阶，卡箍卡装在台阶的台肩上。

5.根据权利要求1所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，所述首级燃料(11)的下端设置有导引头(13)，导引头为子弹状，点火头(14)设置在导引头(13)的下端。

6.根据权利要求1所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，所述末级燃料上还设置有用于测量井底温度的测温电偶(16)。

7.根据权利要求1所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，还包括由多个燃料单元组成的中级燃料，相邻两个燃料单元通过燃料连接器(7)连接；中级燃料最顶部的燃料单元通过燃料连接器(7)与末级燃料连接，中级燃料最下端的燃料单元通过燃料连接器(7)与首级燃料连接。

8.根据权利要求1所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，所述多级燃料上均包裹有玻璃纤维布(17)并固定在上下燃料连接器卡箍内。

9.根据权利要求1所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，多级燃料采用的燃料为工业固体燃料块、多用固体燃料或固体甲醇燃料。

10.根据权利要求9所述一种深井用多级固体燃料点火器，其特征在于，所述工业固体燃料块为油脂类物质，由六亚甲基四胺和硬脂酸或石蜡制成，或者由低沸点醇、羧酸脂、烷烃、芳香烃或它们的混合物与胶凝剂、火焰调节剂、膨松体制成；

所述多用固体燃料主要由基料和助燃料组成，基料选自煤矸石、木屑、稻壳中的一种，助燃料选自白云石、炉渣、三氧化二铁、硝酸钠、石灰、碳酸氢钠、明矾、木屑、氧化铁红、垃圾污泥中的一种；

所述固体甲醇燃料主要由硝化纤维素、纯度大于95％的工业甲醇、聚丙烯酸壳聚糖酯和水组成，其燃烧值大于18kJ/g，燃烧时间大于75min/100g。