CN111577226A - 汽氮混注稠油开采增产方法及专用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及稠油热采技术领域，是一种汽氮混注稠油开采增产方法及专用装置，前者将高纯度氮气经增压加热后与热采蒸汽混合形成热采混合流体，将热采混合流体经注蒸汽管线注入地层进行稠油开采。本发明所述方法与注水蒸汽热采技术相比，其注入加热后的高纯度氮气和水蒸汽混合流体不仅能够携带用以降低原油粘度的热量，还能够补充地层压力，增加地层能量，避免水蒸汽冷凝后的体积缩小带来的压力损失，所述氮气能携带水蒸汽扩散更大范围，提高驱油效果，降低稠油开采成本。
Description
技术领域
本发明涉及稠油热采技术领域，是一种汽氮混注稠油开采增产方法及专用装置。
背景技术
稠油热采主要利用热流体携带的热量降低原油的粘度或者点燃原油产生热量降低粘度。水蒸汽具有携带热量大，热值高，清洁无污染等特点，广泛应用于稠油热采。水蒸气热采后期生产过程中暴露出回采难度大、动用程度差异大、重质成分增加和油井排水期长等问题，严重制约开发生产。对埋藏较深的稠油油藏，热采过程中热损失严重，加热半径和波及体积受较高的油层原始压力影响，普遍较小，开发效果不好。
目前使用氮气辅助热采开采稠油，通过直接注入氮气进行，氮气纯度普遍低，携带大量的氧气进入地层，高温环境下，氧气和原油、天然气接触存在安全风险；没有对氮气进行加热，注氮只能补充地层压力等功能，没有携带热量。
油田注汽锅炉富氧燃烧多采用膜法或变压吸附（PSA）制备氧气，剩下的氮气没有充分利用。
发明内容
本发明提供了一种汽氮混注稠油开采增产方法及专用装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有蒸汽热采手段热损失严重，加热半径和波及体积较小的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种汽氮混注稠油开采增产方法，按下述方法进行：利用制氮设备将空气分离制得高纯度氮气和富氧空气，高纯度氮气的纯度为95%以上，将高纯度氮气压力增至与热采蒸汽一样的压力后，将增压后的高纯度氮气温度加热至与热采蒸汽一样的温度后，将增压并加热的高纯度氮气与热采蒸汽混合得到热采混合流体，将热采混合流体经注蒸汽管线注入地层进行稠油开采。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述通过油田注汽锅炉生产热采蒸汽。
上述将富氧空气进行回收、缓冲和增压，然后将富氧空气送入油田注汽锅炉的燃烧器中助燃，富氧空气的含氧量在21%至99%范围内。
上述增压后的高纯度氮气通过油田注汽锅炉加热至与热采蒸汽一样的温度。
上述热采蒸汽为饱和蒸汽或过热蒸汽。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种实施技术方案之一所述汽氮混注稠油开采增产方法的专用装置，包括制氮设备、氮气增压设备、富氧回收设备、油田注汽锅炉、氮气加热设备和掺混器，制氮设备的出氮气端与氮气增压设备的进气端连通，氮气增压设备的出气端与氮气加热设备的进气端连通，氮气加热设备的出气端与掺混器的第一进气端连通；制氮设备的出混合气端与富氧回收设备的进气端连通，富氧回收设备的出气端与油田注汽锅炉的燃烧器进空气端连通，油田注汽锅炉的出热采蒸汽端与掺混器的第二进气端连通。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述氮气加热设备为加热器；或者，氮气加热设备为加热管，加热管设置油田注汽锅炉内，加热管自油田注汽锅炉的对流段延伸至油田注汽锅炉的辐射段；或者，氮气加热设备为换热器。
上述制氮设备采用制氮机；氮气增压设备采用压缩机；富氧回收设备采用储气罐，储气罐与油田注汽锅炉的燃烧器进空气端之间连通有送富氧空气管线，在送富氧空气管线上设置有压缩机。
上述氮气增压设备的出气端与氮气加热设备的进气端通过第一管线连通，在第一管线上连通有第一氮气放空管线，在第一氮气放空管线上串接有阀门。
上述氮气加热设备的出气端与掺混器的第一进气端通过第二管线连通，在过第二管线上连通有第二氮气放空管线，在第二氮气放空管线上串接有阀门，在第二氮气放空管线与掺混器的第一进气端之间的第二管线上串接有阀门。
上述掺混器的出气端连通有混合流体管线，在混合流体管线上连通有混合流体放空管线，在混合流体放空管线与混合流体管线出气端之间的混合流体管线上串接有阀门，在混合流体放空管线上串接有阀门。
本发明所述方法与注水蒸汽热采技术相比，其注入加热后的高纯度氮气和水蒸汽混合流体不仅能够携带用以降低原油粘度的热量，还能够补充地层压力，增加地层能量，避免水蒸汽冷凝后的体积缩小带来的压力损失，所述氮气能携带水蒸汽扩散更大范围，提高驱油效果，降低稠油开采成本。
附图说明
附图1为本发明实施例3的工艺框图。
附图2为本发明实施例3的工艺流程图。
附图中的编码分别为：1为制氮设备，2为油田注汽锅炉，3为氮气加热设备，4为掺混器，5为燃烧器，6为压缩机，7为送富氧空气管线，8为鼓风机，9为第一管线，10为第一氮气放空管线，11为第二管线，12为第二氮气放空管线，13为混合流体管线，14为混合流体放空管线，15为阀门，16为储气罐。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图2的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图2的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例1：该汽氮混注稠油开采增产方法，按下述方法进行：利用制氮设备1将空气分离制得高纯度氮气和富氧空气，高纯度氮气的纯度为95%以上，将高纯度氮气压力增至与热采蒸汽一样的压力后，将增压后的高纯度氮气温度加热至与热采蒸汽一样的温度，将增压并加热的高纯度氮气与热采蒸汽混合得到热采混合流体，将热采混合流体经注蒸汽管线注入地层进行稠油开采。
本实施例所述方法将高温高压的高纯度氮气与热采蒸汽混合后注入地层可实现维持蒸汽腔压力，降低热损失，降低蒸汽用量，提高油汽比等作用。
由于氮气属于惰性气体，对加热设备、管道、井筒、地层不会造成腐蚀和破坏。
与注水蒸汽热采技术相比，本实施例所述方法注入加热后的高纯度氮气和水蒸汽混合流体不仅能够携带用以降低原油粘度的热量，还能够补充地层压力，增加地层能量，避免水蒸汽冷凝后的体积缩小带来的压力损失，所述氮气能携带水蒸汽扩散更大范围，提高驱油效果，降低稠油开采成本。
与加注未加热氮气相比，未加热的氮气只能补充地层压力，对降低原油粘度的效果提高不明显。
与注烟道气、二氧化碳、空气等不凝气相比，注高温氮气和水蒸汽的混合流体具有更高的安全性，对设备、管道、井筒、地层没有腐蚀和破坏。
实施例2：作为实施例1的优化，通过油田注汽锅炉2生产热采蒸汽；将富氧空气进行回收、缓冲和增压，然后将富氧空气送入油田注汽锅炉2的燃烧器5中助燃，富氧空气的含氧量在21%至99%范围内；增压后的高纯度氮气可通过油田注汽锅炉2加热至与热采蒸汽一样的温度；热采蒸汽为饱和蒸汽或过热蒸汽。
本实施例所述增产方法实现稠油开采增产用的高温高压饱和蒸汽或过热蒸汽发生、制备高纯度氮气及富氧空气回收、氮气加热，制氮设备1回收的富氧空气助力油田注汽锅炉2燃烧器5燃烧，使其燃烧状态达到富氧燃烧，由此提高油田注汽锅炉2热效率。
与纯制氮和富氧燃烧相比，利用制氮设备1产生的富氧空气用于油田注汽锅炉2的富氧燃烧，可充分利用制氮设备1产生的富氧尾气，避免富氧空气浪费，减少富氧燃烧制氧的投入。
实施例3：如附图1、2所示，实施所述汽氮混注稠油开采增产方法的专用装置，包括制氮设备1、氮气增压设备、富氧回收设备、油田注汽锅炉2、氮气加热设备3和掺混器4，制氮设备1的出氮气端与氮气增压设备的进气端连通，氮气增压设备的出气端与氮气加热设备3的进气端连通，氮气加热设备3的出气端与掺混器4的第一进气端连通；制氮设备1的出混合气端与富氧回收设备的进气端连通，富氧回收设备的出气端与油田注汽锅炉2的燃烧器5进空气端连通，油田注汽锅炉2的出热采蒸汽端与掺混器4的第二进气端连通。
本专用装置集制氮、高纯度氮气与热采蒸汽混合以及制氮产生的富氧空气的回收利用于一身，充分利用制氮设备1氮气制备过程中产生的富氧空气，用于油田注汽锅炉2富氧燃烧，提高油田注汽锅炉2热效率，降低热损失，并将制氮设备1制得的高纯度氮气与高温水蒸汽（饱和蒸汽或过热蒸汽）经掺混器4混合后注入地层，实现混注增产稠油。
可根据实际需要，对上述专用装置作进一步优化或/和改进：
根据需要，氮气加热设备3为加热器；或者，氮气加热设备3为加热管，加热管设置油田注汽锅炉2内，加热管自油田注汽锅炉2的对流段延伸至油田注汽锅炉2的辐射段；或者，氮气加热设备3为换热器。
利用记载的氮气加热设备3，确保将氮气加热到与油田注汽锅炉2出口高温水蒸汽一样的温度。
根据需要，制氮设备1采用制氮机；氮气增压设备采用压缩机6；富氧回收设备采用储气罐16，储气罐16与油田注汽锅炉2的燃烧器5进空气端之间连通有送富氧空气管线7，在送富氧空气管线7上设置有压缩机6。
经制氮机制得的高纯度氮气经压缩机6增压。经制氮机副产的富氧空气也经压缩机6送至油田注汽锅炉2的燃烧器5进气端处的鼓风机8，经鼓风机8鼓进的空气一起参与富氧燃烧。
如附图2所示，氮气增压设备的出气端与氮气加热设备3的进气端通过第一管线9连通，在第一管线9上连通有第一氮气放空管线10，在第一氮气放空管线10上串接有阀门15。
如附图2所示，氮气加热设备3的出气端与掺混器4的第一进气端通过第二管线11连通，在过第二管线11上连通有第二氮气放空管线12，在第二氮气放空管线12上串接有阀门15，在第二氮气放空管线12与掺混器4的第一进气端之间的第二管线11上串接有阀门15。
如附图2所示，掺混器4的出气端连通有混合流体管线13，在混合流体管线13上连通有混合流体放空管线14，在混合流体放空管线14与混合流体管线13出气端之间的混合流体管线13上串接有阀门15，在混合流体放空管线14上串接有阀门15。
油田注汽锅炉2产生的水蒸汽流量、温度、压力可根据需要进行调节，制氮设备1产生的氮气量、氮气纯度可调，氮气增压设备将氮气增加的压力和氮气加热设备3将氮气加热的温度可调，因此最终掺混后的汽氮混合流体的温度、压力、热值、汽氮比、氮气纯度等可根据油田地层实际情况和开采工艺要求进行调节。
以上技术特征构成了本发明的较佳实施例，其具有较强的适应性和较佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种汽氮混注稠油开采增产方法，其特征在于按下述方法进行：利用制氮设备将空气分离制得高纯度氮气和富氧空气，高纯度氮气的纯度为95%以上，将高纯度氮气压力增至与热采蒸汽一样的压力后，将增压后的高纯度氮气温度加热至与热采蒸汽一样的温度后，将增压并加热的高纯度氮气与热采蒸汽混合得到热采混合流体，将热采混合流体经注蒸汽管线注入地层进行稠油开采。
2.根据权利要求1所述的汽氮混注稠油开采增产方法，其特征在于通过油田注汽锅炉生产热采蒸汽；或/和,将富氧空气进行回收、缓冲和增压，然后将富氧空气送入油田注汽锅炉的燃烧器中助燃，富氧空气的含氧量在21%至99%范围内；或/和,增压后的高纯度氮气通过油田注汽锅炉加热至与热采蒸汽一样的温度；或/和,热采蒸汽为饱和蒸汽或过热蒸汽。
3.一种实施根据权利要求1或2所述的汽氮混注稠油开采增产方法的专用装置，其特征在于包括制氮设备、氮气增压设备、富氧回收设备、油田注汽锅炉、氮气加热设备和掺混器，制氮设备的出氮气端与氮气增压设备的进气端连通，氮气增压设备的出气端与氮气加热设备的进气端连通，氮气加热设备的出气端与掺混器的第一进气端连通；制氮设备的出混合气端与富氧回收设备的进气端连通，富氧回收设备的出气端与油田注汽锅炉的燃烧器进空气端连通，油田注汽锅炉的出热采蒸汽端与掺混器的第二进气端连通。
4.根据权利要求3所述的专用装置，其特征在于氮气加热设备为加热器；或者，氮气加热设备为加热管，加热管设置油田注汽锅炉内，加热管自油田注汽锅炉的对流段延伸至油田注汽锅炉的辐射段；或者，氮气加热设备为换热器。
5.根据权利要求3或4所述的专用装置，其特征在于制氮设备采用制氮机；或/和,氮气增压设备采用压缩机；或/和,富氧回收设备采用储气罐，储气罐与油田注汽锅炉的燃烧器进空气端之间连通有送富氧空气管线，在送富氧空气管线上设置有压缩机。
6.根据权利要求3或4所述的专用装置，其特征在于氮气增压设备的出气端与氮气加热设备的进气端通过第一管线连通，在第一管线上连通有第一氮气放空管线，在第一氮气放空管线上串接有阀门。
7.根据权利要求5所述的专用装置，其特征在于氮气增压设备的出气端与氮气加热设备的进气端通过第一管线连通，在第一管线上连通有第一氮气放空管线，在第一氮气放空管线上串接有阀门。
8.根据权利要求3或4或7所述的专用装置，其特征在于氮气加热设备的出气端与掺混器的第一进气端通过第二管线连通，在过第二管线上连通有第二氮气放空管线，在第二氮气放空管线上串接有阀门，在第二氮气放空管线与掺混器的第一进气端之间的第二管线上串接有阀门。
9.根据权利要求5或6所述的专用装置，其特征在于氮气加热设备的出气端与掺混器的第一进气端通过第二管线连通，在过第二管线上连通有第二氮气放空管线，在第二氮气放空管线上串接有阀门，在第二氮气放空管线与掺混器的第一进气端之间的第二管线上串接有阀门。
10.根据权利要求3或4或5或6或7或8或9所述的专用装置，其特征在于掺混器的出气端连通有混合流体管线，在混合流体管线上连通有混合流体放空管线，在混合流体放空管线与混合流体管线出气端之间的混合流体管线上串接有阀门，在混合流体放空管线上串接有阀门。
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