[发明专利]以氮气作保护膜的超临界水氧化流体注采系统及其工艺

说明书

 

技术领域

本发明涉及能源与环境领域，尤其是一种以氮气作保护膜的超临界水氧化流体注采系统及其工艺。

背景技术

降低成本，最大限度地把稠油、超稠油开采出来，是当今世界石油界面临的共同课题。稠油由于粘度高，给开采、集输和加工带来很大困难。注蒸汽热力采油是开发稠油油藏的有效手段。注蒸汽吞吐的规律是在第4、第5周期产油量达到峰值, 此后伴随着吞吐周期的增加, 周期产油量逐渐降低, 综合含水增加, 生产效果日益变差。造成注蒸汽热采多轮次吞吐后生产效果变差的主要原因是蒸汽在含油饱和度低的地带无效窜流。此外，许多油井在钻井及井下作业过程中，井底结蜡堵塞严重，造成产能降低。

多元热流体（N₂+CO₂+水蒸汽）是综合提高原油采收率装置产生的混合物与泡沫剂混合形成的高效驱油体系, 兼具氮气、二氧化碳、热力采油等多种工艺的特点, 将其直接注入油层，从而增加油层压力，降低原油粘度，提高驱油波及面积, 达到提高原油采收率的目的。一方面，采用多元热流体采油技术能够有效控制蒸汽窜流，提高采油率；另一方面，热能使近井地带结蜡和沥青质溶解，通过注入后放压，使注入的非凝结气体高速流出，携带出近井地带污染物，达到增产效果。实践证明，这一创新技术能使我国东部老油田原油采收率再提高5%至20%。

目前的多元热流体是通过采用火箭动力原理的采油设备产生的。这种采油设备被称为火箭动力系统，其工作原理为：利用火箭发动机的燃烧喷射机理，将发动机固定安装在主机舱内点火燃烧，将燃烧所产生的高压水蒸汽、二氧化碳、氮气等混合气体，通过油井进口直接注入油层，增加油层压力，降低原油黏度，进而提高驱油效率。但是反应原料在燃烧室的反应温度可达约3500K，这个温度远超出喷嘴和燃烧室材料的熔点，因此必须采用冷却系统来防止材料过热。所有的冷却措施都是在室壁形成一层隔离层，但燃烧不稳定或冷却系统故障常常会导致边界层的保护中断，随后导致室壁被破坏。

超临界水氧化法是在超过水的临界温度374℃和临界压力22.05MPa的高温高压条件下，以空气或其他氧化剂，将有机物或还原性无机物在水相中“燃烧”氧化的方法。超临界水具有类似液体的密度、溶解能力和良好的流动性，同时又具有类似气体的扩散系数和低黏度。在超临界水中，气液两相的相界面消失，有机物及氧化剂空气在超临界水中完全混溶，形成均一相体系，反应速度大大加快。在很短的反应停留时间内，99.99%以上的有机物迅速燃烧氧化成二氧化碳、水，反应产物中还包括空气中未参与反应的氮气。该反应产物与上述多元热流体的组分相似，且温度压力范围可调节。此外，该技术燃料适应性广，各类有机废水、油类等均可作为燃料燃烧。

但是超临界水氧化反应条件苛刻，在高温高压且有氧的条件下，会对反应器壁产生腐蚀；此外超临界水是一种非极性溶剂，无机盐在超临界水中的溶解度会急剧下降，从而形成无机盐的沉淀，严重时引起反应器或系统管路的堵塞。因此，腐蚀和堵塞问题成为制约超临界水氧化技术发展的瓶颈。水膜反应器作为一种能同时解决超临界水氧化技术过程中面临的腐蚀和盐沉积两大难题的方法，近年来引起了国内外学者的关注，已取得一定成果，但是在油田中去离子水的难以获得及造价高等问题使其难以大规模用于超临界水氧化流体注采工艺中。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种以氮气作保护膜的超临界水氧化流体注采系统及其工艺，本发明采用以氧气作为氧化剂，以氮气作为反应器和井筒的保护膜，通过超临界水氧化燃料，利用生成的多元热流体注入油井中，降低稠油粘度，进而提高采油率。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种以氮气作保护膜的超临界水氧化流体注采系统，包括空分设备、燃料装置、水增压预热装置、氧气增压泵、氮气增压泵、气膜反应器、井筒和注入管道，注入管道设置于井筒中，所述空分设备的氧气出口通过氧气增压泵与气膜反应器上端的氧气入口相通，所述空分设备的氮气出口通过氮气增压泵分三路分别与气膜反应器侧面的上氮气入口、下氮气入口、井筒与注入管道之间的间隙相通，所述气膜反应器上端还设有分别与燃料装置、水增压预热装置相连的燃料入口和水入口；气膜反应器的下端设有与注入管道相连通的出口。

所述空分设备的氮气出口与气膜反应器侧面的上氮气入口、下氮气入口、井筒与注入管道之间的间隙相连通的管道上分别设有第一氮气流量调节阀、第二氮气流量调节阀和第三氮气流量调节阀。

所述气膜反应器内设有与气膜反应器内腔相配合的多孔壁，多孔壁与气膜反应器内壁之间有间隙。