CN105840162A - 地下燃烧对流加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了地下开放燃烧对流加热方法，它包括：1）向井套内注入高压空气；2）将燃气和助燃气体分别经管道送入井套近下出口处，混合后在燃烧器中燃烧，3）燃烧器燃烧产生的热量加热空气，同时燃烧产生的废气与空气混合；所述的步骤1）中还在燃烧器的下方，经管道注入阻燃流体；所述的阻燃流体为CO₂气体、水蒸气或水。燃烧器设在井下，开放燃烧，高压空气隔离火焰，产生混合加热介质，热源与被加热物质直接接触，省略了热交换的过程，减少了热量损失；阻燃流体和高压空气可以转换，意外时，多一道安全屏障。

Description

地下燃烧对流加热方法

技术领域

本发明属于石油、油页岩开采领域，具体涉及一种地下开放燃烧对流加热方法及地下开放燃烧对流加热装置。

背景技术

在世界各地存在广泛分布的烃储层，其在可预见的将来代表用于世界经济持续发展的关键能源。这些储层时常包含粘性的烃混合物- 被称为“焦油”、“重油”或“超重油”，其在大约37.5℃处测量时典型地具有在大约3000 至1000000 厘泊范围内的粘性。许多承载烃的地质岩层包含这种烃混合物，其因为烃内容物的高的粘性而不允许烃内容物迅速地流向井筒以便开采。在某些烃储层中，例如油页岩储层中，烃成分必须热分解成更低分子量的化合物，以便实现从储层中对其进行回收。在某些情况下，必须将储层加热至超过300℃的温度，以便实现烃储层中的烃的开采。

对于油页岩储层中的有机质进行原位转化与开采，又被称为地下干馏工艺，即直接对地下的油页岩进行干馏，从而使油气通过生产井直接从地下导出至地面上。根据加热方式不同，主要分为传导加热（电加热、燃烧加热）、流体对流加热和辐射加热。目前采取电加热方式的技术最典型的就是壳牌公司的ICP技术，这项技术采用垂直钻井法，将电加热器经钻孔放置到油页岩矿层内，利用热传导作用加热油页岩层，将油页岩中的干酪根转化为高品质的油气产物，然后运用传统的采油方法将这些油气产物抽至地面。

采用流体对流加热方式的原位转化技术有太原理工大学的对流加热技术，该工艺的基本步骤是：首先在地面布置多个垂直竖井，将该井群钻入将要开采的油页岩矿层，然后利用该井群将油页岩矿层压裂，使将要开采的油页岩矿层出现沿水平方向延展的巨型裂纹，使处在油页岩矿层位置井群的井眼全部联通，然后将生产井和注热井间隔轮换使用，将温度在400℃～700℃范围内的过热蒸汽沿注热井注入已经压裂的油页岩矿层，使其充分加热，油页岩矿层中的油母质热解后形成油气，并经低温蒸汽或冷凝水携带从生产井排到地面。

同样，雪弗龙的Crush技术也采取了流体对流加热方式，该技术首先需要对页岩层行爆破压裂，利用高温CO₂对油页岩层进行加热，并将油气等产物通过垂直井导出。采取辐射加热方式的技术主要有：美国伊利诺理工大学和劳伦斯利物莫国家实验室提出并开发的LLNL射频技术，采用改进的无线射频加热方式对对油页岩进行加热，具有穿透力强，容易控制，缩短了热扩散的时间；雷神公司的RF/CF技术，是另一项利用射频技术加热、超临界流体作载体，对油页岩层进行加热的技术。首先在油页岩岩层中布置射频发射装置，对油页岩进行加热，然后将超临界CO₂注入到开采岩层中，油页岩热解生成的气体被驱散至采油井。在地面将CO₂气体分离继续注回井中，同时将油页岩热解产生油和气体提取出来。 中国专利CN201520114231.5，一种井内油页岩层燃烧加热系统，介绍了一种采用了在密闭的燃烧腔内燃烧加热的方法，它在井底设有一个密封的燃烧腔，燃烧腔设有空气输入管、燃料输入管，废气输出管、废水输出管，向腔内通入空气和燃料，并在腔内点燃，燃烧产生的高温尾气经废气输出管排出，废气输出管周围还设有热交换管，管内装有吸热介质，使废气冷却，废气中的水蒸气凝结成水，水量到一定程度经废水输出管输出；整个装置由密封的燃烧腔对井下油气进行加热，以及废气输出管周围的热交换管中的吸热介质对井下油气进行加热。

综上，流体对流加热技术中，主要采用地面上加热水蒸气或CO₂气体后，输入开采区，热量损失大。另一种在地下封闭式燃烧加热方式，结构复杂难以实现，同时也存在热效率低的问题。

发明内容

本发明的目的是，为了解决采用流体对流加热技术开采油页岩、重油流体过程中，热量损失大、利用率低、成本高的问题，而提供一种加热效率高、安全的地下开放燃烧对流加热方法。

地下开放燃烧对流加热方法，它包括：

1）向加热井井套内注入高压空气；

2）将燃气和助燃气体分别经管道送入井套内，开采区处，混合后在燃烧器中燃烧；

3）燃烧器燃烧产生的热量加热向井套内注入的高压空气，并与燃烧产生的废气与空气混合，形成混合加热介质；

4）重油或油页岩矿层中的油母质热解后形成油气，混合加热介质从采油井排出；

所述的步骤1）中还在燃烧器的下方，经管道注入阻燃流体；

所述的阻燃流体为CO₂气体、水蒸气或水。

本发明又一个目的是为实现地下开放燃烧对流加热方法而专门设计的地下开放燃烧对流加热装置。

地下开放燃烧对流加热装置，包括：井套注风管102、助燃气体输送管101、燃气输送管3、点火装置4、燃烧器103；

助燃气体输送管101和燃气输送管3与燃烧器103相连，燃烧器103设在井套201内，开采区处；

所述的地下开放燃烧对流加热装置，还包括：温度监测装置5、气压监测装置7、流量监测装置8、中央控制器6；

所述的地下开放燃烧对流加热装置还包括：阻燃流体输送管9，其出口位于燃烧器103的位置或其下方；

所述的阻燃流体输送管9井上段与助燃气体输送管101、井套注风管102相连通，并分别设有连通阀。

使用时，打开井套注风管102、助燃气体输送管101、燃气输送管3阀门，启动点火装置4，燃气和助燃气体在燃烧器中混合，点火装置4点燃混合气体，燃烧，加热井套内井套注风管102注入的高压空气，高压空气与燃烧产生的水蒸气及其它废气混合，产生混合加热介质进入采油区或油页岩压裂缝隙加热，热量扩散重油或油页岩矿层中的油母质热解后形成油气，混合加热介质从采油井口排出；

高压空气作为加热介质，同时也阻断了燃烧器产生的火焰与开采区内可燃气的接触，阻燃流体输送管9输送的CO₂气体或水，可调解上述混合气体中各种气体组份,更加可靠，保证了燃烧器103在井下安全运行。如果井下发生意外，可关闭燃气输送管3、助燃气体输送管101、井套注风管102的阀门，打开连通阀，助燃气体输送管101和井套注风管102向井下输送CO₂气体。根据温度监测装置5、气压监测装置7和流量监测装置8的数据，中央控制器6调整各种气体的注入量，以改变混合加热介质的组份，以适应开采区各种复杂的环境，启动应急方案。

本发明提供了地下开放燃烧对流加热方法，它包括：1）向井套内注入高压空气；2）将燃气和助燃气体分别经管道送入井套近下出口处，混合后在燃烧器中燃烧，3）燃烧器燃烧产生的热量加热空气，同时燃烧产生的废气与空气混合；所述的步骤1）中还在燃烧器的下方，经管道注入阻燃流体；所述的阻燃流体为CO₂气体、水蒸气或水。本发明还提供了地下开放燃烧对流加热装置，包括：地下开放燃烧对流加热装置，包括：井套注风管102、助燃气体输送管101、燃气输送管3、点火装置4、燃烧器103，阻燃流体输送管9；阻燃流体输送管9其出口位于燃烧器103的位置或其下方；所述的阻燃流体输送管9井上段与助燃气体输送管101、井套注风管102相连通，并分别设有连通阀。

燃烧器设在井下，开放燃烧，高压空气隔离火焰，产生混合加热介质，热源与被加热物质直接接触，省略了热交换的过程，减少了热量损失，井套注风管102通入的高压空气既作为加热介质，高压空气作为加热介质，同时也阻断了燃烧器产生的火焰与开采区内可燃气的接触，，在燃烧器103周围输入CO₂气体或水，起到了保护作用，更加安全可靠。助燃气体输送管101、井套注风管102 、阻燃流体输送管9互通可实现CO₂气体和高压空气的转换，意外时，高压空气通道全部转换为CO₂气体通道。多一道安全屏障。

附图说明

图1为发明地下开放燃烧对流加热装置的结构图；

图2为发明地下开放燃烧对流加热装置的使用状态图；

图3为发明地下开放燃烧对流加热装置的另一实施方式的结构图。

具体实施方式

实施例1 地下开放燃烧对流加热方法

地下开放燃烧对流加热方法，它包括：

1）向加热井井套内注入高压空气；

2）将燃气和助燃气体分别经管道送入井套内，开采区处，混合后在燃烧器中燃烧；

3）燃烧器燃烧产生的热量加热向井套内注入的高压空气，并与燃烧产生的废气与空气混合，形成混合加热介质；

4）重油或油页岩矿层中的油母质热解后形成油气，混合加热介质从采油井排出；

所述的步骤1）中还在燃烧器的下方，经管道注入阻燃流体；

所述的阻燃流体为CO₂气体、水蒸气或水。

实施例2地下开放燃烧对流加热装置

地下开放燃烧对流加热装置，包括：井套注风管102、助燃气体输送管101、燃气输送管3、点火装置4、燃烧器103；

助燃气体输送管101和燃气输送管3与燃烧器103相连，燃烧器103设在井套201内，开采区处；

所述的地下开放燃烧对流加热装置，还包括：温度监测装置5、气压监测装置7、流量监测装置8、中央控制器6。

实施例3地下开放燃烧对流加热装置

地下开放燃烧对流加热装置，包括：井套注风管102、助燃气体输送管101、燃气输送管3、点火装置4、燃烧器103；

助燃气体输送管101和燃气输送管3与燃烧器103相连，燃烧器103设在井套201内，开采区处；

所述的地下开放燃烧对流加热装置，还包括：温度监测装置5、气压监测装置7、流量监测装置8、中央控制器6；

所述的地下开放燃烧对流加热装置还包括：阻燃流体输送管9，其出口位于燃烧器103的位置或其下方；

所述的阻燃流体输送管9井上段与助燃气体输送管101、井套注风管102相连通，并分别设有连通阀。

使用时，打开井套注风管102、助燃气体输送管101、燃气输送管3阀门，启动点火装置4，燃气和助燃气体在燃烧器中混合，点火装置4点燃混合气体，燃烧，加热井套内井套注风管102注入的高压空气，高压空气与燃烧产生的水蒸气及其它废气混合，产生混合加热介质进入采油区或油页岩压裂缝隙加热，热量扩散重油或油页岩矿层中的油母质热解后形成油气，混合加热介质从采油井口排出；

高压空气作为加热介质，同时也阻断了燃烧器产生的火焰与开采区内可燃气的接触，阻燃流体输送管9输送的CO₂气体或水，可调解上述混合气体中各种气体组份,更加可靠，保证了燃烧器103在井下安全运行。如果井下发生意外，可关闭燃气输送管3、助燃气体输送管101、井套注风管102的阀门，打开连通阀，助燃气体输送管101和井套注风管102向井下输送CO₂气体。根据温度监测装置5、气压监测装置7和流量监测装置8的数据，中央控制器6调整各种气体的注入量，以改变混合加热介质的组份，以适应开采区各种复杂的环境，启动应急方案。

Claims (7)

1.地下开放燃烧对流加热方法，它包括：

1）向加热井井套内注入高压空气；

2）将燃气和助燃气体分别经管道送入井套内，开采区处，混合后在燃烧器中燃烧；

3）燃烧器燃烧产生的热量加热向井套内注入的高压空气，并与燃烧产生的废气与空气混合，形成混合加热介质；

4）重油或油页岩矿层中的油母质热解后形成油气，混合加热介质从采油井排出。

2.根据权利要求1所述的地下开放燃烧对流加热方法，其特征在于：所述的步骤1）中还在燃烧器的下方，经管道注入阻燃流体。

3.根据权利要求2所述的地下开放燃烧对流加热方法，其特征在于： 所述的阻燃流体为CO₂气体、水蒸气或水。

4.地下开放燃烧对流加热装置，包括：井套注风管(102)、助燃气体输送管(101)、燃气输送管(3)、点火装置(4)、燃烧器(103)；助燃气体输送管(101)和燃气输送管(3)与燃烧器(103)相连，燃烧器(103)设在井套(2010内，开采区处。

5.根据权利要求4所述的地下开放燃烧对流加热装置， 其特征在于，它还包括：阻燃流体输送管(9)，其出口位于燃烧器(103)的位置或其下方。

6.根据权利要求5所述的地下开放燃烧对流加热装置， 其特征在于，所述的阻燃流体输送管(9)井上段与助燃气体输送管(101)、井套注风管(102)相连通，并分别设有连通阀。

7.根据权利要求4、5或6所述的地下开放燃烧对流加热装置， 其特征在于，还包括：温度监测装置(5)、气压监测装置(7)、流量监测装置(8)、中央控制器(6)。