技术领域

本发明涉及一种稠油热力开采技术领域， 特别涉及一种提高注汽锅炉蒸汽干度的方法 及装置， 用以减少热损失、 提高注汽干度、 增加蒸汽热焓、 补充地层能量、 提高原油采收 率。

背景技术

目前国内外开采稠油的主要手段是热力开采， 热力开采是将热能注入油层， 提高油层 温度， 降低原油黏度， 增强原油的流动性， 达到开发生产的目的。 蒸汽发生器 （直流注汽 锅炉）是目前国内外稠油开采的专用设备， 目前国内约有 2000余台， 其中蒸汽干度是影响 注汽开发效果的重要指标， 蒸汽干度越高， 蒸汽热焓越高， 蒸汽在油藏的波及体积越大， 开发效果越好。 目前注汽锅炉由于受自身结构、 给水水质的限制， 锅炉出口蒸汽干度只能 达到 70%-75%，注入井底的蒸汽干度因井筒热损失，� �剩 30%-40%，严重影响了热采效果。 为了提高蒸汽干度， 目前有设计一种过热注汽锅炉的方法， 其原理是： 锅炉出口蒸汽进入 锅炉本体外设的球形汽水分离器进行汽水分离 ， 分离出的高干度蒸汽再回到注汽锅炉的过 热段加热成过热蒸汽， 过热蒸汽再流经注汽锅炉本体外设的喷水减温 器与球形汽水分离器 分离出的饱和盐水混合， 饱和水得以汽化提高干度， 然后注入井下， 该方法虽然避开了受 热区析盐问题， 同时也提高了蒸汽干度， 但结构复杂， 辅助设施多， 控制繁琐， 生产成本 高， 如替换现有注汽锅炉， 会造成原有设备严重浪费， 并且投资巨大。

另外， 稠油热采方式主要以蒸汽吞吐和蒸汽驱为主， 属降压开采， 随着吞吐轮次的增 加和蒸汽驱时间的延长， 地层能量亏空严重， 开发效果变差， 采收率低， 注汽锅炉本身无 法解决地层能量亏空问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺 陷， 提供一种提高注汽锅炉蒸汽干度的 方法及装置， 用以提高注汽锅炉蒸汽干度、 增加蒸汽热焓、 补充地层能量， 提高原油采收 率。

一种提高注汽锅炉蒸汽干度的方法， 包括以下： 注汽锅炉出口的湿饱和蒸汽通过干度 提升器提高干度后与干度提升器产生的燃气一 起密闭注入油层；

其中， 所述的干度提升器包括组合式喷头、 蒸汽加热室、 燃烧室和混合室， 通过干度 提升器自控系统控制高压燃油泵和空气压縮机 向燃烧室提供燃油和空气， 燃油和空气进入 燃烧室点火燃烧， 同时锅炉出口的湿饱和蒸汽进入干度提升器的 蒸汽加热室， 湿饱和蒸汽 在蒸汽加热室中被燃烧室燃烧产生的高温加热 ， 燃烧室产生的高温高压燃气进入混合室， 与来自蒸汽加热室提高了一定干度的湿饱和蒸 汽在混合室充分混合， 湿饱和蒸汽再次提高 干度， 通过干度提升器自控系统控制燃油量可将湿饱 和蒸汽干度可提高到 95%-100%， 同 ， 。 上述的干度提升器的蒸汽加热室的首端设有蒸 汽入口， 末端设有环形多孔喷嘴， 燃烧 室末端与蒸汽加热室末端的环形多孔喷嘴相通 并连通混合室。

上述的干度提升器的混合室的上端增设了一路 混合室蒸汽入口， 注汽锅炉供给蒸汽一 路由蒸汽加热室首端的蒸汽入口进入蒸汽加热 室，一路由混合室蒸汽入口直接进入混合室。

上述的干度提升器的燃烧室的前端增设预热室 ， 燃油和空气在预热室预热， 利于燃油 雾化燃烧。

本发明提到的提高注汽锅炉蒸汽干度的装置， 包括高压燃油泵、 空气压縮机、 干度提 升器、 干度提升器自控系统； 注汽锅炉的蒸汽出口一路通过注汽管线与旁通 自控阀连接， 通过旁通自控阀直接与注汽井口连接； 蒸汽出口的另一路通过蒸汽入口自控阀与干度 提升 器连接， 通过干度提升器对蒸汽干度进一步提升后送入 注汽井口， 所述的干度提升器自控 系统与注汽锅炉自控系统连接； 高压燃油泵、 空气压縮机、 干度提升器上设的点火器与干 度提升器自控系统连接； 高压燃油泵、 空气压縮机又分别与干度提升器上的高压燃油 喷嘴 和高压空气喷嘴连接； 干度提升器的燃气蒸汽出口通过燃气蒸汽出口 自控阀、 单流阀与注 汽井口连接。

本发明提到的干度提升器， 包括组合式喷头、 蒸汽加热室、 燃烧室和混合室， 所述的 组合式喷头设有高压空气喷嘴、点火器、高压 燃油喷嘴， 所述的组合式喷头与燃烧室连接， 所述的燃烧室为圆筒形结构， 所述的蒸汽加热室以环形设计套在燃烧室的外 围， 首端设有 蒸汽入口， 末端设有环形多孔喷嘴， 所述的燃烧室末端与蒸汽加热室末端的环形多 孔喷嘴 相通并连通混合室， 混合室的出口端设有燃气蒸汽出口。

本发明提到的干度提升器， 还可以是这样的结构： 包括组合式喷头、 蒸汽加热室、 燃 烧室和混合室， 所述的组合式喷头设有高压空气喷嘴、 点火器、 高压燃油喷嘴， 所述的组 合式喷头与燃烧室连接， 所述的燃烧室为圆筒形结构， 所述的蒸汽加热室以环形设计套在 燃烧室的外围， 首端设有蒸汽入口， 所述的燃烧室末端与蒸汽加热室的末端相通并 连通混 合室， 所述的混合室上端设有混合室蒸汽入口， 出口端设有燃气蒸汽出口。

本发明提到的干度提升器， 还可以是这样的结构： 根据燃料的特点， 在上述两种干度 提升器的燃烧室的前端增设预热室， 利于燃油雾化燃烧， 预热室与组合式喷头连接， 所述 的预热室与燃烧室为圆筒形整体结构， 预热室上下对应开孔， 高压空气喷嘴、 点火器和高 压燃油喷嘴经预热室连通燃烧室。

以上干度提升器的几种方案涉及的预热室、 环形多孔喷嘴、 混合室蒸汽入口、 混合室 在干度提升器中根据具体实施条件可以全部应 用或部分应用， 例如预热室根据燃料的特点 可设或不设； 蒸汽加热室末端的环形多孔喷嘴和混合室蒸汽 入口可单设或全设， 又可根据 混合室容积的加大都不设， 当然， 混合室根据离井口的距离远近可不设或设置； 还有本发 明不仅局限于燃油作为燃料， 也可以采用燃气作为燃料， 当然， 相应的就需要采用高压燃 气泵等， 其结构的常规变化均属于本发明要求保护的范 围。

干度提升器的结构变化包括但不限于以上所述 的几种形式。

本发明与现有技术相比， 具有以下优点： ，

和蒸汽提高到 95%— 100%，提高了蒸汽的热焓，更加有效地加热油� �，提高稠油开发效果；

2、该工艺方法及装置产生的高温高压燃气� �提高干度后的蒸汽混合注入油层，热能损 失低， 能源热利用率高， 还避免了二氧化碳排放导致的环境污染；

3、 该工艺方法及装置产生的高温高压燃气中氮气 （80%)、 二氧化碳 （20%) 可有效 补充地层能量，扩大蒸汽波及体积，其中二氧 化碳气体可以有效改变油藏原油的流体性质， 起到降粘和降凝的作用， 提高稠油采收率；

4、该工艺方法及装置设计合理， 结构紧凑， 易与现有注汽锅炉配合进行流动作业， 在 利用原有注汽锅炉的条件下， 不新增投资过热注汽锅炉， 即可提高稠油热力开采的蒸汽干 度并达到增压开采的效果， 可有效降低开采成本， 提高油藏采收率。

附图说明

附图 1是本发明方法的工艺装置流程图；

附图 2是干度提升器的第一种结构示意图；

附图 3是干度提升器的第二种结构示意图；

附图 4是干度提升器的第三种结构示意图；

附图 5是干度提升器的第四种结构示意图；

附图 6是干度提升器的第五种结构示意图；

附图 7是干度提升器的第六种结构示意图；

上图中： 注汽锅炉 1、 锅炉蒸汽出口自控阀 2、 蒸汽入口自控阀 3、 干度提升器 4、 放空阀 5、 燃气蒸汽出口自控阀 6、 单流阀 7、 旁通自控阀 8、 注汽锅炉自控系统 9、 干度提升器自控系统 10、 燃油罐 11、 高压燃油泵 12、 空气压縮机 13、 注汽井口 14; 蒸汽入口 4.1、 蒸汽加热室 4.2、 燃烧室 4.3、组合式喷头 4.4 高压空气喷嘴 4.5、 点 火器 4.6、 高压燃油喷嘴 4.7、 预热室 4.8、 环形多孔喷嘴 4.9 混合室 4.10、 燃气蒸汽 出口 4.11 混合室蒸汽入口 4.12。

具体实施方式

实施例 1 : 结合附图 1-2， 对本发明作进一步的描述：

本发明利用燃烧学、 流体力学、 传热学、 工程热力学的原理与工程技术相结合， 设计 一种利用研制的干度提升器将注汽锅炉出口干 度为 70%-75%的湿饱和蒸汽加热并提高干 度至 95%-100%， 连同燃气通过注汽管柱一起密闭注入油层的工 艺方法。 该装置主要由注 汽锅炉 1、 干度提升器 4、 高压燃油泵 12、 空气压縮机 13、 干度提升器自控系统 10构成。 注汽锅炉蒸汽出口通过注汽管线与干度提升器 4的蒸汽入口自控阀 3和旁通自控阀 8连接; 注汽锅炉自控系统 9与干度提升器自控系统 10连接，其中，注汽锅炉自控系统 9与干度提 升器自控系统 10 为本领域技术人员所熟知的常规技术实现， 此处不再详述； 高压燃油泵 12、 空气压縮机 13、 点火器 4.6与干度提升器自控系统 10连接； 高压燃油泵 12、 空气压 縮机 13又分别与干度提升器组合式喷头 4.4上设的高压燃油喷嘴 4.7和高压空气喷嘴 4.5 连接； 干度提升器 4上设的燃气蒸汽出口 4.11与放空阀 5、 燃气蒸汽出口自控阀 6、 单流 。

该工艺方法是这样实施的： 工作时， 首先启动注汽锅炉 1， 此时干度提升器的蒸汽入口 自控阀 3和燃气蒸汽出口自控阀 6处于关闭状态， 锅炉蒸汽出口自控阀 2和旁通自控阀 8 处于开启状态， 注汽锅炉产生的蒸汽通过旁通自控阀 8向油井注汽， 待注汽锅炉参数运行 正常， 启动干度提升器 4， 同时开启干度提升器的蒸汽入口自控阀 3和放空阀 5， 关闭旁通 自控阀 8，干度提升器 4按设定工作参数， 由自控系统控制高压燃油泵 12和空气压縮机 13 将燃油罐 11中的燃油和压縮的空气提供给干度提升器 4，燃油和空气进入干度提升器 4的 燃烧室 4.3后由点火器 4.6点火燃烧， 经 20s的自动检测，燃烧正常时程序自动开启燃气 蒸 汽出口自控阀 6，关闭放空阀 5，进入正常工作的干度提升器 4把注汽锅炉提供的 70%-75% 干度的湿饱和蒸汽提高干度至 95%-100%， 与燃气混合通过注汽管柱一起密闭注入油层。

干度提升器 4启动后经 20s的自动检测有故障或不正常， 自动关闭高压燃油泵 12和空 气压縮机 13， 同时关闭蒸汽入口自控阀 3和燃气蒸汽出口自控阀 6， 开启放空阀 5和旁通 自控阀 8， 同时监控系统在显示屏上显示故障点， 重新启动与上述程序相同。 燃烧室 4.3 燃烧产生的 2000°C左右高温加热燃烧室外围的蒸汽加热室 4.2， 湿饱和蒸汽中的饱和水在 蒸汽加热室 4.2中吸热汽化提高蒸汽干度，饱和水吸热汽化 的同时也是给燃烧室 4.3外壁降 温的过程， 因饱和水的汽化潜热较大， 而且吸热汽化过程中蒸汽温度不变， 燃烧室 4.3外 壁的温度不会过高， 可保障干度提升器 4的燃烧室 4.3不被烧蚀并长期安全运行。 提高了 一定干度的湿饱和蒸汽经蒸汽加热室 4.2末端的环形多孔喷嘴 4.9喷射进入混合室 4.10与 燃烧室 4.3产生的高温高压燃气充分混合， 其中的饱和水绝大部分瞬间吸热汽化， 蒸汽干 度在混合室 4.10中再次提高， 根据控制燃油用量可控制将蒸汽干度提高到 95%-100%。 同 时也可控制燃气蒸汽混合后的温度，燃气蒸汽 混合后经燃气蒸汽出口 4.11通过注汽管线一 起密闭注入油层。 干度提升器 4的设计参数和工作参数随时显示在自动控制� �统的监视器 上并自动记录储存。

其中， 干度提升器主要由组合式喷头 4.4、 蒸汽加热室 4.2、 燃烧室 4.3和混合室 4.10 构成， 所述的组合式喷头 4.4设有高压空气喷嘴 4.5、 点火器 4.6、 高压燃油喷嘴 4.7， 所述 的组合式喷头 4.4与燃烧室 4.3连接， 所述的燃烧室 4.3为圆筒形结构， 所述的蒸汽加热室 4.2以环形设计套在燃烧室 4.3的外围，首端设有蒸汽入口 4.1，末端设有环形多孔喷嘴 4.9， 所述的燃烧室 4.3末端与蒸汽加热室 4.2末端的环形多孔喷嘴 4.9相通并连通混合室 4.10， 混合室 4.10的出口端设有燃气蒸汽出口 4.11， 出口通过放空阀 5、 燃气蒸汽自控阀 6和单 流阀 7连接注汽管线。

实施例 2:

结合附图 1、 附图 3， 对本发明作进一步的描述：

本实施例与实施例 1的区别在于干度提升器 4的蒸汽加热室 4.2末端去掉了环形多孔喷 嘴 4.9， 在混合室 4.10的上端增设了一路混合室蒸汽入口 4.12， 注汽锅炉供给蒸汽一路由 蒸汽入口 4.1进入蒸汽加热室 4.2， 一路直接进入混合室 4.10， 该方案亦可使燃气蒸汽充分 混合， 将蒸汽干度提高到 95%-100%， 并不影响本发明目的的实施。

实施例 3 : 、 ， ：

本实施例与实施例 1的区别在于干度提升器 4的蒸汽加热室 4.2末端去掉了环形多孔 喷嘴 4.9， 混合室 4.10向外侧延伸加长， 使容积加大， 使来自燃烧室的燃气和来自注汽锅 炉的蒸汽充分混合， 将蒸汽干度提高到 95%-100%， 当然， 此处的混合室也可以为喇叭形、 圆锥形或者圆柱形， 不仅限于图中的结构。 该方案亦可使燃气蒸汽充分混合， 并不影响本 发明目的的实施。

实施例 4:

结合附图 1、 附图 5、 附图 6、 附图 7， 对本发明作进一步的描述：

本实施例与实施例 1的区别在于根据燃料的特点，干度提升器 4的燃烧室 4.3前端增设 了预热室 4.8， 其他结构变化本实施方式可以与实施方式 2、 实施方式 3的结构变化一致， 并不影响本发明目的的实施。

以上干度提升器 4的几种方案涉及的预热室 4.8、 环形多孔喷嘴 4.9、 混合室蒸汽入口 4.12、 混合室 4.10在干度提升器 4中根据具体实施条件可以全部应用或部分应� �， 例如预 热室 4.8根据燃料的特点可设或不设；蒸汽加热室 4.2末端的环形多孔喷嘴 4.9和混合室蒸 汽入口 4.12可单设或全设， 又可根据混合室 4.10容积的加大都不设， 当然， 混合室 4.10 根据离井口的距离远近可不设或设置； 另外， 本发明不仅局限于燃油作为燃料， 也可以采 用燃气作为燃料， 当然， 相应的就需要采用高压燃气泵、燃气管线等， 而不需要燃油罐等， 其结构为本领域技术人员所熟知。

干度提升器 4的结构变化包含但不仅限于以上实施例和附� �提供的几种形式， 其结构 的常规变换也尽属于本发明要求保护的范围。