CN116104457A - 气体制备系统和二氧化碳驱油系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油开采技术领域并公开一种气体制备系统和二氧化碳驱油系统，所述气体制备系统包括原料容纳装置、硫化床锅炉、旋风分离器和含铁物供给仓，所述原料容纳装置具有用于容纳原料的容纳腔，所述原料容纳装置设有与所述容纳腔连通的原料出口；所述硫化床锅炉具有用于燃烧碳氢化合物的炉膛，所述硫化床锅炉上设有分别与所述炉膛连通的第一锅炉口、第二锅炉口、第三锅炉口、第四锅炉口和第五锅炉口；所述旋风分离器具有对所述炉膛排出的烟气进行分离的分离腔；所述含铁物供给仓具有容纳所述含铁物的供给腔，所述含铁物供给仓上设有与所述供给腔连通的供给口，所述供给口与所述第五锅炉口连通。本发明的气体制备系统可以控制二氧化碳生成的速度，以提高制备二氧化碳的效率。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，具体地，涉及一种气体制备系统和二氧化碳驱油系统。
背景技术
关于石油开采，提高采收率研究是油气开发和研究的热点。迄为止，已形成化学驱、气体混相驱、热采和微生物采油四大类。近些年，注气驱提高采收率发展迅速，其中，以注二氧化碳驱油的发展速度最快。一方面，二氧化碳驱油的效果非常明显。另一方而，二氧化碳的利用可以减轻温室效应。此外，随着技术的进步和环境保护的需要，利用二氧化碳驱油以提高采收率的方法越来越受到重视。
在相关技术中，二氧化碳的制备效率不高是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种气体制备系统和二氧化碳驱油系统，所述气体制备系统可以控制二氧化碳生成的速度，以提高制备二氧化碳的效率。
本发明的气体制备系统包括：
原料容纳装置，所述原料容纳装置具有用于容纳原料的容纳腔，所述原料容纳装置设有与所述容纳腔连通的原料出口；
硫化床锅炉，所述硫化床锅炉具有用于燃烧碳氢化合物的炉膛，所述硫化床锅炉上设有分别与所述炉膛连通的第一锅炉口、第二锅炉口、第三锅炉口、第四锅炉口和第五锅炉口，所述第一锅炉口设有多个，多个所述第一锅炉口在所述硫化床锅炉的高度方向上依次排布，多个所述第一锅炉口分别与所述原料出口连通，所述第二锅炉口与大气连通；
旋风分离器，所述旋风分离器具有对所述炉膛排出的烟气进行分离的分离腔，所述旋风分离器上设有分别与所述分离腔连通的第一分离口、第二分离口和第三分离口，所述第一分离口与所述第三锅炉口连通，以允许所述炉膛中的烟气进入所述分离腔，所述第二分离口与所述第四锅炉口连通，以允许所述分离腔中的分离物进入所述炉膛，所述第三分离口用于排出所述分离腔中的水蒸气和二氧化碳；
含铁物供给仓，所述含铁物供给仓具有容纳所述含铁物的供给腔，所述含铁物供给仓上设有与所述供给腔连通的供给口，所述供给口与所述第五锅炉口连通。
可选地，所述第二锅炉口位于所述硫化床锅炉的底部；和/或
所述第三锅炉口位于所述硫化床锅炉的顶部；和/或
所述第四锅炉口位于所述第一锅炉口和所述第三锅炉口之间。
可选地，气体制备系统还包括：
汽化罐，所述汽化罐连接在所述原料出口和所述第一锅炉口之间，所述汽化罐具有用于将碳氢化合物汽化的汽化腔。
可选地，气体制备系统还包括：
喷射装置，所述喷射装置设在炉膛内且与所述第一锅炉口连通，以用于将碳氢化合物喷入所述炉膛内。
可选地，气体制备系统还包括：
第一风机，所述第一风机设在所述第二锅炉口内，以将气体送入至所述炉膛。
可选地，气体制备系统还包括：
空分装置，所述空分装置与所述第二锅炉口连通。
可选地，气体制备系统还包括：
第二风机，所述第二风机设在所述第二分离口和所述第四锅炉口之间，以将气体送入至所述炉膛。
可选地，所述硫化床锅炉包括设在所述炉膛内的布风板，所述布风板位于所述第二锅炉口处，以改变由所述第二锅炉口进入所述炉膛的气流。
可选地，所述硫化床锅炉包括设在所述炉膛内的过热器埋管。
本发明的二氧化碳驱油系统包括：
气体制备系统，所述气体制备系统为根据权利要求1-9中任一项所述的气体制备系统；
注气井，所述注气井的一端与所述第三分离口连通；
水平井，所述水平井的一端与所述注气井的另一端连通；
出油井，所述出油井的一端与所述水平井的另一端连通；
石油储存罐，所述石油储存罐具有用于储存石油的储存腔，所述储存腔与所述出油井的另一端连通。
附图说明
图1是本发明实施例的气体制备系统的示意图。
附图标记：1-原料容纳装置、1a-容纳腔、1b-原料出口、2-汽化罐、3-硫化床锅炉、3a-炉膛、3b-第一锅炉口、3c-第二锅炉口、3d-第三锅炉口、3e-第四锅炉口、3f-布风板、3g-过热器埋管、3h-第五锅炉口、4-旋风分离器、4a-分离腔、4b-第一分离口、4c-第二分离口、4d-第三分离口、5-喷射装置、6-第一风机、7-空分装置、8-第二风机、9-注气井、10-水平井、11-出油井、12-石油储存罐、13-含铁物供给仓13a-供给腔、13b-供给口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的用于二氧化碳驱油的气体制备系统。如图1所示，本发明实施例的气体制备系统包括原料容纳装置1、硫化床锅炉3、旋风分离器4和含铁物供给仓13。
原料容纳装置1具有用于储存原料的容纳腔1a，原料容纳装置1设有与容纳腔1a连通的原料出口1b。硫化床锅炉3具有用于燃烧原料的炉膛3a，硫化床锅炉3上设有分别与炉膛3a连通的第一锅炉口3b、第二锅炉口3c、第三锅炉口3d、第四锅炉口3e和第五锅炉口3h，第一锅炉口3b设有多个，多个第一锅炉口3b在硫化床锅炉3的高度方向上依次排布，多个第一锅炉口3b分别与原料出口1b连通，第二锅炉口3c与大气连通。旋风分离器4具有对炉膛3a排出的烟气进行分离的分离腔4a，旋风分离器4上设有分别与分离腔4a连通的第一分离口4b、第二分离口4c和第三分离口4d，第一分离口4b与第三锅炉口3d连通，以允许炉膛3a中的烟气进入分离腔4a，第二分离口4b与第四锅炉口3e连通，以允许分离腔4a中的分离物进入炉膛3a，第三分离口4d用于排出分离腔4a中的水蒸气和二氧化碳；含铁物供给仓13具有容纳含铁物的供给腔13a，含铁物供给仓13上设有与供给腔13a连通的供给口13b，供给口13b与第五锅炉口3h连通。
本发明实施例的气体制备系统，可以通过原料和氧气在硫化床锅炉3中燃烧，以生成水蒸气和二氧化碳。与此同时，可以通过旋风分离器4将硫化床锅炉3中的烟气(二氧化碳、水蒸气和未完全燃烧的原料)进行分离，然后再将未完全燃烧的原料排入硫化床锅炉3中以充分燃烧，以及分离得到的二氧化碳和水蒸气可以为驱油做准备。此外，含铁物供给仓13可以向原料容纳装置1提供含铁物，含铁物可以减缓原料与氧气之间反应速度。也就是说，本发明实现了石油开采技术中二氧化碳驱油技术与循环流化床燃烧系统的结合，为二氧化碳制备及驱油提供了新思路。
下面描述用于二氧化碳驱油的气体制备系统的一些具体实施例。
本发明实施例中的原料优选为甲烷。具体地，石油油田的附近一般有储量较为丰富的天然气资源，天然气的主要成分是甲烷气体，提供二氧化碳驱油气源可以通过甲烷燃烧制备二氧化碳。与此同时，甲烷与氧气反应的产物为二氧化碳和水，二氧化碳和水可以用于二氧化碳驱油、水驱油和气水混合驱油等。
在一些实施例中，如图1所示，原料容纳装置1具有用于储存原料的容纳腔1a，原料可以是气态或液态。本发明中的原料为甲烷，原料容纳装置1中的甲烷为液态，液态的甲烷便于运输和储存。原料容纳装置1设有与容纳腔1a连通的原料出口1b。
在一些实施例中，如图1所示，硫化床锅炉3具有用于燃烧原料的炉膛3a，硫化床锅炉3上设有分别与炉膛3a连通的第一锅炉口3b、第二锅炉口3c、第三锅炉口3d和第四锅炉口3e和第五锅炉口3h，多个第一锅炉口3b分别与原料出口1b连通，原料容纳装置1中的原料可以通过第一锅炉口3b和原料出口1b进入炉膛3a中，原料可以在炉膛3a内燃烧生成二氧化碳和水蒸气。第二锅炉口3c与大气连通，空气可以通过第二锅炉口3c与大气源源不断地进入炉膛3a，以促进原料在炉膛3a燃烧。
具体地，利用硫化床锅炉3作为反应器，硫化床锅炉3具有传热传质强烈、温度恒定容易维持的性质，在流态化燃烧过程中，床料颗粒与气体的两相流动使其具备了很好的传热性能，确保流化床内温度分布均匀，防止局部热量聚集，控制原料反应温度，避免发生爆炸。
可选地，第一锅炉口3b设有多个，多个第一锅炉口3b在硫化床锅炉3的高度方向上依次排布。在不同的高度位置设置第一锅炉口3b，可以通过不同位置的第一锅炉口3b将原料送至硫化床锅炉3。
在一些实施例中，原料(甲烷)燃烧产生的烟气量较小，为了实现炉膛3a内部的快速流态化，炉膛3a的流化风速不能设置过高，控制炉膛3a内的流化风速为1m/s～2m/s。
在一些实施例中，控制炉膛3a内的温度为880℃～980℃。具体地，原料(甲烷)燃烧的温度本身较高，约为1500℃，为了防止炉膛3a内的颗粒在炉内由于温度过高而结渣，需要控制炉膛平均温度为880℃～980℃，仍高于一般的循环流化床燃烧温度，但由于反应物为甲烷和纯氧，因此不需要考虑温度过高引起的NOx排放量增加的问题。
在一些实施例中，如图1所示，硫化床锅炉3包括设在炉膛3a内的布风板3f，布风板3f位于第二锅炉口3c处，以改变由第二锅炉口3c进入炉膛3a的气流。
具体地，布风板3f可以控制从第二锅炉口3c进入的气体的流速，即，可以降低气体的流速，控制气体与原料之间的反应速度，避免气体与原料发生爆炸。
在一些实施例中，如图1所示，硫化床锅炉3包括设在炉膛3a内的过热器埋管3g。
具体地，在硫化床锅炉3内布置过热器埋管3g，可以降低炉膛3a内的温度，避免炉膛3a内的温度而导致硫化床锅炉3损坏。也就是说，过热器埋管3g控制将炉膛3a内的温度控制在设定范围内，防止炉膛3a内的温度过高。
在一些实施例中，在硫化床锅炉3的四周设置水冷壁，从而控制炉膛3a的温度，以控制在设定范围内，防止硫化床锅炉3超温。
在一些实施例中，如图1所示，旋风分离器4具有对炉膛3a排出的烟气进行分离的分离腔4a，旋风分离器4可以将炉膛3a排出的烟气进行分离，将二氧化碳和水蒸气分离出来，然后再将未燃尽的原料回排至炉膛3a中继续燃烧。旋风分离器4上设有分别与分离腔4a连通的第一分离口4b、第二分离口4c和第三分离口4d，第一分离口4b与第三锅炉口3d连通，以允许炉膛3a中的烟气进入分离腔4a，第二分离口4b与第四锅炉口3e连通，以允许分离腔4a中的分离物进入炉膛3a，第三分离口4d用于排出分离腔4a中的水蒸气和二氧化碳。
在一些实施例中，如图1所示，含铁物供给仓13具有容纳含铁物的供给腔13a，含铁物供给仓13上设有与供给腔13a连通的供给口13b，供给口13b与第五锅炉口3h连通。
具体地，本发明中选用含铁物作为辅助燃烧剂，其中，含铁物可以与部分氧气发生反应以实现载氧，得到的铁的氧化物，然后再与甲烷发生还原反应，从而达到控制甲烷与纯氧燃烧反应进程的效果。也就是说，含铁物作为载氧体，可以改善炉膛3a内的气体浓度和温度分布的均匀性，有利于气体的燃尽。
可选地，含铁物为铁粉、富铁粉煤灰、高炉炼铁废渣、钛铁矿等，可以实现固体废弃物的有效利用。此外，含铁物可以选择富铁粉煤灰或者高炉炼铁废渣等富铁物质作为床料，粉煤灰与冶炼渣均属于国家重点关注的七类大宗固废，来源广泛、经济实惠且可以达到固体废弃物再利用的优选效果。
可选地，含铁物中的铁元素含量至少为10％，从而保证含铁物的载氧能力。
可选地，含铁物的料粒度为80μm～150μm，炉膛3a内的含铁物平均粒度小于等于140μm，含铁物的抗磨性能良好，且中间产物也具备很好的吸附性，床料颗粒可以长时间参与物料循环。
在一些实施例中，如图1所示，第一锅炉口3b位于硫化床锅炉3的底部。
在一些实施例中，如图1所示，第二锅炉口3c位于硫化床锅炉3的底部。
在一些实施例中，如图1所示，第三锅炉口3d位于硫化床锅炉3的顶部。
在一些实施例中，如图1所示，第四锅炉口3e位于第一锅炉口3d和第三锅炉口3c之间。
在一些实施例中，如图1所示，气体制备系统还包括汽化罐2，汽化罐2连接在原料出口1b和第一锅炉口3b之间，汽化罐2具有用于将原料汽化的汽化腔。
具体地，当原料容纳装置1中的原料为液态时，汽化罐2可以将液态的原料进行汽化，确保汽化后的原料可以在硫化床锅炉3中进行充分的燃烧。
在一些实施例中，如图1所示，气体制备系统还包括喷射装置5，喷射装置5设在炉膛3a内且与第一锅炉口3b连通，以用于将原料喷入炉膛3a内。
具体地，喷射装置5可以将汽化后的原料喷入炉膛3a内，以促进原料燃烧。另外，可以通过喷射装置5控制向炉膛3a内喷入原料的速度，从而控制原料的燃烧速度。
在一些实施例中，如图1所示，气体制备系统还包括第一风机6，第一风机6设在第二锅炉口3c内，以将气体送入至炉膛3a。具体地，第一风机6可以将空气送入炉膛3a。
在一些实施例中，如图1所示，气体制备系统还包括空分装置7，空分装置7与第二锅炉口3c连通。
具体地，空分装置7可以将空气进行分离，得到高纯度的纯氧，避免其他气体进入炉膛3a内影响原料的燃烧。
在一些实施例中，如图1所示，气体制备系统还包括第二风机8，第二风机8设在第二分离口4c和第四锅炉口3e之间，以将气体送入至炉膛3a。
具体地，在第二分离口4c和第四锅炉口3e之间安装第二风机8，第二风机8可以将大气中的气体送入炉膛3a，以增加炉膛3a内的氧气含量，可以确保原料得到充分的燃烧。
可选地，第二分离口4c可以安装空分装置，利用空分装置得到高纯度的氧气。
本发明中二氧化碳驱油系统包括气体制备系统、注气井9、水平井10、出油井11和石油储存罐12。气体制备系统为上述的气体制备系统，注气井9的一端与第三分离口4d连通，水平井10的一端与注气井9的另一端连通，出油井11的一端与水平井10的另一端连通，石油储存罐12具有用于储存石油的储存腔，储存腔与出油井11的另一端连通。
具体实施例1
在130t/h循环流化床锅炉3上，甲烷燃烧热值为55000kJ/kg，在硫化床锅炉3内的甲烷燃料消耗量为8.27t/h，过量氧气系数为1.1时，纯氧消耗量为18.19t/h。使用该锅炉燃烧后每小时产生的蒸汽量为130t，蒸汽压力为13.73MPa，蒸汽温度为540℃，同时产生的烟气为二氧化碳8.27t/h，水16.54t/h。监测炉内不同位置的温度和氧气浓度发现，选用富铁颗粒作为床料改进了炉内的氧气分布同时也控制了炉内反应温度的稳定，有利于优化甲烷纯氧燃烧系统。
具体实施例2
在150t/h循环流化床锅炉上，甲烷燃烧热值为55000kJ/kg，在硫化床锅炉3内的甲烷燃料消耗量为7.77t/h，过量氧气系数为1.1时，纯氧消耗量为17.10t/h。使用该锅炉燃烧后每小时产生的蒸汽量为150t，蒸汽压力为9.81MPa，蒸汽温度为540℃，同时产生的烟气为二氧化碳7.77t/h，水15.54t/h。监测炉内不同位置的温度和氧气浓度发现，选用富铁颗粒作为床料可以改进了炉内的氧气分布同时也控制了炉内反应温度的稳定，有利于优化甲烷纯氧燃烧系统。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，包括：
原料容纳装置，所述原料容纳装置具有用于容纳原料的容纳腔，所述原料容纳装置设有与所述容纳腔连通的原料出口；
硫化床锅炉，所述硫化床锅炉具有用于燃烧碳氢化合物的炉膛，所述硫化床锅炉上设有分别与所述炉膛连通的第一锅炉口、第二锅炉口、第三锅炉口、第四锅炉口和第五锅炉口，所述第一锅炉口设有多个，多个所述第一锅炉口在所述硫化床锅炉的高度方向上依次排布，多个所述第一锅炉口分别与所述原料出口连通，所述第二锅炉口与大气连通；
旋风分离器，所述旋风分离器具有对所述炉膛排出的烟气进行分离的分离腔，所述旋风分离器上设有分别与所述分离腔连通的第一分离口、第二分离口和第三分离口，所述第一分离口与所述第三锅炉口连通，以允许所述炉膛中的烟气进入所述分离腔，所述第二分离口与所述第四锅炉口连通，以允许所述分离腔中的分离物进入所述炉膛，所述第三分离口用于排出所述分离腔中的水蒸气和二氧化碳；
含铁物供给仓，所述含铁物供给仓具有容纳所述含铁物的供给腔，所述含铁物供给仓上设有与所述供给腔连通的供给口，所述供给口与所述第五锅炉口连通。
2.根据权利要求1所述的用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，
所述第二锅炉口位于所述硫化床锅炉的底部；和/或
所述第三锅炉口位于所述硫化床锅炉的顶部；和/或
所述第四锅炉口位于所述第一锅炉口和所述第三锅炉口之间。
3.根据权利要求1所述的用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，还包括：
汽化罐，所述汽化罐连接在所述原料出口和所述第一锅炉口之间，所述汽化罐具有用于将碳氢化合物汽化的汽化腔。
4.根据权利要求1所述的用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，还包括：
喷射装置，所述喷射装置设在炉膛内且与所述第一锅炉口连通，以用于将碳氢化合物喷入所述炉膛内。
5.根据权利要求1所述的用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，还包括：
第一风机，所述第一风机设在所述第二锅炉口内，以将气体送入至所述炉膛。
6.根据权利要求1所述的用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，还包括：
空分装置，所述空分装置与所述第二锅炉口连通。
7.根据权利要求1所述的用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，还包括：
第二风机，所述第二风机设在所述第二分离口和所述第四锅炉口之间，以将气体送入至所述炉膛。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，所述硫化床锅炉包括设在所述炉膛内的布风板，所述布风板位于所述第二锅炉口处，以改变由所述第二锅炉口进入所述炉膛的气流。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的用于二氧化碳驱油的气体制备系统，其特征在于，5所述硫化床锅炉包括设在所述炉膛内的过热器埋管。
10.一种二氧化碳驱油系统，其特征在于，包括：
气体制备系统，所述气体制备系统为根据权利要求1-9中任一项所述的气体制备系统；
注气井，所述注气井的一端与所述第三分离口连通；
水平井，所述水平井的一端与所述注气井的另一端连通；
0出油井，所述出油井的一端与所述水平井的另一端连通；
石油储存罐，所述石油储存罐具有用于储存石油的储存腔，所述储存腔与所述出油井的另一端连通。
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