[发明专利]补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室补燃喷注器

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田采油设备，特别是涉及一种补燃式超临界压力燃气液两相燃料注汽发生器〔又称复合热载体发生器〕燃烧室的补燃喷注器装置。

背景技术

注汽发生器问世十余年来，已在国内大庆、胜利、辽河、新疆等几大油田的浅层油藏及高渗透中深层油藏进行了多井次先导试验。其试验结果表明，设备增油机理可行，可与现有多项采油工艺进行有机结合，并已取得一定增油效果。但随着油藏开发的不断深入，我国现已公开的几种复合热载体发生器已难以满足当前生产的需要，为适应更具普遍性的、储量更大的中深层和深层中低渗透油藏的应用需求，必须研制更大流量、更高压力的超临界压力注汽发生器。此外，由于国际柴油价格不断攀升，燃柴油注汽发生器的运行成本越来越高，该种设备的推广使用也已受到了严重制约。现有资料显示，如用天然气或油田伴生气作为燃料替代柴油，注汽发生器的每日运行成本将会降低2/3以上，即：如单台设备流量按1000米³/小时来计算，每日每台设备将可节约燃料费用1万元以上，年节约运行成本超过300万元。特别是油田伴生气，因其本身属于易燃易爆危险气体，当其产量不高，运输不便时，生产过程中大多就地收集燃烧（即我们常在油田地区看到的“火炬”）或用于稠油辅助伴热，从而造成了巨大的能源浪费。如能使用油田伴生气替代柴油，不但可以进一步降低设备运行成本，扩大市场应用，而且可以合理利用能量，充分节约能源，因此，采用新的燃料替代柴油也已势在必行。

在已公开发生器的设计中，注汽发生器燃烧室的设计通常采用扩散式燃烧方式，并且，所需空气和燃料均从燃烧室顶部一次性注入并参与燃烧。这样，当设备注入压力较低时，其火焰前锋前移，现有设备在一定周期内可以连续工作。但随着设备向油层注入压力升高，其燃烧压力不断增大，火焰前锋将会受到压缩并向燃烧室顶部逐渐趋近，从而造成靠近燃烧室顶部的火焰集中部位热负荷增大，辐射强度增加，并进而造成发生器燃烧室顶部、内衬、及火花塞等重要部件烧熔或损坏，并且，燃烧压力越高，烧损或毁坏现象越严重。而在油田生产中，注汽发生器的主要工作方式为气驱作业，即根据所注井的地质方案要求，从单井连续注入复合热载体，在保持注采平衡的条件下，从其它关联井连续采油。因此，要求设备流量大，注入温度和压力高，并保证连续工作。为此，现有发生器设备必须做出实质性突破。

在已公开的专利98203951.4《旋涡式喷嘴的复合热载体发生器》、02231765.1《燃气蒸汽发生器》及200510022594.7《亚临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统》中，采用了增设旋风器结构形成贫氧燃烧，降低燃烧室顶部附近的燃气温度的方案解决上述问题。但根据现场试验，上述方案虽然解决了原设计工况中燃烧室顶部的烧损或毁坏问题,但当发生器注入压力增高，流量加大并长期连续工作后，旋风器、燃烧室顶部及内衬等部件仍然出现较严重的烧损现象，并由此引发了燃烧偏心、内衬毁坏等后果，影响了设备正常运行。另外，在已公开的发明设计中，通常采用单相喷嘴，但因气液两相流体流量特性不同，其喷嘴设计要求存在较大差异，因此，以往的单相喷嘴往往无法同时满足两相流体的喷射特性要求，即无法满足气液两相燃料同时燃烧的设计理念，特别是无法改变原有发生器集中于燃烧室顶部的燃烧方式。

气液两相燃料同时燃烧的特点对油田伴生气的使用尤为重要，这是因为，在油田伴生气中，约有50%的成份经气体压缩机压缩后，在高压下将变成液态烃。要充分合理地利用油田伴生气，保证现场安全，注汽发生器必须能够同时燃烧气液两相燃料。天然气燃料同样具有两相燃料的特点，其与伴生气的区别仅在于其中压缩过程中产生的液态烃量相对较少，仅占10%左右，但为保证现场安全，同时节能环保，注汽发生器也必须具有可燃双相燃料的功能。

因此，改变现有燃烧方式，同时燃烧气液两相燃料，避免燃烧室顶部、内衬及火花塞等重要部件烧熔或损坏等，已经成为新的注汽发生器设计中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室补燃喷注器，改变原有发生器的燃烧方式，实现气液两相燃料同时燃烧，并根据需要采用多种冷却方式，避免燃烧室顶部、内衬及火花塞等重要部件烧熔或损坏，在各种状态下保护燃烧室的整体结构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：