[发明专利]一种井内蓄热式燃烧加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种井内蓄热式燃烧加热装置，具体为一种井内蓄热式燃烧加热目标岩层或外加流体的系统。

背景技术

油气资源可分为常规资源、非常规资源两种基本类型，常规-非常规油气“有序聚集、空间共生”。21 世纪，在新理论与新技术创新推动下，全球非常规油气勘探开发不断获得重大突破，其中，油页岩、天然气水合物等成为非常规油气发展的重点领域。

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，可分为传导加热（电加热、燃烧加热）、流体对流加热和辐射加热：

壳牌公司的 ICP 技术采取电加热方式。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燃料，然后再从生产井将油气运用传统的采油方法将其抽汲到地面。

采取原位燃烧加热技术的有：美国埃克森美孚提出采用注入烃类物质作为循环流体的地下加热方式；通用电气公司提出利用燃料和氧气燃烧器加热导管和空气在地下燃烧器的加热方式。

雪弗龙的Crush技术采取流体对流加热方式，这种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。

美国雷神公司的RF/CF 技术采取辐射加热方式，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。

油页岩原位加热技术的优点是省略了将油页岩从地下开采到地面上的这一过程；缺点是加热速率低，对热量的利用率低，对设备性能要求高，成本高，且一些技术现处于试验阶段无法具体在施工中实现。因此需要一种易于控制的加热方法，能突破商业性开发利用的瓶颈。

本发明所采用的燃烧加热装置可以作为加热体对井下目标地层直接进行加热，也可在井下加热外加的流体介质再对地层进行渗透传热传质，即可对地层进行热气体开采、过热蒸汽开采、近/超临界流体开采。本发明所采用的燃烧加热装置利用清洁的燃料，能够实现将相当大的热量从该装置受控制地传送至储层中，在密封的燃烧腔体内燃烧，不与井下的外界地层环境直接接触，不污染环境，提高了加热速率及对热量的利用率。本发明也可用于重油、油砂、可燃冰等资源的开采。

发明内容

本发明的目的是提供一种井内蓄热式燃烧加热装置。

本发明包括燃烧加热器、集水与抽水系统、外加流体注入管、外部套管和地面监测控制系统；

燃烧加热器包括燃烧加热器壳体、烧嘴芯、燃料与空气输送管、换热器、辐射管、燃烧腔、尾气回收管和回流换热介质；烧嘴芯是由烧嘴芯壳体、燃料管、火焰盘、点火器与火焰探测电极组成；集水与抽水系统包括含水槽的集水器与抽水泵；

燃烧加热器壳体，其内部用以定位安装烧嘴芯，外部用以固定辐射管，可以将烧嘴芯、换热器、辐射管等部件组合成一个整体，集成供料燃烧、尾气回流、交换热量等多种功能，有效地节省了部件对空间的需要，提高燃烧氧化率，降低燃料消耗。

燃料管，一端安装在烧嘴芯壳体底部，另一端连接到火焰盘底部，火焰盘固定在烧嘴芯壳体内的前端。

烧嘴芯壳体用以安装固定火焰盘、燃料管、点火器与火焰探测电极，为燃料与空气点燃提供空间。

火焰盘安装在烧嘴芯壳体内的前端，火焰盘上接点火器与火焰探测电极，以在此处点燃燃料与空气混合物。火焰盘上设有大小各异的进气孔保证燃烧时所需的空气量，其外侧采取旋流叶片设计，使得空气在进入燃烧腔时能产生较好的旋转动量，使空气在此与燃料良好混合，有效地控制空气/燃料气混合速度，防止混合太快造成火焰过短，形成局部高温，或混合太慢造成火焰过长；

点火器用以点燃燃料与空气混合物，安装在火焰盘上。点火器主要包括供电电源、起动、复位、故障、运行等节点及点火变压器等设备，经过四个接触器即起动信号、燃料点火压力低信号、燃料点火压力高信号和空气压力低信号连接到地面监测控制系统。

火焰探测电极安置在火焰盘上。当烧嘴主火焰正常运行后，一直处于工作状态，检测主火焰状态，即火焰探测器检测火焰反馈点。当火焰探测器检测到火焰正常后，输出信号到地面监测控制系统。