專利名稱：用于石油熱采注氣機(jī)的高壓混合氣發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用于石油熱采注氣機(jī)的高壓混合氣發(fā)生裝置。該裝置利用輕柴油與壓縮空氣燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓煙氣與水相混合，從而產(chǎn)生溫度、濕度可視要求調(diào)節(jié)的主要由N2、CO2、水蒸汽(H2O)組成的混合氣。該裝置主要應(yīng)用于石油的熱力開采，將該裝置產(chǎn)生的混合氣直接注入油井，可有效提高石油、特別是稠油的采收率，為一種替代傳統(tǒng)的以高壓蒸汽鍋爐為技術(shù)特征的采油新工藝。
背景技術(shù)：
石油的開采工藝大致可分為一次采油、二次采油及多次采油。蒸汽采油則是典型的三次或多次采油工藝。蒸汽采油是利用熱能的升溫效應(yīng)來降低原油的粘度，同時(shí)也在一定程度上增加油層的壓力，從而提高油井的石油采收率。
從20世紀(jì)80年代初以來，我國(guó)油田運(yùn)用蒸汽熱采技術(shù)的實(shí)踐表明，該技術(shù)較適用于800m以上地層中油層的低開采周期范圍。其開采過程中，地層壓力不斷下降，當(dāng)開采到了6～8周期以后，油井地層壓力失去了70％～90％，即失去了熱采所必需的勢(shì)能，導(dǎo)致油井低采能，尤其是大量稠油井進(jìn)入熱采高周期后，因低于熱采經(jīng)濟(jì)界限而被迫關(guān)井停采。
以高壓蒸汽鍋爐為技術(shù)特征的蒸汽熱采工藝還存在許多不足。例如排煙不僅造成較大熱損失，還造成環(huán)境污染；設(shè)備投資及運(yùn)行成本高；特別是整套設(shè)備的移動(dòng)性極差，難以適應(yīng)油井分散作業(yè)的要求。
針對(duì)蒸汽熱采技術(shù)對(duì)熱采高周期、深油層、粘稠油藏采收的不足，近些年又提出一種新的原油熱采工藝技術(shù)——復(fù)合介質(zhì)(即煙氣水蒸汽的混合氣)熱采法，也稱為氣-汽熱采，或簡(jiǎn)稱為混合氣熱采。
為了克服上述不足，中國(guó)專利00210830.5《稠油熱采蒸汽、燃?xì)饣旌献庋b置》，該專利與上述蒸汽鍋爐熱采技術(shù)相比，在各方面都有了很大的改觀。但是，這種裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍然存在許多不足，給實(shí)際應(yīng)用帶來不少困難。例如1、其燃燒室由內(nèi)壁與外壁夾套構(gòu)成，夾套中設(shè)有螺旋型冷卻水槽，該冷卻水槽與一個(gè)外冷卻水閉路循環(huán)系統(tǒng)連接構(gòu)成冷卻系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)采用了直接冷卻的結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)壁直接面對(duì)燃燒室，容易被高溫?zé)煔鉄g，由于冷卻水槽內(nèi)水溫較高容易結(jié)垢，使冷卻水流動(dòng)不暢，甚至發(fā)生故障，由于直接冷卻導(dǎo)致燃燒室溫度較低(≤1300℃)，造成不易點(diǎn)火、燃燒不穩(wěn)定、燃燒不完全(出口冒黑煙)等后果；2、處置冷卻水閉路循環(huán)系統(tǒng)不僅使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，增加了設(shè)備成本，而且浪費(fèi)大量能源，即冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在正常工作情況下帶走了許多熱量，而這些熱量又無法加以利用，如果不正常工作則將會(huì)引發(fā)事故等等。
中國(guó)專利03278103.2《石油熱采混合氣注氣裝置》、中國(guó)專利200420054883.6《多功能高壓高效燃燒器》該兩項(xiàng)專利技術(shù)相比，在燃燒效率，系統(tǒng)熱效率、制造與運(yùn)行成本、運(yùn)行的可靠性、使用壽命、使用的機(jī)動(dòng)性等諸多方面都有了較大改觀，但是經(jīng)實(shí)踐證明，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料使用上也存在一些不足之處1、在油井背壓較高的條件下，燃燒室中火焰高溫中心逐漸移向頭部的迎火面，容易導(dǎo)致頭部被燒損(如迎火端面、點(diǎn)火器點(diǎn)火頭，油噴嘴霧化器等)；2、燃燒室耐火內(nèi)襯在高溫高壓(2000℃、16MPa)下容易產(chǎn)生爆裂、剝蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致耐火內(nèi)襯的使用效果顯著下降，因而使燃燒器(或注氣器)的使用壽命大大縮短(有時(shí)不足一個(gè)注氣工作日)；3、在燃燒室出口即縮孔處采用的材料為高強(qiáng)度的耐沖蝕剛玉，但是在極度高溫高壓氣流高速?zèng)_刷的條件下，這種材料還是容易產(chǎn)生剝蝕現(xiàn)象，從而影響燃燒器(或注氣器)的正常運(yùn)行；4、燃燒室出口即縮孔直徑較大，或縮孔處耐沖蝕襯套剝蝕后導(dǎo)致縮口直徑變大，均會(huì)導(dǎo)致燃燒室發(fā)生不易點(diǎn)火，或點(diǎn)火后燃燒不完全(發(fā)生器出口處冒黑煙)的現(xiàn)象，從而影響裝置的使用效果，導(dǎo)致燃燒效率、熱效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、可靠性強(qiáng)、易于操作、使用期長(zhǎng)(主要易損部件可以連續(xù)工作2400小時(shí))、節(jié)能高效的用于石油熱采注氣機(jī)的高壓混合氣發(fā)生裝置，可為石油尤其是稠油的開采創(chuàng)造出一種新的替代工藝。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于石油熱力開采的高壓混合氣發(fā)生裝置，由頭部、燃燒段、混合段組成，頭部與燃燒段一端相連結(jié)，燃燒段另一端與混合段相連結(jié)，頭部形成燃燒段內(nèi)部燃燒室的一側(cè)端面，燃燒段包括夾套與燃燒室，燃燒室另一端即隔熱套的下方是噴水調(diào)溫器，調(diào)溫器縮口即是燃燒段出口；其特征在于在頭部設(shè)置了帶螺旋環(huán)狀冷卻室的冷卻水帽總成，其包括由冷卻水槽連接而成經(jīng)過頭部的配風(fēng)器、油噴嘴、點(diǎn)火器的外壁的冷卻水通道。
在燃燒段內(nèi)部燃燒室的下方設(shè)置了調(diào)溫器縮口襯套，該縮口的出口側(cè)即圓筒段長(zhǎng)度為8-12mm，內(nèi)徑為6-14mm。由于調(diào)溫器采用了噴水減溫的獨(dú)特方式，經(jīng)過縮口的混合流體溫度也大大降低(由約2000℃降低到350℃以下)，因此，縮口襯套可以采用耐受熱應(yīng)力性能極為優(yōu)越的耐熱金屬，使用耐熱金屬可以保證在長(zhǎng)期連續(xù)工作至少2400小時(shí)的條件下其技術(shù)尺寸不發(fā)生改變。
在燃燒段內(nèi)設(shè)置的夾套由冷卻水套和隔熱套組成，冷卻水套位于燃燒段本體內(nèi)側(cè)，冷卻水套內(nèi)側(cè)為隔熱套，冷卻水套的出口與調(diào)溫器的一組噴水孔相接。隔熱套起隔熱保溫的作用，使燃燒室內(nèi)的火焰溫度維持在大約2000℃，冷卻水套起冷卻降溫的作用，使燃燒段本體外表面溫度保持在接近常溫的水平。可保證燃料在燃燒室中穩(wěn)定著火燃燒，同時(shí)又保證燃燒段本體的工作性能即使用壽命，從而保證了該裝置可以高效、安全長(zhǎng)期運(yùn)行。
所述噴水調(diào)溫器內(nèi)側(cè)圓錐面上沿燃燒室軸線方向設(shè)置有兩組噴水孔，第一組(前端)與預(yù)熱水套螺旋槽進(jìn)口相接，第二組(后端)與調(diào)溫器進(jìn)口接頭相接，所有噴水口均向縮口傾斜。
所述混合室消音罩與調(diào)溫器相聯(lián)結(jié)，消音罩上設(shè)有若干小孔，均沿切向布置，混合氣體由縮口經(jīng)消音罩進(jìn)入混合室。高溫高壓高速運(yùn)動(dòng)的混合流體由縮口進(jìn)入消音罩，一是起到了消音作用，二是起到了減振作用(消減壓力波、速度波產(chǎn)生的高頻喘振)，三是起到了強(qiáng)化煙氣與減溫水產(chǎn)生的水蒸汽的混合作用。這樣的結(jié)構(gòu)保證了該裝置可安全穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行。
由于上述技術(shù)方案的應(yīng)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于頭部?jī)?nèi)室采用了螺旋環(huán)狀冷卻室用水直接冷卻的結(jié)構(gòu)，大大降低了頭部及其主要部件的工作溫度。在正常運(yùn)行時(shí)，頭部外表面溫度接近常溫，手可以長(zhǎng)時(shí)間觸摸，有效地提高了該裝置的工作穩(wěn)定性、延長(zhǎng)了持續(xù)工作周期，從而使該裝置成為能夠有效投放市場(chǎng)的定型產(chǎn)品。
2、由于燃燒段采用了隔熱套和冷卻水套的多重保護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其是隔熱套的壽命大大高于現(xiàn)有的技術(shù)材料壽命，不僅大大延長(zhǎng)了該裝置的使用壽命，而且由于隔熱套優(yōu)異的耐熱保溫效果，使燃燒室的溫度保持在大約2000℃的水平，這樣就極大地提高了燃燒反應(yīng)速度，使燃燒效率幾乎達(dá)到100％，從而使該裝置實(shí)現(xiàn)了高效、安全運(yùn)行。
3、由于燃燒段采用了噴水調(diào)溫器與燃燒室出口過渡連接的結(jié)構(gòu)，燃燒段冷卻水套的水作為調(diào)溫器的一級(jí)噴水，頭部冷卻水帽的冷卻水作為調(diào)溫器的二級(jí)噴水(由頭部冷卻水出口經(jīng)外接管道與調(diào)溫器進(jìn)口接頭相連)，冷卻水不僅對(duì)縮口襯套起到了有效的保護(hù)作用，從而保證了燃燒室的壓力場(chǎng)，進(jìn)一步保證燃燒室的充分燃燒，而且還實(shí)現(xiàn)了冷卻水所含熱量的回收利用，進(jìn)一步提高了該裝置的熱效率，使該裝置實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能、安全運(yùn)行。
4、由于混合段的消音罩直接消納燃燒段出口的混合氣流，極大地提高了消音減振的效果，并且強(qiáng)化了混合氣的混合效果，使該裝置實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行。
5、由于采用了頭部冷卻、燃燒段隔熱保溫預(yù)熱、混合室調(diào)溫等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使該裝置能夠在高溫高壓(2000℃、20MPa)工況下長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
1頭部 2配風(fēng)器 3油噴嘴 4冷卻水帽 5點(diǎn)火器 6風(fēng)帽 7燃燒段 8隔熱套9冷卻水套 10燃燒室 11調(diào)溫器進(jìn)口接頭 12混合段 13消音罩 14混合室 15出口法蘭 16縮口襯套 17調(diào)溫器 18進(jìn)口接頭具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例如圖1，一種高壓混合氣發(fā)生裝置，由頭部1、燃燒段7、混合段12組成一臺(tái)整體設(shè)備。
柴油從油噴嘴3進(jìn)入燃燒室10，壓縮空氣從配風(fēng)器2進(jìn)入燃燒室10，點(diǎn)火器5的工作端也通向燃燒室10。
一股冷卻水從冷卻水帽4的接口經(jīng)深入到緊貼冷卻水帽4端部的螺旋環(huán)狀冷卻室，然后由出口接頭排出，再經(jīng)外部水管接自調(diào)溫器進(jìn)口接頭11，再經(jīng)調(diào)溫器17的第二組噴孔(后端)通入調(diào)溫器。
另一股冷卻水從進(jìn)口接頭18進(jìn)入冷卻水套9，沿冷卻水套9的螺旋形水槽經(jīng)調(diào)溫器17的第一組噴孔(前端)通入調(diào)溫器17。
隔熱套8與冷卻水套9形成隔熱、保溫、冷卻的多重結(jié)構(gòu)。隔熱套8的內(nèi)側(cè)圓筒空間形成燃燒室10，冷卻水套9的外側(cè)為燃燒段7。
燃燒室10中的高溫高壓煙氣進(jìn)入調(diào)溫器17后，與從兩組噴孔噴出的冷卻水匯合后經(jīng)過縮口襯套16進(jìn)入混合段12的消音罩13，再通入混合室14，最后由混合段12的出口法蘭15進(jìn)入油井管道。
本實(shí)施例工作時(shí)，燃油和空氣進(jìn)入燃燒室10后霧化混合，由點(diǎn)火器5點(diǎn)燃，完全燃燒后產(chǎn)生高溫高壓煙氣，進(jìn)入調(diào)溫器后與冷卻水匯合。兩股水分別由頭部1的冷卻水帽4的出口和燃燒段7中冷卻水套9的出口經(jīng)調(diào)溫器17的兩組噴孔進(jìn)入調(diào)溫器內(nèi)與高溫高壓煙氣匯合。這股混合氣流經(jīng)縮口襯套16進(jìn)入消音罩13，消音減振后進(jìn)入混合室14，混合均勻后由出口法蘭15進(jìn)入油井管道。
權(quán)利要求
1.用于石油熱采注氣機(jī)的高壓混合氣發(fā)生裝置，由頭部(1)、燃燒段(7)、混合段(12)組成，頭部與燃燒段一端相聯(lián)結(jié)，燃燒段另一端與混合段相聯(lián)結(jié)，頭部形成燃燒段內(nèi)部燃燒室的一側(cè)端面，燃燒段包括夾套與燃燒室(10)，燃燒室另一端即隔熱套的下方是調(diào)溫器(17)，調(diào)溫器縮口即是燃燒段出口；其特征在于在頭部設(shè)置了帶螺旋環(huán)狀冷卻室的冷卻水帽(4)，其包括由冷卻水槽連接而成經(jīng)過頭部的配風(fēng)器、油噴嘴、點(diǎn)火器的外壁的冷卻水通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油熱采注氣機(jī)的高壓混合氣發(fā)生裝置，其特征在于位于燃燒段內(nèi)部的燃燒室的下方設(shè)置了調(diào)溫器縮口襯套(16)，該縮口的出口側(cè)即圓筒段長(zhǎng)度為8-12mm，內(nèi)徑為6-14mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油熱采注氣機(jī)的高壓混合氣發(fā)生裝置，其特征在于位于燃燒段的夾套由冷卻水套(9)和隔熱套(8)組成，冷卻水套(9)位于燃燒段本體內(nèi)側(cè)，冷卻水套(9)內(nèi)側(cè)為隔熱套(8)，冷卻水套的出口與調(diào)溫器(17)的一組噴水孔相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油熱采注氣機(jī)的高壓混合氣發(fā)生裝置，其特征在于所述調(diào)溫器(17)內(nèi)側(cè)圓錐面上沿燃燒室軸線方向設(shè)置有兩組噴水孔，第一組與冷卻水套出口相接，第二組與調(diào)溫器進(jìn)口接頭(11)相接，所有噴水口均向縮口傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油熱采注氣機(jī)的高壓混合氣發(fā)生裝置，其特征在于所述混合室消音罩(13)與調(diào)溫器(17)相聯(lián)結(jié)，消音罩上設(shè)有若干小孔，均沿切向布置。
全文摘要
本發(fā)明涉及到用于石油熱力開采的一種混合氣體發(fā)生裝置。該裝置由頭部、燃燒段、混合段組成。其特征在于設(shè)置了冷卻水帽內(nèi)部的螺旋環(huán)狀冷卻室結(jié)構(gòu)，使頭部能得到有效冷卻。隔熱套和冷卻水套對(duì)燃燒室和燃燒段本體分別起到了隔熱保溫、預(yù)熱、冷卻、降溫的多重效果；尤其是調(diào)溫器的縮口襯套，有效地保證了燃燒室形成足夠的壓力場(chǎng)，從而極大地提高了燃料的燃燒反應(yīng)速度。該裝置的作用就是使用柴油為燃料，以壓縮空氣為氧化劑，燃燒后產(chǎn)生高溫高壓的煙氣，噴水進(jìn)行調(diào)溫后，產(chǎn)生主要由N
文檔編號(hào)E21B43/24GK101067372SQ200710023550
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月7日
發(fā)明者魯維加, 徐義新, 印濤, 劉順興 申請(qǐng)人:蘇州新陽(yáng)光機(jī)械制造有限公司