CN114963687B - 一种稠油气汽多元流体发生系统及方法 - Google Patents

一种稠油气汽多元流体发生系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种稠油气汽多元流体发生系统及方法，属于稠油开采技术领域。该系统包括空气管路、燃气管路、燃烧器和喷淋管路，空气管路包括依次连接的低温液化装置、增压泵一、换热器一；燃气管路包括依次连接的增压泵二、换热器三；燃烧器包括依次连接的烧嘴、燃烧室和喷淋室；喷淋管路包括依次连接的增压泵三、燃烧室的内置换热器和喷淋室的内置喷头。该系统采用低温液化装置将空气液化，采用液体泵将液空和液态燃气升压后汽化，产生生产所需压力的高压气体进行燃烧并由此得到高压烟气。该系统避免了采用高压压缩机进行空气和燃气的压缩，大幅降低高压烟气发生过程的成本，具有显著的经济效益。

Description

一种稠油气汽多元流体发生系统及方法
技术领域
本发明涉及稠油开采技术领域，特别是指一种稠油气汽多元流体发生系统及方法。
背景技术
地球中的稠油资源极其丰富，其地质储量远超常规原油，稠油将成为石油的重要来源。我国的稠油储量位居世界前列，因此稠油的开采具有重要意义。
目前，稠油一般均采用热采方式。热采稠油是油田稳产的重要组成部分，传统的开采方式主要采取蒸汽吞吐和蒸汽驱，存在放喷周期长、效率低及采收率低等不足之处。相比于常规蒸汽开采稠油，多元热流体开采稠油技术极大地提高稠油开采效率。多元热流体开采稠油技术以多元热流体(CO2、H2O、N2等)作为热载体，通过热力降粘，气体溶解，补充地层能量等作用实现稠油增产。
因此，设法高效节能的发生出符合生产要求的多元热流体是稠油热采的重要发展方向。
为克服现有技术的缺点，解决常规蒸汽开采稠油效果趋于缓和，如何安全、高效地发生符合生产要求的多元热流体等问题，本发明的目的在于提供一种稠油气汽多元流体发生系统，系统采用空气低温液化装置将空气液化，并采用液体泵将液空和液态燃气升压后再汽化，进而产生生产所需压力的高压气体进行燃烧并由此得到高压烟气。本发明提供的方案避免了采用高压压缩机进行空气和燃气的压缩，解决了高压气体的供给问题，可大幅降低高压烟气发生过程的成本，因而具有显著的经济效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种稠油气汽多元流体发生系统及方法。
该系统包括燃烧器、空气管路、燃气管路和喷淋管路，空气管路和燃气管路连接燃烧器，喷淋管路连接燃烧器；
其中，空气管路包括依次连接的低温液化装置、增压泵一、换热器一；
燃气管路包括依次连接的增压泵二、换热器三；
燃烧器包括依次连接的烧嘴、燃烧室和喷淋室；
喷淋管路包括依次连接的增压泵三、燃烧室的内置换热器和喷淋室的内置喷头；
换热器一和换热器三均通过管道连接于烧嘴。
低温液化装置通过管道连接液态空气储罐的入口，液态空气储罐的出口通过管道连接至增压泵一。
优选的，还可以设置换热器四、蓄冷器，其中，换热器四设置液空通道、空气通道和载冷剂通道；液空通道的入口通过管道连接至增压泵一，液空通道的出口通过管道连接至换热器一；空气通道的入口通过管道连接至换热器一，空气通道的出口通过管道连接至低温液化装置；所述载冷剂通道的入口和出口分别通过管道连接至蓄冷器的出口和入口；换热器一设有空气入口。
进一步的，燃气管路设有换热器二，换热器二冷侧通道的入口和出口分别通过管道连接至空气管路的低温液化装置，从低温液化装置引出一股低温流体通入换热器二冷侧通道，随后该低温流体返回低温液化装置；
换热器二热侧通道入口通过管道连接换热器三天然气出口，换热器二热侧通道出口通过管道连接至增压泵二，增压泵二通过管道连接至换热器三，此时，换热器三开设燃气入口。
优选的，还可以设置发电管路，发电管路中加热器、发电装置、冷凝器和增压泵四依次连接，形成闭环，加热器置于燃烧室内。
该系统的应用方法，包括步骤如下：
S1：将空气通入低温液化装置并液化为液态空气，所述液态空气分为A部分和B部分，其中A部分送入增压泵一升压，然后进入换热器一汽化，最终进入烧嘴；B部分送入液态空气储罐；
S2：将液态燃气送入增压泵二升压后进入换热器三汽化，最终进入烧嘴；
S3：S1中汽化的空气和S2中汽化的燃气经烧嘴混合后进入燃烧室燃烧得到烟气并排至喷淋室；
S4：喷淋水先经增压泵三升压后进入燃烧室的内置换热器中对燃烧室进行冷却，然后注入喷淋室的喷头中与烟气混合后排出。其中，在谷电时段，所述S1中B部分是A部分质量流量的N倍，N的取值为1～24；在非低谷电时段，所述S1中B部分的质量流量为零，从液态空气储罐引出一股液态空气送入增压泵一升压，然后进入换热器一汽化，最终进入烧嘴。
优选的，来自增压泵一的液态空气先送入换热器四换热后再进入换热器一汽化，新引入的空气先经换热器一和换热器四预冷后，再进入低温液化装置；在谷电时段，换热器四载冷剂通道和液空通道内的流体流向相同；在非谷电时段，换热器四载冷剂通道和液空通道内流体的流向相反。
优选的，加热器内的循环水经加热器升温汽化，然后进入并驱动发电装置对外输出电能，随后进入冷凝器放热冷凝，最后经增压泵四后送入加热器。
S1中A部分液态空气的压力为0.1Mpa～10MPa。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，提供了一种稠油气汽多元流体发生系统，系统采用空气低温液化装置将空气液化，再用部分低温流体将燃气液化，并采用液体泵将液空和液态燃气升压后再汽化，进而产生生产所需压力的高压气体进行燃烧并由此得到高压烟气，由此避免了采用高压压缩机进行空气和燃气的压缩，解决了高压气体的供给问题，可大幅降低高压烟气发生过程的成本。
附图说明
图1为本发明的稠油气汽多元流体发生系统结构示意图一；
图2为本发明的稠油气汽多元流体发生系统结构示意图二；
图3为本发明的稠油气汽多元流体发生系统结构示意图三。
其中：11-低温液化装置；12-增压泵一；13-换热器一；14-蓄冷器；15-换热器四；21-换热器二；22-增压泵二；23-换热器三；31-增压泵三；41-液态空气储罐；51-烧嘴；52-燃烧室；53-喷淋室；61-加热器；62-发电装置；63-冷凝器；64-增压泵四。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种稠油气汽多元流体发生系统及方法。
该系统包括燃烧器，其特征在于，还包括空气管路、燃气管路和喷淋管路，空气管路和燃气管路连接燃烧器，喷淋管路连接燃烧器；
其中，空气管路包括依次连接的低温液化装置11、增压泵一12、换热器一13；
燃气管路包括依次连接的增压泵二22、换热器三23；
燃烧器包括依次连接的烧嘴51、燃烧室52和喷淋室53；
喷淋管路包括依次连接的增压泵三31、燃烧室52的内置换热器和喷淋室53的内置喷头；
换热器一13和换热器三23均通过管道连接于烧嘴51。
低温液化装置11通过管道连接液态空气储罐41的入口，液态空气储罐41的出口通过管道连接至增压泵一12。
如图1所示，为本发明系统的一种结构形式，空气直接进入低温液化装置11，液态燃气进入增压泵二22。
如图2所示，为本发明系统的另一种结构形式，设有换热器四15、蓄冷器14，其中，换热器四15设置液空通道、空气通道和载冷剂通道；液空通道的入口通过管道连接至增压泵一，液空通道的出口通过管道连接至换热器一；空气通道的入口通过管道连接至换热器一，空气通道的出口通过管道连接至低温液化装置；所述载冷剂通道的入口和出口分别通过管道连接至蓄冷器14的出口和入口；换热器一设有空气入口。
燃气管路设有换热器二21，换热器二21冷侧通道的入口和出口分别通过管道连接空气管路的低温液化装置，从低温液化装置引出一股低温流体通入换热器二冷侧通道，随后该低温流体返回低温液化装置；换热器二热侧通道入口通过管道连接换热器三天然气出口，换热器二热侧通道出口通过管道连接至增压泵二，增压泵二通过管道连接至换热器三，换热器三23设有燃气入口。
如图3所示，为本发明系统进一步改进的结构形式，设置发电管路，发电管路包括依次连接的加热器61、发电装置62、冷凝器63和增压泵四64，加热器61置于燃烧室52内。
该系统的应用方法，包括步骤如下：
S1：将空气通入低温液化装置11并液化为液态空气，所述液态空气分为A部分和B部分，其中A部分送入增压泵一12升压，然后进入换热器一13汽化，最终进入烧嘴51；B部分送入液态空气储罐41；
S2：将液态燃气送入增压泵二22升压后进入换热器三23汽化，最终进入烧嘴51；
S3：S1中汽化的空气和S2中汽化的燃气经烧嘴混合后进入燃烧室52燃烧得到烟气并排至喷淋室53；
S4：喷淋水先经增压泵三31升压后进入燃烧室52的内置换热器中对燃烧室52进行冷却，然后注入喷淋室53的喷头中与烟气混合后排出。
实施例1
如图1所示，该系统包括空气管路、燃气管路、燃烧器和喷淋管路，其中，空气管路包括依次连接的低温液化装置11、增压泵一12、换热器一13，燃气管路包括依次连接的增压泵二22、换热器三23，燃烧器包括依次连接的烧嘴51、燃烧室52和喷淋室53，喷淋管路包括依次连接的增压泵三31、燃烧室52的内置换热器和喷淋室53的内置喷头；换热器一13和换热器三23均通过管道连接于烧嘴51。
低温液化装置11和增压泵一12还通过管道分别连接于液态空气储罐41的入口和出口。
空气管路用于提供高压空气，其中：低温液化装置11用于将空气液化为液态空气，低温液化装置一般指采用林德循环、克劳德循环和卡皮查循环等低温液化循环为原理的气体液化装置。增压泵一12用于提高液态空气的压力，换热器一13用于将液态空气汽化，由此实现通过泵增压来获得高压空气，避免了使用空气压缩机。
燃气管路用于提供高压燃气，其中：增压泵二22用于提高液态燃气的压力，换热器三23用于将液态燃气汽化，由此实现通过泵增压来获得高压燃气，避免了使用燃气压缩机。
燃烧器用于进行高压空气和高压燃气的燃烧，其中：烧嘴51用于进行高压空气和高压燃气的混合，燃烧室52用于为燃烧反应提供场所，其内置换热器用于对其进行冷却，喷淋室53用于为烟气冷却提供场所，其内置喷头用于对烟气进行喷水冷却。
喷淋管路用于提供喷淋水，其中：增压泵三31用于提高喷淋水的压力，以便喷淋水进入燃烧室52的内置换热器和喷淋室53的内置喷头。
液态空气储罐41用于储存液态空气，并在有需要的时候向系统提供液态空气。
实施例2
该系统具体应用方法主要包括：
将空气通入低温液化装置11并液化为液态空气，液态空气分A和B两个部分，其中A部分送入增压泵一12升压，然后进入换热器一13汽化，最终作为高压空气进入烧嘴51。而B部分送入液态空气储罐41。
将液态燃气送入增压泵二22升压，并进入换热器三23汽化，最终作为高压燃气进入烧嘴51。
汽化的空气和汽化的燃气经烧嘴51混合后进入燃烧室52燃烧得到烟气并排至喷淋室53；
喷淋水先经增压泵三31升压后进入燃烧室52的内置换热器中对燃烧室52进行冷却，然后注入喷淋室53的喷头中与烟气混合后排出。
在谷电时段，所述B部分液态空气的流量是A部分的流量的N倍，N的取值在1和24之间；A部分液态空气的压力一般在0.1Mpa和10MPa之间。
在非低谷电时段，所述B部分液态空气的流量为零，从液态空气储罐41引出一股液态空气送入增压泵一12升压，然后进入换热器一13汽化，最终进入烧嘴51。
实施例3
如图2所示，在本发明系统中，换热器四15、蓄冷器14，其中，换热器四15设置液空通道、空气通道和载冷剂通道；载冷剂一般是指空气和氮气等低温气体载冷剂，或者是指甲烷、乙烷等低温液体载冷剂。液空通道的入口通过管道连接至增压泵一，液空通道的出口通过管道连接至换热器一；空气通道的入口通过管道连接至换热器一，空气通道的出口通过管道连接至低温液化装置；所述载冷剂通道的入口和出口分别通过管道连接至蓄冷器14的出口和入口；换热器一设有空气入口。
蓄冷器14和换热器四15的主要作用是将液态空气的冷量储存并用于对空气进行冷却。
燃气管路还设有换热器二21，换热器二21冷侧通道的入口和出口还分别通过管道连接空气管路，从空气管路中的低温液化装置11引出一股低温流体(一般为低温空气或液态空气)通入换热器二21冷侧通道，随后该低温流体返回空气管路的低温液化装置11；该低温流体为换热器二21提供冷量，用于液化燃气。换热器三23设有燃气入口，换热器三23通过管道连接换热器二21热侧通道，燃气先经换热器三23预冷，随后通入换热器二21热侧通道液化为液态燃气。
实施例4
如图3所示，在本发明系统中，还设置发电管路用于发电，发电管路包括依次连接的加热器61、发电装置62、冷凝器63和增压泵四64，加热器61置于燃烧室52内。其中，发电装置62为汽轮机和发电机的组合。
实施例5
如图2所示的稠油气汽多元流体发生系统的应用方法与实施例2相比，来自增压泵一12的液态空气先送入换热器四15换热后再进入换热器一13汽化，新引入的空气先经换热器一13和换热器四15预冷后，再进入低温液化装置11；从而实现利用液态空气的冷量，同时使得空气得到降温及脱水干燥；在谷电时段，换热器四15载冷剂通道和液空通道内的流体流向相同；在非谷电时段，换热器四15载冷剂通道和液空通道内流体的流向相反。新引入的燃气先经换热器三23预冷后，再进入换热器二22液化，从而实现回收液态燃气的冷量，同时使得燃气得到降温及脱水干燥。
实施例6
如图3所示的稠油气汽多元流体发生系统的应用方法与实施例2相比，还将循环水经加热器61升温汽化，然后进入并驱动发电装置62对外输出电能，随后进入冷凝器63放热冷凝，最后经增压泵四64后送入加热器61；燃烧室52内的烟气通过加热器61将热量传递给其内部的循环水，循环水升温汽化后送入并驱动发电装置62对外输出电能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种稠油气汽多元流体发生系统，包括燃烧器，其特征在于，还包括空气管路、燃气管路和喷淋管路，空气管路和燃气管路连接燃烧器，喷淋管路连接燃烧器；
其中，空气管路包括依次连接的低温液化装置、增压泵一、换热器一；
燃气管路包括依次连接的增压泵二、换热器三；
燃烧器包括依次连接的烧嘴、燃烧室和喷淋室；
喷淋管路包括依次连接的增压泵三、燃烧室的内置换热器和喷淋室的内置喷头；
换热器一和换热器三均通过管道连接于烧嘴；
还设有换热器四、蓄冷器，其中，换热器四设置液空通道、空气通道和载冷剂通道；液空通道的入口通过管道连接至增压泵一，液空通道的出口通过管道连接至换热器一；空气通道的入口通过管道连接至换热器一，空气通道的出口通过管道连接至低温液化装置；所述载冷剂通道的入口和出口分别通过管道连接至蓄冷器的出口和入口；换热器一设有空气入口。
2.根据权利要求1所述的稠油气汽多元流体发生系统，其特征在于，所述低温液化装置通过管道连接液态空气储罐的入口，液态空气储罐的出口通过管道连接至增压泵一。
3.根据权利要求1所述的稠油气汽多元流体发生系统，其特征在于，所述燃气管路设有换热器二，换热器二冷侧通道的入口和出口分别通过管道连接至空气管路的低温液化装置，从低温液化装置引出一股低温流体通入换热器二冷侧通道，随后该低温流体返回低温液化装置；
换热器二热侧通道入口通过管道连接换热器三天然气出口，换热器二热侧通道出口通过管道连接至增压泵二，增压泵二通过管道连接至换热器三，此时，换热器三开设燃气入口。
4.根据权利要求1所述的稠油气汽多元流体发生系统，其特征在于，还包括发电管路，发电管路中加热器、发电装置、冷凝器和增压泵四依次连接，形成闭环，加热器置于燃烧室内。
5.根据权利要求1所述的稠油气汽多元流体发生系统的应用方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1：将空气通入低温液化装置并液化为液态空气，所述液态空气分为A部分和B部分，其中A部分送入增压泵一升压，然后进入换热器一汽化，最终进入烧嘴；B部分送入液态空气储罐；
S2：将液态燃气送入增压泵二升压后进入换热器三汽化，最终进入烧嘴；
S3：S1中汽化的空气和S2中汽化的燃气经烧嘴混合后进入燃烧室燃烧得到烟气并排至喷淋室；
S4：喷淋水先经增压泵三升压后进入燃烧室的内置换热器中对燃烧室进行冷却，然后注入喷淋室的喷头中与烟气混合后排出。
6.根据权利要求5所述的稠油气汽多元流体发生系统的应用方法，其特征在于：在谷电时段，所述S1中B部分是A部分质量流量的N倍，N的取值为1～24；
在非低谷电时段，所述S1中B部分的质量流量为零，从液态空气储罐引出一股液态空气送入增压泵一升压，然后进入换热器一汽化，最终进入烧嘴。
7.根据权利要求5所述的稠油气汽多元流体发生系统的应用方法，其特征在于，来自增压泵一的液态空气先送入换热器四换热后再进入换热器一汽化，新引入的空气先经换热器一和换热器四预冷后，再进入低温液化装置；
在谷电时段，换热器四载冷剂通道和液空通道内的流体流向相同；在非谷电时段，换热器四载冷剂通道和液空通道内流体的流向相反。
8.根据权利要求4所述的稠油气汽多元流体发生系统，其特征在于，所述加热器内的循环水经加热升温汽化，然后进入并驱动发电装置对外输出电能，随后进入冷凝器放热冷凝，最后经增压泵四后送入加热器。
9.根据权利要求5所述的稠油气汽多元流体发生系统的应用方法，其特征在于，所述S1中A部分液态空气的压力为0.1Mpa～10MPa。
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