[实用新型]一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧装置

说明书

一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧装置，主要由上部端盖、中部端盖、稳燃室主体一和燃烧室主体二依次连接装配组成，上部端盖上设有一级燃料入口、高能加热棒和一级氧化剂入口，中部端盖上设有二级燃料入口、二级氧化剂入口和反应物一级喷嘴，反应物一级喷嘴与一级燃料入口连通，稳燃室主体一内壁为双层螺旋壁，底端设有与二级燃料入口和二级氧化剂入口连通的二级喷嘴，燃烧室主体二内壁为双螺旋冷却壁，底端设有出口孔群，最终在一级喷嘴与二级喷嘴之间形成稳燃室，二级喷嘴与出口孔群之间形成燃烧室，出口孔群与反应器底部出口之间形成混合室。本实用新型通过在油层中直接产生蒸汽，解决了稠油热采地面锅炉注蒸汽过程中的能耗高、污染大的问题。

技术领域

本发明属于稠油开采技术领域，特别涉及一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧装置。

背景技术

对于稠油热采技术，目前油田上主要采用地面上注汽锅炉产生蒸汽，蒸汽注入井下实施蒸汽吞吐、蒸汽驱或者蒸汽辅助重力泄油(SAGD)。然而，以上方式存在以下主要问题：(1)热损失大。地面蒸汽发生装置的排烟损失约20％，地面输气管线热损失约15％，注入井筒热损失每千米约10％，整体热效率低；(2)油藏深度受限。除蒸汽吞吐的应用深度达到1800米，采收率较高的蒸汽驱和SAGD技术主要应用深度在1200米以内的油藏中。(3)地面蒸汽发生装置占地面积大。无法布置于空间受限的海上石油开采平台，限制了海上稠油的开采。

超临界水热燃烧是指燃料或者一定浓度的有机废物与氧化剂在超临界水(T ≥374.15℃且p≥22.12MPa)环境中发生剧烈氧化反应的一种新型燃烧方式，其火焰即为超临界水热火焰。超临界水热火焰通常为800oC以上，水热火焰区局部高温将显著加速有机物降解(100毫秒内可完成降解绝大多数有机物)，释放大量热量，甚至可以作为能源获取的一种手段。该燃烧方式其具有多项显著优势，(1)具有毫秒级反应速率。(2)反应器换热效率高、结构紧凑，尤其适合作为井下蒸汽的来源。(3)反应产物只有CO₂和水蒸气，无污染，且CO₂可活性降粘，进一步改善开发效果，实现产物的100％利用。多元热流体采油技术是指将燃料和氧化剂注入井下多元热流体发生器，在高压密闭环境中燃烧使水气化，利用气体(N₂和CO₂)与蒸汽的协同效应，通过气体溶解降粘、气体增压、加热降粘和气体辅助原油重力驱等机理来开采原油的一种技术。

将多热流体采油技术与超临界水热燃烧技术结合形成的超临界水热燃烧型井下蒸汽发生技术，可以实现更高的稠油采收率和安全性，不受井深限制，解放大量油层，完美解决中深层稠油开发，克服传统锅炉产生蒸汽方式所带来的高能耗和高污染难题。石油开采现场，原油等高粘度油丰富。以原油等为燃料的超临界水热燃烧型井下蒸汽发生技术的成功应用离不开具有高粘度燃料适用性的超临界水热燃烧装置的开发设计。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于高粘度燃料的主动冷却型超临界水热燃烧装置，旨在解决注气锅炉在稠油热采注蒸汽过程中的能耗较高、污染较大问题，通过将多元热流体采油技术与超临界水热燃烧技术相结合，从而实现直接在地层内高效产生以蒸汽为主的多元热流体，避免了蒸汽输送过程中的热量损失，为深井、超深井以及海上稠油开采提供了一种切实可行的稠油热采装备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于高粘度燃料的超临界水热燃烧装置，主要由上部端盖、中部端盖、稳燃室主体一和燃烧室主体二四大主体构件依次连接装配组成，其中，上部端盖上设有一级燃料入口、高能加热棒和一级氧化剂入口，中部端盖上设有二级燃料入口、二级氧化剂入口和反应物一级喷嘴，反应物一级喷嘴与一级燃料入口连通，稳燃室主体一内壁为双层螺旋壁，底端设有与二级燃料入口和二级氧化剂入口连通的反应物二级喷嘴，燃烧室主体二内壁为双螺旋冷却壁，底端设有出口孔群，最终在反应物一级喷嘴与反应物二级喷嘴之间形成稳燃室，在反应物二级喷嘴与出口孔群之间形成燃烧室，在出口孔群与反应器底部出口之间形成混合室。