CN113123769A - 一种超饱和浓度卤水高温热采系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超饱和浓度卤水高温热采系统及方法，包括高压采卤井口，还包括中转装置、若干采卤管、若干蒸汽管、汽气冷却分离装置和卤水收集罐；本发明中，在地面将管道进行拼装，通过将采卤管和蒸汽管同步下井的方式进行施工，在使用过程中，通过蒸汽压缩机将蒸汽锅炉产生的蒸汽加温加压，再将加压后的蒸汽注入蒸汽管，高温高压的蒸汽沿着蒸汽管从端部喷出，通过高温的蒸汽对超饱和的卤水进行稀释和加温，保证卤水在上反的过程中避免由于温度较低而产生结晶，实现可连续采卤的工作过程。

Description

一种超饱和浓度卤水高温热采系统及方法

技术领域

本发明涉及卤水热采技术领域，具体为一种超饱和浓度卤水高温热采系统及方法。

背景技术

卤水为矿化很强的水。常用以提取某些化工原料，如食盐、碘、硼、溴等，上世纪90年代，中石油公司在川西盆地深处，井深4700米左右发现了埋在三叠系雷口坡组第三、四段有两层高压、高产的富钾、溴、硼、碘、锂等多种稀有金属超饱和浓度卤水，井下卤水温度140°左右，有极高的经济开采价值；

但上述深井在实际的开采中，先后四次用水稀释采卤法和保温采卤法都不能连续采卤，采卤过程中井内上反的卤水温度逐渐降低，井下盐结晶沉积造成堵塞无法开采，先后三次修井，但反复修井投资大，安全风险大，现有的开采方法无法满足对上述深度且高温、高压的超饱和卤水井的连续开采。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在问题，本发明提供一种超饱和浓度卤水高温热采系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超饱和浓度卤水高温热采系统，包括高压采卤井口，还包括中转装置、汽气冷却分离装置、卤水收集罐和采卤组件；

所述高压采卤井口的外部设置有所述中转装置，所述中转装置其中的一个开口与所述采卤组件连通，所述中转装置还分别与所述汽气冷却分离装置的入口和所述卤水收集罐的入口连通，所述汽气冷却分离装置和所述卤水收集罐均设置于所述高压采卤井口的外部；

所述汽气冷却分离装置包括分离装置主体、管道和冷却仓，所述分离装置主体为空心的罐体结构，所述分离装置主体倾斜设置，所述管道分布于所述分离装置主体的内部，所述分离装置主体高的一端开设有汽气入口，所述汽气入口与所述中转装置连通，所述分离装置主体低的一端开设有气体出口，所述分离装置主体的内部设置有所述冷却仓，所述冷却仓设置于靠近所述气体出口的一侧，所述管道的一端与所述汽气入口连通，所述管道的另一端与所述冷却仓连通，所述冷却仓远离所述管道的一侧与所述气体出口的一端连通，所述气体出口的另一端与气体回收塔连通；

所述分离装置主体靠近所述气体出口一侧的顶部开设有低温卤水入口，所述分离装置主体靠近所述气体出口一侧的底部开设有液固出口，所述冷却仓的底部与所述液固出口连通，所述分离装置主体靠近所述汽气入口一侧的顶部开设有加热卤水出口，所述加热卤水出口与所述卤水收集罐连通，所述分离装置主体的中部设置有隔板，所述隔板的顶部与所述分离装置主体的顶部内壁固定连接，所述隔板与所述分离装置主体的底部内壁之间留有间隙，所述隔板设置于所述分离装置主体的中部。

进一步的，所述采卤组件包括采卤管、蒸汽管，所述高压采卤井口延伸至井内设置有若干所述采卤管，若干所述采卤管首尾依次连通，所述中转装置的一个开口与首个所述采卤管的其中一端连通。

进一步的，所述中转装置还与所述蒸汽管连通，若干所述蒸汽管首尾依次连通，若干所述蒸汽管延伸至所述采卤管的内部，井内的所述采卤管与所述蒸汽管同轴设置。

进一步的，还包括蒸汽发生装置和蒸汽压缩机，所述蒸汽发生装置的出口与所述蒸汽压缩机的入口连通，所述蒸汽压缩机的出口与中转装置连通。

进一步的，所述采卤管与所述蒸汽管之间设置有蒸汽管护套，所述蒸汽管护套包括卤水管座、蒸汽管挂和固定耳，所述卤水管座的横截面呈圆形设置，所述卤水管座的中部开设有第一通孔，所述蒸汽管穿过所述第一通孔设置，所述卤水管座的表面还开设有若干第二通孔，若干所述第二通孔以所述第一通孔为圆心呈环形分布，所述卤水管座的表面竖直设置有所述蒸汽管挂，所述蒸汽管挂的端部与所述第一通孔的孔壁固定连接，所述蒸汽管挂的横截面呈半圆形，所述蒸汽管挂的两侧对称设置有所述固定耳，所述固定耳用于使对称的两个所述蒸汽管挂闭合。

进一步的，所述气体出口内部设置有捕雾器，所述气体出口处还设置有硫化氢气体探测器。

进一步的，还包括结晶盐回收罐，所述液固出口与所述结晶盐回收罐连通。

进一步的，一种采用所述的超饱和浓度卤水高温热采系统的方法包括以下步骤；

S1.蒸汽发生装置生产温度≥160℃，压力1.6MPa的蒸汽；

S2.将S1生产的蒸汽通过蒸汽压缩机增压至30MPa，控制温度≥170℃，得到高温高压蒸汽；

S3.将S2生产的高温高压蒸汽注入蒸汽管，高温高压蒸汽在井深3500m以下通过蒸汽管座喷出进入采卤管内，高温高压蒸汽与采卤管中的卤水混流加温，得到混合物；

S4.将S3中得到的混合物通过采卤管上反至高压采卤井口，反至高压采卤井口处的混合物温度≥140℃，温度≥140℃的混合物通过中转装置从汽气入口输送至汽气冷却分离装置中；

S5.将S4中的混合物从汽气入口经过管道进入冷却仓，将低温卤水从低温卤水入口注入，低温卤水对冷却仓及其内部的混合物降温，混合物降温后形成含硫天然气和混合液，含硫天然气通过气体出口排出并回收，低温卤水热交换后得到中温卤水，中温卤水从加热卤水出口排出，冷却仓内通过冷却产生的结晶盐及处理后得到的卤水从液固出口排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

在地面将管道进行拼装，通过将采卤管和蒸汽管同步下井的方式进行施工，在使用过程中，通过蒸汽压缩机将蒸汽锅炉产生的蒸汽加温加压，再将加压后的蒸汽注入蒸汽管，高温高压的蒸汽沿着蒸汽管从端部喷出，通过高温的蒸汽对超饱和的卤水进行稀释和加温，保证卤水在上反的过程中避免由于温度较低而产生结晶，实现可连续采卤的工作过程，延长了自喷采卤的时间，大幅度的降低了开采成本，通过增压的方式使得井内卤水举升能力增强，加快了流速，提高了采卤量，扩大了产能；

上反的混合物进入汽气冷却分离装置进行冷却和分离，将低温卤水作为冷却介质注入分离装置主体中，对冷却仓内进行冷却，冷却后的混合物分离为气相和液相，气相通过管道排出，经脱硫处理回收后二次利用，避免了含硫的天然气直接排入大气中造成污染和资源的浪费，液相流入分离装置主体的内部与低温卤水混合，混合后形成中温卤水排出储存，冷却过程中产生的结晶盐从液固出口排出经收集后输送至化工厂进一步处理。

附图说明

图1显示为本发明的系统整体示意图；

图2显示为本发明的汽气冷却分离装置示意图；

图3显示为本发明的蒸汽管护套侧视示意图图；

图4显示为本发明的蒸汽管护套的俯视剖面示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

一种超饱和浓度卤水高温热采系统，包括高压采卤井口1，还包括中转装置4、汽气冷却分离装置7、卤水收集罐8和采卤组件12，其中，采卤组件12包括若干采卤管5和若干蒸汽管6；

如图1所示，高压采卤井口1为现有的井深4700米的卤水井，在使用前在地面对卤水管和蒸汽管进行拼装和连接，在对井内下管施工时采用卤水管5和蒸汽管6同时下井，中转装置4用于对井下的管道与井上的装置进行输送和中转，蒸汽管6用于向井下输送高温高压的蒸汽，起到保持温度的作用，卤水管5用于使井下高温高压的混合卤水上反至几口，混合卤水上反后进入汽气冷却分离装置7进行分离和冷却，冷却后的卤水进入卤水收集罐8的内部；

高压采卤井口1的外部设置有中转装置4，高压采卤井口1延伸至井内设置有若干采卤管5，中转装置4的一个开口与首个采卤管5的其中一端连通，若干采卤管5首尾依次连通，若干采卤管5穿过高压采卤井口1延伸至井内，中转装置4还分别与汽气冷却分离装置7的入口和卤水收集罐8的入口连通，汽气冷却分离装置7和卤水收集罐8均设置于高压采卤井口1的外部，中转装置4还与蒸汽管6连通，若干蒸汽管6首尾依次连通，若干蒸汽管6延伸至采卤管5的内部，井内的采卤管5与蒸汽管6同轴设置，还包括蒸汽发生装置2和蒸汽压缩机3，蒸汽发生装置2的出口与蒸汽压缩机3的入口连通，蒸汽压缩机3的出口与中转装置4连通，蒸汽发生装置2和蒸汽压缩机3用于向蒸汽管6的内部输送蒸汽；

如图1所示，具体实施时，若干采卤管5若干蒸汽管6首尾连接进行拼装后同步下井，蒸汽发生装置2为蒸汽锅炉，蒸汽锅炉生产温度高于140℃的高温蒸汽，蒸汽进入蒸汽压缩机3的内部进行加压，通过蒸汽压缩机生产压力大于30MPa，温度大于等于160℃的高温高压蒸汽，高温高压蒸汽通过中转装置4注入蒸汽管6的内部，高温高压蒸汽到达蒸汽管6底部时从管座处注入卤水管，此时高温高压的蒸汽与卤水管中的超饱和卤水混合，卤水在高压的状态下沿着采卤管上反，由于在上反的过程中随着高度的上升温度逐步降低，此时蒸汽管6与上反的卤水形成热交换，对卤水进行加热升温，从而避免超饱和卤水与蒸汽的混合物在上反的过程中出现结晶盐造成堵塞，延长了自喷采卤的时间，通过加压的方式，提高了卤水的举升能力，加快了卤水上反时的流速，提高了采卤量，扩大了产能，上反的卤水和蒸汽的混合物穿过井口进入到中转装置4的内部，中转装置4将上反的混合物输送至汽气冷却分离装置7中，此时注入的混合物温度大于100℃，压力大于1MPa；

汽气冷却分离装置7包括分离装置主体71、管道72和冷却仓79，分离装置主体71为空心的罐体结构，分离装置主体71倾斜设置，管道72分布于分离装置主体71的内部，分离装置主体71高的一端开设有汽气入口73，汽气入口73与中转装置4连通，分离装置主体71低的一端开设有气体出口74，分离装置主体71的内部设置有冷却仓79，冷却仓79设置于靠近气体出口74的一侧，管道72的一端与汽气入口73连通，管道72的另一端与冷却仓79连通，冷却仓79远离管道72的一侧与气体出口74的一端连通，气体出口74的另一端与气体回收塔10连通；分离装置主体71靠近气体出口74一侧的顶部开设有低温卤水入口76，分离装置主体71靠近气体出口74一侧的底部开设有液固出口77，冷却仓79的底部与液固出口77连通，分离装置主体71靠近汽气入口73一侧的顶部开设有加热卤水出口75，加热卤水出口75与卤水收集罐8连通，还包括结晶盐回收罐11，液固出口77与结晶盐回收罐11连通；

如图1-2所示，具体实施时，井下上反的混合物通过汽气入口73进入管道72中，通过管道72输送到冷却仓79的内部，此时将低温卤水作为冷却介质通过低温卤水入口76注入分离装置主体71的内部，从而对冷却仓79进行热交换冷却，冷却仓79内部的混合物经过冷却分离为气相和液相，气相主要为含硫的天然气，液相为卤水，含硫的天然气通过气体出口74排出，气体出口74内部设置有捕雾器，用于初步的过滤，气体出口74处还设置有硫化氢气体探测器，用于监测硫化氢的浓度，排出的气体进入到气体回收装置10的内部回收，经过脱硫处理后利用，低温卤水经过热交换形成中温卤水，中温卤水从加热卤水口75处排出，进入到卤水收集罐8的内部自热冷却，冷却仓79内部由于热交换产生的结晶盐从液固出口77处排出，进入到结晶盐回收罐11的内部。

分离装置主体71的中部设置有隔板78，隔板78其中一侧与分离装置主体71的顶部内壁固定连接，隔板78与分离装置主体71的底部内壁之间留有间隙，隔板78设置于分离装置主体71的中部。

如图2所示，具体实施时，低温卤水从低温卤水入口76注入后，经过热交换的中温卤水由于隔板78的阻挡形成U型的流动路径，最终从加热卤水口75处进入卤水收集罐8内进行自然冷却降温，冷却后可作为介质再次注入分离装置主体71的内部或输送至化工厂进行加工，

进一步的，采卤管5与蒸汽管6之间设置有蒸汽管护套9，蒸汽管护套9包括卤水管座91、蒸汽管挂92和固定耳93，卤水管座91的横截面呈圆形设置，卤水管座91的中部开设有第一通孔94，蒸汽管6穿过第一通孔94设置，卤水管座91的表面还开设有若干第二通孔95，若干第二通孔95以第一通孔94为圆心呈环形分布，卤水管座91的表面竖直设置有蒸汽管挂92，蒸汽管挂92的端部与第一通孔94的孔壁固定连接，蒸汽管挂92的横截面呈半圆形，蒸汽管挂92的两侧对称设置有固定耳93，固定耳93用于使对称的两个蒸汽管挂92闭合；

如图3-4所示，具体实施时，在施工和采卤的过程中，由于蒸汽管6设置于采卤管5的内部，为了避免蒸汽管6与采卤管5之间发生碰撞，蒸汽管6与采卤管5之间设置了蒸汽管保护套9，具体实施时，蒸汽管挂92为两个半圆的构件，通过将两个半圆的对接，对接后通过对应设置的固定耳93进行连接，使中部形成圆柱体空间，蒸汽管6设置于圆柱体空间内部，并且蒸汽管6穿过卤水管座91中部的第一通孔，使得蒸汽管6和采卤管5之间保持一定的间距，避免发生碰撞，同时可以使得蒸汽管6内部的高温高压蒸汽注入采卤管5，并与采卤管5中的超饱和卤水混合，从而起到保持温度和稀释超饱和卤水的目的。

进一步的，一种采用所述的超饱和浓度卤水高温热采系统的方法包括以下步骤；

S1.蒸汽发生装置2生产温度≥160℃，压力1.6MPa的蒸汽；

S2.将S1生产的蒸汽通过蒸汽压缩机3增压至30MPa，控制温度≥170℃，得到高温高压蒸汽；

S3.将S2生产的高温高压蒸汽注入蒸汽管6，高温高压蒸汽在井深3500m以下通过蒸汽管座喷出进入采卤管5内，高温高压蒸汽与采卤管5中的卤水混流加温，得到混合物；

S4.S3中得到的混合物通过采卤管5上反至高压采卤井口1，上反过程中的混合物随着高度的升高温度降低，高温高压蒸汽在蒸汽管6内的传输过程中对采卤管5中的混合物进行热交换加温，反至高压采卤井口处的混合物温度≥140℃，温度≥140℃的混合物通过中转装置4从汽气入口73输送至汽气冷却分离装置7中；

S5.S4中的混合物从汽气入口73经过管道72进入冷却仓79，将低温卤水从低温卤水入口76注入，低温卤水对冷却仓79及其内部的混合物降温，混合物降温后形成含硫天然气和混合液，含硫天然气通过气体出口74排出并回收，低温卤水热交换后得到中温卤水，中温卤水从加热卤水出口75排出，冷却仓79内部在冷却过程中产生的结晶盐从液固出口77排出。

通过蒸汽锅炉产生蒸汽，在通过蒸汽压缩机3将高温高压的蒸汽注入蒸汽管6，高温高压的蒸汽从端部喷出，在采卤管内与超饱和的卤水混合，在上反的过程中蒸汽管6持续对上反的混合物进行热交换，保证混合物的温度避免出现结晶，最终混合物进入汽气冷却分离装置的内部进行冷却分离处理，使得开采处的气体与卤水分离的目的。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作地等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种超饱和浓度卤水高温热采系统，包括高压采卤井口(1)，其特征在于，还包括中转装置(4)、汽气冷却分离装置(7)、卤水收集罐(8)和采卤组件(12)；

所述高压采卤井口(1)的外部设置有所述中转装置(4)，所述中转装置(4)其中的一个开口与所述采卤组件(12)连通，所述中转装置(4)还分别与所述汽气冷却分离装置(7)的入口和所述卤水收集罐(8)的入口连通，所述汽气冷却分离装置(7)和所述卤水收集罐(8)均设置于所述高压采卤井口(1)的外部；

所述汽气冷却分离装置(7)包括分离装置主体(71)、管道(72)和冷却仓(79)，所述分离装置主体(71)为空心的罐体结构，所述分离装置主体(71)倾斜设置，所述管道(72)分布于所述分离装置主体(71)的内部，所述分离装置主体(71)高的一端开设有汽气入口(73)，所述汽气入口(73)与所述中转装置(4)连通，所述分离装置主体(71)低的一端开设有气体出口(74)，所述分离装置主体(71)的内部设置有所述冷却仓(79)，所述冷却仓(79)设置于靠近所述气体出口(74)的一侧，所述管道(72)的一端与所述汽气入口(73)连通，所述管道(72)的另一端与所述冷却仓(79)连通，所述冷却仓(79)远离所述管道(72)的一侧与所述气体出口(74)的一端连通，所述气体出口(74)的另一端与气体回收塔(10)连通；

所述分离装置主体(71)靠近所述气体出口(74)一侧的顶部开设有低温卤水入口(76)，所述分离装置主体(71)靠近所述气体出口(74)一侧的底部开设有液固出口(77)，所述冷却仓(79)的底部与所述液固出口(77)连通，所述分离装置主体(71)靠近所述汽气入口(73)一侧的顶部开设有加热卤水出口(75)，所述加热卤水出口(75)与所述卤水收集罐(8)连通，所述分离装置主体(71)的中部设置有隔板(78)，所述隔板(78)的顶部与所述分离装置主体(71)的顶部内壁固定连接，所述隔板(78)与所述分离装置主体(71)的底部内壁之间留有间隙，所述隔板(78)设置于所述分离装置主体(71)的中部。

2.根据权利要求1所述的一种超饱和浓度卤水高温热采系统，其特征在于，所述采卤组件(12)包括采卤管(5)、蒸汽管(6)，所述高压采卤井口(1)延伸至井内设置有若干所述采卤管(5)，若干所述采卤管(5)首尾依次连通，所述中转装置(4)的一个开口与首个所述采卤管(5)的其中一端连通。

3.根据权利要求2所述的一种超饱和浓度卤水高温热采系统，其特征在于，所述中转装置(4)还与所述蒸汽管(6)连通，若干所述蒸汽管(6)首尾依次连通，若干所述蒸汽管(6)延伸至所述采卤管(5)的内部，井内的所述采卤管(5)与所述蒸汽管(6)同轴设置。

4.根据权利要求3所述的一种超饱和浓度卤水高温热采系统，其特征在于，还包括蒸汽发生装置(2)和蒸汽压缩机(3)，所述蒸汽发生装置(2)的出口与所述蒸汽压缩机(3)的入口连通，所述蒸汽压缩机(3)的出口与中转装置(4)连通。

5.根据权利要求3所述的一种超饱和浓度卤水高温热采系统，其特征在于，所述采卤管(5)与所述蒸汽管(6)之间设置有蒸汽管护套(9)，所述蒸汽管护套(9)包括卤水管座(91)、蒸汽管挂(92)和固定耳(93)，所述卤水管座(91)的横截面呈圆形设置，所述卤水管座(91)的中部开设有第一通孔(94)，所述蒸汽管(6)穿过所述第一通孔(94)设置，所述卤水管座(91)的表面还开设有若干第二通孔(95)，若干所述第二通孔(95)以所述第一通孔(94)为圆心呈环形分布，所述卤水管座(91)的表面竖直设置有所述蒸汽管挂(92)，所述蒸汽管挂(92)的端部与所述第一通孔(94)的孔壁固定连接，所述蒸汽管挂(92)的横截面呈半圆形，所述蒸汽管挂(92)的两侧对称设置有所述固定耳(93)，所述固定耳(93)用于使对称的两个所述蒸汽管挂(92)闭合。

6.根据权利要求1所述的一种超饱和浓度卤水高温热采系统，其特征在于，所述气体出口(74)内部设置有捕雾器，所述气体出口(74)处还设置有硫化氢气体探测器。

7.根据权利要求1所述的一种超饱和浓度卤水高温热采系统，其特征在于，还包括结晶盐回收罐(11)，所述液固出口(77)与所述结晶盐回收罐(11)连通。

8.根据权利要求4所述的一种超饱和浓度卤水高温热采系统的方法，其特征在于，一种采用所述的超饱和浓度卤水高温热采系统的方法包括以下步骤；

S1.蒸汽发生装置(2)生产温度≥160℃，压力1.6MPa的蒸汽；

S2.将S1生产的蒸汽通过蒸汽压缩机(3)增压至30MPa，控制温度≥170℃，得到高温高压蒸汽；

S3.将S2生产的高温高压蒸汽注入蒸汽管(6)，高温高压蒸汽在井深3500m以下通过蒸汽管座喷出进入采卤管(5)内，高温高压蒸汽与采卤管(5)中的卤水混流加温，得到混合物；

S4.将S3中得到的混合物通过采卤管(5)上反至高压采卤井口(1)，反至高压采卤井口处的混合物温度≥140℃，温度≥140℃的混合物通过中转装置(4)从汽气入口(73)输送至汽气冷却分离装置(7)中；

S5.将S4中的混合物从汽气入口(73)经过管道(72)进入冷却仓(79)，将低温卤水从低温卤水入口(76)注入，低温卤水对冷却仓(79)及其内部的混合物降温，混合物降温后形成含硫天然气和混合液，含硫天然气通过气体出口(74)排出并回收，低温卤水热交换后得到中温卤水，中温卤水从加热卤水出口(75)排出，冷却仓(79)内通过冷却产生的结晶盐及处理后得到的卤水从液固出口(77)排出。

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