CN207278247U - 一种高效节能低污染强力火驱采油系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高效节能低污染强力火驱采油系统。该系统包括制氧装置、注气装置、采油装置、发电装置及二氧化碳回收装置；制氧装置用于提供氧气；注气装置与制氧装置相连；采油装置用于采出原油驱动过程中的流动物质，采油装置还包括顺次连接的余热回收装置和分离装置，余热回收装置用于回收流动物质的余热，分离装置用于分离余热回收后的流动物质中的原油、二氧化碳和水；发电装置与余热回收装置相连，以将余热用于发电，且发电装置与制氧装置电连接以提供制氧过程中需要的能量；二氧化碳回收装置与分离装置相连，用于回收二氧化碳。上述火驱采油系统具有高效低成本、环保的效果，可应用于各种稠油、稀油、采余油等的高效低成本采油。

Description

一种高效节能低污染强力火驱采油系统

技术领域

本实用新型涉及原油火驱采油技术领域，具体而言，涉及一种高效节能低污染强力火驱采油系统。

背景技术

火烧油层技术又称为地下燃烧或层内燃烧，亦称火驱开采法，是一种在油层内部产生热量的热力采油技术。准确的说，是指把空气或氧气注入到油层里面，使其在油层中与有机燃料起反应，用产生的热量来帮助采收未燃烧的原油。火烧油层技术是一种具有明显技术优势和潜力的热力采油方法，是稠油开采的第二大技术。它具有驱油效率高(一般达80～90％)、单位热成本与蒸汽相当(注空气、注蒸汽产生1.0×10⁴千卡热量的直接成本分别为1.2元、1.3元)、油藏适应范围广(从薄油层到厚油层、从浅油层到深油层、从稀油到稠油，及已开发油藏)等特点。

美国早在1917年J.O.李威斯就提出了采用热力或注溶剂的方法，驱替地层中的原油以提高采收率的概念。1923年瓦尔科特和霍华德也认识到，把空气注入到油层，使油层在地下燃烧过程的关键是燃烧掉一部分原油，产生热量以降低粘度，同时产生驱替原油的驱动力。他们的这种认识分别在1923年申请到美国专利。当时，由于新油田勘探成功率比较高，投资商无意进行试验.直到1947年才开始了实验室试验研究。进入50年代后，美国的石油资源日见枯竭，新油田勘探成功率降低，这项新技术才得到广泛的关注。从1951年开始，各个石油公司在油田展开了一系列的试验研究，使得火烧油层技术得到了快速的发展。世界上最早的一次火烧油层现场试验是1942年在美国俄克拉荷马州的伯特勒斯维尔油田进行的。50年代以后，据统计，美国已经开展了70多个火烧油层项目。另外还有前苏联，荷兰，罗马尼亚，匈牙利，德国，印度等40多个国家先后开展了火烧油层采油的相关工作。我国从1958年起，先后在新疆，玉门，胜利，吉林和辽河等油田开展了火烧油层试验研究，因受当时条件的限制，火烧油层技术让位于注蒸汽采油，在我国的现场应用直到目前还为数不多，且目前的火驱采油技术能耗较高、成本较高、污染严重。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种高效节能低污染强力火驱采油系统，以解决现有技术中火驱采油技术能耗较高、成本较高、污染严重的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种高效节能低污染强力火驱采油系统，其包括：制氧装置，用于提供氧气；注气装置，与制氧装置相连，用于向油藏中注入氧气以点燃燃烧油层并驱动原油流动；采油装置，用于采出原油驱动过程中的流动物质，采油装置还包括顺次连接的余热回收装置和分离装置，余热回收装置用于回收流动物质的余热，分离装置用于分离余热回收后的流动物质中的原油、二氧化碳和水；发电装置，与余热回收装置相连，以将余热回收装置回收的余热用于发电，且发电装置与制氧装置电连接以提供制氧过程中需要的能量；以及二氧化碳回收装置，与分离装置相连，用于回收二氧化碳。

进一步地，分离装置包括：气液分离器，与余热回收装置相连，且气液分离器设置有气相出口和液相出口，气相出口与二氧化碳回收装置相连；油水分离器，与液相出口相连，且油水分离器设置有原油出口和水相出口。

进一步地，二氧化碳回收装置包括：脱硫装置，与气相出口相连，用于对气相出口排出的气体进行脱硫处理；压缩冷凝装置，压缩冷凝装置与脱硫装置相连，且压缩冷凝装置还设置有二氧化碳气体出口和凝析油气出口；以及第一压缩装置，与二氧化碳气体出口相连，用于将二氧化碳气体出口排出的二氧化碳气体液化。

进一步地，余热回收装置为换热器，换热器设置有待换热物料进口、待换热物料出口、冷却介质进口及冷却介质出口，待换热物料进口用于通入流动物质。

进一步地，发电装置包括：发电工质供应装置，用于供应发电工质，且发电工质供应装置的出口与冷却介质进口相连；发电机，设置有发电工质入口，发电工质入口与冷却介质出口相连，且发电机与制氧装置电连接。

进一步地，二氧化碳回收装置包括脱硫装置、压缩冷凝装置以及第一压缩装置，脱硫装置与气相出口相连，用于对气相出口排出的气体进行脱硫处理，压缩冷凝装置与脱硫装置相连，且压缩冷凝装置还设置有二氧化碳气体出口和凝析油气出口，第一压缩装置与二氧化碳气体出口相连，用于将二氧化碳气体出口排出的二氧化碳气体液化；发电装置还包括加热单元，加热单元设置在冷却介质出口与发电工质入口之间的管路上，加热单元设置有燃料进口，燃料进口与凝析油气出口相连。

进一步地，加热单元还设置有燃烧烟气出口；压缩冷凝装置还设置有燃烧烟气进口，燃烧烟气进口与燃烧烟气出口相连。

进一步地，第一压缩装置还设置有不凝气出口，不凝气出口与注气装置相连，用于将第一压缩装置中产生的不凝气注入油藏。

进一步地，注气装置包括：第二压缩机，与制氧装置相连，用于压缩氧气；注气井，注气井的进口与第二压缩机相连，用于将压缩后的氧气注入至油藏中；以及点火装置，点火装置用于点燃燃烧油层。

进一步地，采油装置还包括生产井，生产井用于采出流动物质，且生产井的出口与余热回收装置相连。

应用本实用新型的技术方案，提供了一种火驱采油系统，其包括制氧装置、注气装置、采油装置、发电装置以及二氧化碳回收装置；制氧装置用于提供氧气；注气装置与制氧装置相连，用于向油藏中注入氧气以点燃燃烧油层并驱动原油流动；采油装置用于采出原油驱动过程中的流动物质，采油装置还包括顺次连接的余热回收装置和分离装置，余热回收装置用于回收流动物质的余热，分离装置用于分离余热回收后的流动物质中的原油、二氧化碳和水；发电装置与余热回收装置相连，以将余热回收装置回收的余热用于发电，且发电装置与制氧装置电连接以提供制氧过程中需要的能量；二氧化碳回收装置与分离装置相连，用于回收二氧化碳。

本实用新型提供的上述火驱采油系统，利用制氧装置制得氧气后，通过注气装置将氧气注入油藏的燃烧油层，以使纯氧与原油的重质组分及焦炭发生氧化反应，释放出二氧化碳、水以及大量的热量，使周围的原油温度升高，粘度急速变小，在水蒸气、二氧化碳以及强度的压力驱动作用下流向采油装置。利用采油装置采出的流动物质，先经余热回收装置将其温度降低，后经分离装置分离流动物质中的原油、二氧化碳和水。其中回收的余热可以提供给发电装置进行发电，然后供电给制氧装置进行制氧。分离出来的二氧化碳通过二氧化碳回收装置回收，水则可以进行回注再次形成蒸汽驱动原油流动。

利用本实用新型提供的火驱采油系统进行强力火驱采油，有效利用了原油驱动后流动物质的余热进行发电，电能用于制氧，且二氧化碳得到回收。这有效降低了火驱采油过程中的能耗，降低了生产成本，同时，本实用新型的火驱采油系统排放少甚至无任何排放，有效解决了目前火驱采油过程的污染问题。总之，本实用新型提供的火驱采油系统具有高效率、低成本、环保的效果，可以应用于各种稠油、稀油、采余油等的高效率低成本采油。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种实施例的火驱采油系统示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、制氧装置；20、注气装置；21、第二压缩机；22、注气井；23、点火装置；30、采油装置；31、余热回收装置；32、分离装置；33、生产井；321、气液分离器；322、油水分离器；40、发电装置；41、发电工质供应装置；42、发电机；43、加热单元；50、二氧化碳回收装置；51、脱硫装置；52、压缩冷凝装置；53、第一压缩装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中的火驱采油技术能耗较高、成本较高、污染严重。

为了解决这一问题，本实用新型提供了一种高效节能低污染强力火驱采油系统，如图1所示，其包括制氧装置10、注气装置20、采油装置30、发电装置40以及二氧化碳回收装置50；制氧装置10用于提供氧气；注气装置20与制氧装置10相连，用于向油藏a中注入氧气以点燃燃烧油层并驱动原油流动；采油装置30用于采出原油驱动过程中的流动物质，采油装置30还包括顺次连接的余热回收装置31和分离装置32，余热回收装置31用于回收流动物质的余热，分离装置32用于分离余热回收后的流动物质中的原油、二氧化碳和水；发电装置40与余热回收装置31相连，以将余热回收装置31回收的余热用于发电，且发电装置40与制氧装置10电连接以提供制氧过程中需要的能量；二氧化碳回收装置50，与分离装置32相连，用于回收二氧化碳。

本实用新型提供的上述火驱采油系统，利用制氧装置10制得氧气后，通过注气装置20将氧气注入油藏a的燃烧油层，以使纯氧与原油的重质组分及焦炭发生氧化反应，释放出二氧化碳、水以及大量的热量，使周围的原油温度升高，粘度急速变小，在水蒸气、二氧化碳以及强度的压力驱动作用下流向采油装置30。利用采油装置30采出的流动物质，先经余热回收装置31将其温度降低，后经分离装置32分离流动物质中的原油、二氧化碳和水。其中回收的余热可以提供给发电装置40进行发电，然后供电给制氧装置10进行制氧。分离出来的二氧化碳通过二氧化碳回收装置50回收，水则可以进行回注再次形成蒸汽驱动原油流动。

利用本实用新型提供的火驱采油系统进行强力火驱采油，有效利用了原油驱动后流动物质的余热进行发电，电能用于制氧，且二氧化碳得到回收。这有效降低了火驱采油过程中的能耗，降低了生产成本，同时，本实用新型的火驱采油系统排放少甚至无任何排放，有效解决了目前火驱采油过程的污染问题。

优选地，制氧装置10为VPSA制氧单元。其可以直接使用空气作为原料，以电能将空气进行分离制取氧气。该制氧装置具有高效节能的优点。当火驱用氧量很大时，也可以采用深冷制氧装置。

在一种优选的实施例中，分离装置32包括气液分离器321和油水分离器322，气液分离器321与余热回收装置31相连，且气液分离器321设置有气相出口和液相出口，气相出口与二氧化碳回收装置50相连；油水分离器322与液相出口相连，且油水分离器322设置有原油出口和水相出口。

原油驱动过程中产生的流动物质中除了原油以外，还含有大量水蒸气和二氧化碳气体，经余热回收装置31回收余热后，水蒸气冷凝为了水。利用气液分离器321可以将其中的二氧化碳气体和原油、水形成的液相分离开来，利用油水分离器322可以将液相中的原油和水分离开来，原油输出去原油集输站。

优选地，上述油水分离器322设置有原油出口和第一出水口，第一出水口通向燃烧油层。这样可以将这部分水回注至油层中，以进一步转化为水蒸气驱动原油流动。且这样可以进一步减少系统的排放量，减少污染。

在一种优选的实施例中，如图1所示，二氧化碳回收装置50包括脱硫装置51、压缩冷凝装置52以及第一压缩装置53；脱硫装置51与气相出口相连，用于对气相出口排出的气体进行脱硫处理；压缩冷凝装置52与脱硫装置51相连，且压缩冷凝装置52还设置有二氧化碳气体出口和凝析油气出口；第一压缩装置53与二氧化碳气体出口相连，用于将二氧化碳气体出口排出的二氧化碳气体液化。这样，利用脱硫装置51可以对气相出口排出的气体进行脱硫处理以进一步降低二氧化碳中的硫含量，利用压缩冷凝装置52可以将二氧化碳气体中携带的少量水分和重烃压缩冷凝析出，利用第一压缩装置53可以将净化后的二氧化碳压缩处理，形成二氧化碳产品或用作他用。需要说明的是，在压缩冷凝装置52的压缩冷凝过程中，先析出的是水分，后析出的是重烃(凝析油气)，因此可以将这部分水分和凝析油气分离开来。优选地，这部分水分通向燃烧油层，以进一步转化为水蒸气驱动原油流动。

在一种优选的实施例中，余热回收装置31为换热器，换热器设置有待换热物料进口、待换热物料出口、冷却介质进口及冷却介质出口，待换热物料进口用于通入流动物质。利用换热器，可以通过换热的方式将流动物质的余热进行回收。采用的冷却介质可以是水，也可以直接是发电工质，比如二氧化碳、丙烷或氟利昂。

在一种优选的实施例中，发电装置40包括发电工质供应装置41和发电机42，发电工质供应装置41用于供应发电工质，且发电工质供应装置41的出口与冷却介质进口相连；发电机42设置有发电工质入口，发电工质入口与冷却介质出口相连，且发电机42与制氧装置10电连接。这样，可以利用原油驱动过程产生的高温流动物质的余热直接加热发电工质，然后利用发电工质进行发电。这样更为直接有效地利用了这部分采油余热，使得本实用新型的采油系统更加高效节能。上述发电机42优选为汽轮机发电机，可以直接利用高压发电工质带动汽轮机转动，从而带动发电机发电。

在一种优选的实施例中，二氧化碳回收装置50包括脱硫装置51、压缩冷凝装置52以及第一压缩装置53；脱硫装置51与气相出口相连，用于对气相出口排出的气体进行脱硫处理；压缩冷凝装置52与脱硫装置51气相出口相连，且压缩冷凝装置52还设置有二氧化碳气体出口和凝析油气出口；第一压缩装置53与二氧化碳气体出口相连，用于将二氧化碳气体出口排出的二氧化碳气体液化；发电装置40还包括加热单元43，加热单元43设置在冷却介质出口与发电工质入口之间的管路上，加热单元43设置有燃料进口，燃料进口与凝析油气出口相连。这样，可以将这部分凝析油气作为燃料燃烧并进一步加热发电工质，从而可以进一步提高资源利用率，降低系统能耗、减少污染。

以二氧化碳作为发电工质为例，在具体运行过程中，二氧化碳先在换热器的作用下吸收流动物质的余热，成为亚临界的高压气态，再在凝析油气燃烧热量的加热下形成临界或超临界高压二氧化碳用于发电。

优选地，燃料进口与凝析油气出口之间还设置有凝析油回收器，用于暂存凝析油气，以进一步提高系统的运行稳定性。

优选地，上述加热单元43为高压锅炉，高压锅炉还设置有助燃气入口，该助燃气入口与制氧装置10的出口相连。这可以利用纯氧燃烧凝析油气，以更高效地生产高压发电工质用于发电。此外，还可以将高压锅炉的高压工质出口与各压缩机和罗茨鼓风机相连，以提供动力。更优选地，发电机42为汽轮机发电机，其还设置有高压气出口，用于排出完成推动作用的发电工质；上述发电装置40还包括顺次连接的冷凝器、空冷器和增压泵，且冷凝器与高压气出口相连，增压泵与发电工质入口相连。这样，发电工质在完成推动作用后可以经冷凝后加压密闭循环，无任何排放。

在一种优选的实施例中，加热单元43还设置有燃烧烟气出口，用于排出凝析油气的燃烧烟气；压缩冷凝装置52还设置有燃烧烟气进口，燃烧烟气进口与燃烧烟气出口相连。这样可以对凝析油气的燃烧烟气一并进行压缩冷凝处理，分离其中的水分后，与脱硫后的气相出口排出的二氧化碳气体一并压缩形成二氧化碳产品或作他用。

利用第一压缩装置53压缩二氧化碳气体的过程中会有少量不凝气产生，在一种优选的实施方式中，第一压缩装置53还设置有不凝气出口，不凝气出口与注气装置20相连，用于将第一压缩装置53中产生的不凝气注入油藏。这样一方面可以循环利用这些不凝气，进一步减少排放，另一方面也能够调整油藏中的纯氧含量，使油层燃烧更稳定。

在一种优选的实施方式中，注气装置20包括第二压缩机21、注气井22以及点火装置23；第二压缩机21与制氧装置10相连，用于压缩氧气；注气井22的进口与第二压缩机21相连，用于将压缩后的氧气注入至油藏中；点火装置23用于点燃燃烧油层。利用第二压缩机21可以将制氧装置10产出的氧气压缩，增压后的氧气经注气井22注入至油藏中，然后再点火装置23的点火下开始燃烧油层。在实际操作过程中，优选上述第一压缩装置53的出口与注气井22相连，以根据需要向油层中通入二氧化碳，调节油层的氧气含量。

优选地，上述火驱采油系统还包括储气罐，其设置在第二压缩机21与制氧装置10之间的管路上，用于暂存氧气，提高注气稳定性。更优选地，第二压缩机21和储气罐之间设置有罗茨鼓风机，用于鼓风。其他气体流通管路上也可以选择性地设置罗茨鼓风机，用于提高气体流动效率，这是本领域技术人员都能够理解的，在此不再赘述。

在一种优选的实施例中，采油装置30还包括生产井33，生产井33用于采出流动物质，且生产井33的出口与余热回收装置31相连。利用生产井33可以大量且稳定采出原油驱动过程中的流动物质。生产井33可以有多个，分布在注气井22周围，采用流动物质。

优选地，上述火驱采油系统还包括自动控制单元，自动控制单元分别与制氧装置10、注气装置20、采油装置30、发电装置40以及二氧化碳回收装置50电连接。这样可以控制各部件的生产工艺，协调控制整个过程。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

本实用新型提供的火驱采油系统采用独特高效节能的工艺技术，更优选通过模块化的设计，没有大气污染排放和碳排放，没有污水排放，也不污染地层，是目前更为环保节能的开采技术，能够适应绝大部分油层、各种原油的开采需求。在实际应用场景中，该火驱采油系统可以适用于稠油开采、采余油开采或代替三元驱、聚合物驱、蒸汽驱、二氧化碳驱等采油工艺，典型的适用于其它工艺技术无法采出的油区。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效节能低污染强力火驱采油系统，其特征在于，包括：

制氧装置(10)，用于提供氧气；

注气装置(20)，与所述制氧装置(10)相连，用于向油藏中注入氧气以点燃燃烧油层并驱动原油流动；

采油装置(30)，用于采出原油驱动过程中的流动物质，所述采油装置(30)还包括顺次连接的余热回收装置(31)和分离装置(32)，所述余热回收装置(31)用于回收所述流动物质的余热，所述分离装置(32)用于分离余热回收后的所述流动物质中的原油、二氧化碳和水；

发电装置(40)，与所述余热回收装置(31)相连，以将所述余热回收装置(31)回收的余热用于发电，且所述发电装置(40)与所述制氧装置(10)电连接以提供制氧过程中需要的能量；以及

二氧化碳回收装置(50)，与所述分离装置(32)相连，用于回收所述二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的火驱采油系统，其特征在于，所述分离装置(32)包括：

气液分离器(321)，与所述余热回收装置(31)相连，且所述气液分离器(321)设置有气相出口和液相出口，所述气相出口与所述二氧化碳回收装置(50)相连；

油水分离器(322)，与所述液相出口相连，且所述油水分离器(322)设置有原油出口和水相出口。

3.根据权利要求2所述的火驱采油系统，其特征在于，所述二氧化碳回收装置(50)包括：

脱硫装置(51)，与所述气相出口相连，用于对所述气相出口排出的气体进行脱硫处理；

压缩冷凝装置(52)，所述压缩冷凝装置(52)与所述脱硫装置(51)相连，且所述压缩冷凝装置(52)还设置有二氧化碳气体出口和凝析油气出口；以及

第一压缩装置(53)，与所述二氧化碳气体出口相连，用于将所述二氧化碳气体出口排出的二氧化碳气体液化。

4.根据权利要求2或3所述的火驱采油系统，其特征在于，所述余热回收装置(31)为换热器，所述换热器设置有待换热物料进口、待换热物料出口、冷却介质进口及冷却介质出口，所述待换热物料进口用于通入所述流动物质。

5.根据权利要求4所述的火驱采油系统，其特征在于，所述发电装置(40)包括：

发电工质供应装置(41)，用于供应发电工质，且所述发电工质供应装置(41)的出口与所述冷却介质进口相连；

发电机(42)，设置有发电工质入口，所述发电工质入口与所述冷却介质出口相连，且所述发电机(42)与所述制氧装置(10)电连接。

6.根据权利要求5所述的火驱采油系统，其特征在于，所述二氧化碳回收装置(50)包括脱硫装置(51)、压缩冷凝装置(52)以及第一压缩装置(53)，所述脱硫装置(51)与所述气相出口相连，用于对所述气相出口排出的气体进行脱硫处理，所述压缩冷凝装置(52)与所述脱硫装置(51)相连，且所述压缩冷凝装置(52)还设置有二氧化碳气体出口和凝析油气出口，所述第一压缩装置(53)与所述二氧化碳气体出口相连，用于将所述二氧化碳气体出口排出的二氧化碳气体液化；所述发电装置(40)还包括加热单元(43)，所述加热单元(43)设置在所述冷却介质出口与所述发电工质入口之间的管路上，所述加热单元(43)设置有燃料进口，所述燃料进口与所述凝析油气出口相连。

7.根据权利要求6所述的火驱采油系统，其特征在于，所述加热单元(43)还设置有燃烧烟气出口；所述压缩冷凝装置(52)还设置有燃烧烟气进口，所述燃烧烟气进口与所述燃烧烟气出口相连。

8.根据权利要求3所述的火驱采油系统，其特征在于，所述第一压缩装置(53)还设置有不凝气出口，所述不凝气出口与所述注气装置(20)相连，用于将所述第一压缩装置(53)中产生的不凝气注入所述油藏。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的火驱采油系统，其特征在于，所述注气装置(20)包括：

第二压缩机(21)，与所述制氧装置(10)相连，用于压缩所述氧气；

注气井(22)，所述注气井(22)的进口与所述第二压缩机(21)相连，用于将压缩后的所述氧气注入至油藏中；以及

点火装置(23)，所述点火装置(23)用于点燃所述燃烧油层。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的火驱采油系统，其特征在于，所述采油装置(30)还包括生产井(33)，所述生产井(33)用于采出所述流动物质，且所述生产井(33)的出口与所述余热回收装置(31)相连。