專利名稱：高壓高溫蒸汽氮氣二氧化碳發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油開采設備，特別涉及石油熱力開采中使用一種高壓高 溫蒸汽氮氣二氧化碳燃燒發(fā)生器。該燃燒發(fā)生器利用高壓柴油、空氣通過燃 燒，并與水熱交換產(chǎn)生高壓高溫蒸汽氮氣二氧化碳混合氣體(復合熱載體)， 直接注入油層用于熱力開采中質(zhì)稠油、特稠油、高凝油和高粘稀油等油藏。
技術背景在石油開采領域中，由于中質(zhì)稠油、特稠油、高凝油和高粘稀油等油藏中 含有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和蠟質(zhì)，呈高粘度、高流阻狀態(tài)，無法進行有效的機械抽 油泵冷采，必須采用熱力開采技術，即將高壓高溫復合熱栽體注入井下油層， 通過加溫降低油藏粘度，進行活化驅(qū)動，通過加壓(特別是注入氮氣)補充 油層壓力，產(chǎn)生增排效應，從而提高采油驅(qū)動力，實現(xiàn)高效率開采稠油。傳統(tǒng)熱力開采是將地面制氮車制出的氮氣注入油層，然后將地面鍋爐所產(chǎn) 生的高壓高溫蒸汽注入井下油層。這種方法利用氮氣產(chǎn)生壓力、利用蒸汽產(chǎn) 生熱量來實現(xiàn)有效開采，即蒸汽吞吐熱力開采。但是，長期的實踐證明這種 熱采方式存在許多不足，比如熱損失大，設備及生產(chǎn)成本高，原油開采效率 低，環(huán)境污染大，特別是整套設備的移動性差，難以適應油井分散作業(yè)的要求。為了克服上述不足，中國專利于1999年12公告了一件名稱為《熱力采 油復合氣體注氣裝置》，專利號為9823卯70,X和2004年11月10日公告了 一 件名稱為《石油熱采混合氣注氣裝置》，專利號為03278103.2的實用新型專利。 上述兩件專利是吸收俄羅斯熱采技術而研制的，旨在克服鍋爐水蒸汽熱采的 缺陷和局限性，并取得了可喜的效果，但實踐證明上述專利技術尚存在設計 和配置上的許多不足，比如燃燒的效果較差；混合氣體中過剩氧大；燃燒室 中燃燒栽體溫度低；汽化水量低混合氣體中熱量?。蛔⑷胗蛯雍鬂摕嵝Ч?； 熱量流失大等，使采油效果增產(chǎn)幅度小，熱采周期短，設備在高背壓情況下 油槍、火花塞經(jīng)常燒毀，大量水垢堵塞回流縮孔和汽化水噴孔，設備不能長 時間穩(wěn)定運行。于是本申請人于2004年12月29日向國家知識產(chǎn)^專利局 申請了一件名稱為《多功能高壓高效燃燒器》，專利號為200420054883.6的實 用新型專利。該專利與上述兩件專利相比，不論在技術上，還是在效果、成 本、節(jié)能等方面都取得了很大進步，但是這種裝置在實際應用中也存在以下 不足1、燃燒室通往汽化室(熱交換室)的縮孔難以承受長時間高速氣流的
沖刷，導致孔徑變大，減少了可燃氣體的回流，從而引起點火困難；2、燃燒 室的內(nèi)襯與吸熱水套緊貼相連，導致燃燒室外泄熱量較大；3、由于燃燒室外 泄熱量大，導致吸熱水套中的水溫高，容易產(chǎn)生水塘堵塞汽化杯的噴水孔， 使設備無法長時間正常運行；4、因后段的消音變流室(膨脹室)缺少隔熱保 溫措施，金屬外殼外泄的熱量比較大，不僅熱量流失嚴重，而且殼體內(nèi)350 ■C的氣體容易引起操作人員燙傷事故。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的從改進結構的角度，設計了一種結構合理、安全可靠、 使用壽命長，而且更加先進的高效、節(jié)能型高壓高溫蒸汽氮氣二氧化碳發(fā)生 器，以克服上述不足。為達到上述目的，本實用新型釆用的技術方案是 一種高壓高溫蒸汽氮氣 二氧化M生器，在殼體內(nèi)沿軸向設置耐火襯套、內(nèi)團、消音變流器依次構 成一個前段的燃燒室、中段的汽化室和后段的消音變流室，燃燒室尾部與汽 化室頭部相通，汽化室尾部通過變流孔與消音變流室相通，消音變流室與發(fā) 生器尾部的噴汽口相通；燃燒室頭部設有油槍、空氣噴孔和火花塞作用于燃 燒室，其中，油槍位于燃燒室頭部中央的軸線方向上，油槍的噴嘴處設有霧 化器，空氣噴孔環(huán)繞軸線呈錐形分布，其射流方向與燃油噴射方向在前方交 叉匯集，形成油氣分離式噴射二次霧化結構；汽化室內(nèi)壁上設有一組汽化水 噴孔；耐火襯套與殼體之間從內(nèi)到外依次設有防裂套、保溫層、吸熱水套， 該吸熱水套的出口與一組汽化水噴孔連通；燃燒室尾部與汽化室頭部設有耐 磨噴嘴，耐磨噴嘴上設置變徑回流噴射孔連通燃燒室與汽化室。上述技術方案中的有關內(nèi)容解釋如下1、 上述方案中，為了延長火花塞的使用壽命，可以在火花塞與火花塞安 裝孔之間設置環(huán)形間隙，環(huán)形間隙朝燃燒室開放，空氣噴孔的供氣通道設有 分路與該環(huán)形間隙連通，以此形成火花塞風冷保護結構。這樣在工作時火花 塞頭部形成一圏氣幕，對火花塞進行保護。2、 上述方案中，為了對燃燒室頭部的迎火盤進行冷卻，可以在迎火面壁 內(nèi)設有吸熱水腔，該吸熱水腔的進口與冷卻水供給端連接，出口與燃燒室壁 間的吸熱水套進口連接。這樣可以使迎火盤的冷卻水與燃燒室壁間的冷卻水 組成串聯(lián)結構。3、 上述方案中，為了調(diào)控通過汽化水噴孔進入汽化室的汽化水量，可以 將一組汽化水噴孔經(jīng)控制閥門另接一增補水進口。 一般情況下，控制閫門關
閉，當需要增補汽化水時，可以打開控制閥通過增補水進口增補汽化水。4、 上述方案中，所述吸熱水套由套體外緣周向所設的螺旋型水槽與殼體 內(nèi)壁配合形成。5、 上述方案中，為了消除噪音，提高膨脹效果，汽化室與消音變流室之 間設有消音變流器，該消音變流器為一革體結構，軍體上設有若干變流孔， 變流孔沿罩體外側切向傾斜布置。這樣既能起到消音作用，又能通過變流孔 將燃氣與蒸汽進一步混合并膨脹。6、 上述方案中，為了減少熱量損失以及防止燙傷事故，可以在消音變流 室對應的殼體上設置保溫層。本實用新型工作原理是高壓燃油由油槍噴入，在油槍頭部枳械霧化器的 作用下，使燃油由液狀轉變成高壓、高速旋轉的油霧進入燃燒室。在燃燒室 內(nèi)， 一次霧化的燃油與注入的高壓空氣撞擊實現(xiàn)二次霧化，經(jīng)火花塞點火后， 使注入燃油與注入空氣混合成的可燃氣在燃燒室內(nèi)進行高壓、高速燃燒，并 以音速從變徑回流噴射孔噴入汽化室。在汽化室內(nèi)，經(jīng)燃燒室頭部吸熱水腔 和燃燒室壁間冷卻水通道的冷卻水通過汽化水噴孔注入后，與變徑回流噴射 孔噴出的高溫栽體熱交換，完成燃燒、吸熱、熱交換的全部過程，然后再經(jīng) 消音變流室膨脹后產(chǎn)生高溫高壓復合熱載體，最后由噴汽口排出。由于上述技術方案運用，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點1、 本實用新型將配置的高壓柴油、高壓空氣、高壓水資源組織在發(fā)生器 的燃燒室中直接燃燒，并在汽化室中進行熱交換，使上述資源全部轉化成有 效體積注入油井，可迅速補充、提高油井地層壓力，配置資源有效率達到 100%,使油井獲得采油必備的勢能要素。2、 本實用新型高壓燃油注入油槍后經(jīng)機械霧化器進行一次霧化后，進入 燃燒室與注入的高壓空氣撞擊實現(xiàn)二次霧化，使燃油中的液碳與空氣中的氧 氣完全混合，油氣比例達到l: ll的最高值，燃燒后的高溫栽體中過剩氧小于 0.2%,因此最大限度的應用了配置氣源的有效率。3、 本實用新型燃燒室由耐2300*€高溫且導熱系數(shù)小的耐火材料氧化鋯鋼 玉合成，并在專用模具中高壓成型，提高密度，為可燃油氣提供保溫燃燒的 良好環(huán)境。由于油氣在燃燒室中燃燒成1800X:以上的超高溫栽體，使投入的 燃油達到最高的發(fā)熱量，當載體與水交換到300X:時，汽化水量達到l: 30的 最大量，大大提高了復合熱載體中過熱蒸汽的量和熱焓值，從而提高了攜帶 熱量在油層中的降粘、活化、驅(qū)動效果和潛熱效果。
4、 本實用新型將燃油與空氣采用分離式注入方式，而且匯聚點位亍迎火 面前方，因此在背壓高的時候，燃燒中心不會緊靠燃燒室頭部的迎火面，從 而克服了現(xiàn)有技術容易被燒熔的缺陷，使油槍和火花塞的使用壽命延長。5、 本實用新型利用空氣噴射在火花塞周圍設計了一種風冷保護結構，該 結構工作時在火花塞頭部形成一圏氣幕，對火花塞進行保護，因此延長了火 花塞的使用壽命。6、 本實用新型燃燒室外壁設有防裂金屬套，有效地制止了燃燒室耐火村 套因高壓高溫爆燃造成的裂變和粉碎，提高了襯套的使用壽命。7、 本實用新型燃燒室防裂套與吸熱水套中間增設隔熱保溫層有效地減少 了燃燒室熱量的外泄，大大降低吸熱水的水溫，杜絕了水垢生成。8、 本實用新型將汽化水先送到燃燒室頭部迎火面壁內(nèi)的吸熱水腔，對燃 燒室頭部的迎火盤進行冷卻，然后再送入燃燒室壁間的吸熱水套，對燃燒室 殼體進行冷卻，最后將這些吸熱后的冷卻水通過汽化水噴孔噴入汽化室進行 再利用。這樣一方面發(fā)揮了水流的冷卻作用，另一方面其冷卻時吸收的熱量 充分得到利用。9、 本實用新型通過耐磨噴嘴上的變徑回流噴射孔連通燃燒室與汽化室， 一方面提高了變徑回流噴射孔的耐磨性和使用壽命，杜絕汽化室熱交換后的 氣流回流到燃燒室，保證燃燒環(huán)境，另一方面使燃燒室內(nèi)混合后的可燃氣體 產(chǎn)生回流，由室壁回流到點火區(qū)，為火花塞點火提供必要條件。10、 本實用新型汽化室尾部連接消音變流器，該消音變流器上設有若干傾 斜的加旋孔(變流孔)，使復合熱載體混合消音，最終促4吏氣流呈高壓、高速 旋轉狀注入油井。11、 本實用新型后段外殼設置了加厚隔熱保溫層，既減少了金屬外殼傳熱 造成的熱量流失，又杜絕了燙傷事故的發(fā)生。


附圖1為本實用新型結構剖視圖； 附圖2為圖l燃燒室頭部結構放大圖； 附圖3為圖1中段部分結構放大圖。以上附圖中1、進油口； 2、油槍；3、火花塞；4、汽化水進口； 5、空 氣進口； 6、吸熱水腔；7、空氣腔；8、空氣噴孔；9、汽化水進口； 10、增 補水進口； 11、組合頭；12、前段筒體；13、后段筒體；14、后段外套管；15、 霧化片；16、燃燒室；17、汽化室；18、消音變流室；19、變流孔；20、吸 熱水套；21、保溫層；22、防裂套；23、耐火襯套；24、變徑回流噴射孔； 25、耐磨噴嘴；26、汽化杯；27、汽化水噴孔；28、保溫層；29、噴汽口； 30、 內(nèi)團；31、消音變流器；32、迎火盤。
具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例參見圖1 圖3所示， 一種高壓高溫蒸汽氮氣二氧化碳發(fā)生器，由 組合頭11、前段筒體12和后段筒體13組成一個筒形殼體，筒形殼體的尾部 為噴汽口 29。筒形殼體內(nèi)部由迎火盤32、耐火襯套23、汽化杯26、內(nèi)團30以及消音變 流器31在軸向構成一個前段的燃燒室16、中段的汽化室17和后段的消音變 流室18。燃燒室16尾部與汽化室17頭部通過耐磨噴嘴25上的變徑回流噴射 孑L 24相通，汽化室17尾部與消音變流室18頭部通過消音變流器31上的若 干個變流孔19 (加旋孔)相通，消音變流室18與發(fā)生器尾部的噴汽口 29相 通。組合頭11上設有油槍2、空氣進口 5、汽化水進口4和火花塞3，其中， 油槍2位于組合頭11中央的軸線方向上，并穿入迎火盤32作用于燃燒室16, 油槍2的噴嘴處設有霧化片15?？諝膺M口 5通過空氣腔7連通空氣噴孔8， 空氣噴孔8環(huán)繞組合頭11軸線呈錐形分布，其射流方向與燃油噴射方向在前 方交叉匯集，形成油氣分離式噴射二次霧化結構。火花塞3通過安裝孔與燃 燒室16相通，火花塞3與火花塞安裝孔之間設置環(huán)形間隙，環(huán)形間隙朝燃燒 室16開放，空氣噴孔8的供氣通道設有分路與該環(huán)形間隙連通，以此形成火 花塞風冷保護結構。工作時在火花塞3頭部形成一團氣幕，對火花塞進行保 護。為了對燃燒室16頭部的迎火盤32進行冷卻，在迎火面壁內(nèi)設有吸熱水 腔6，汽化水進口 4連通吸熱水腔6，吸熱水腔6的出口與燃燒室16壁間的 吸熱水套20進口連接(圖中未畫出)。耐火襯套23與前段筒體12之間從內(nèi)到外依次設有防裂套22、保溫層21、 吸熱水套20。吸熱水套20的進口為汽化水進口 9,該汽化水進口9與吸熱水 腔6的出口通過管道連接(圖中未畫出)，吸熱水套20的出口與一組汽化水 噴孔27連通， 一組汽化水噴孔27設在汽化杯26上，并與汽化室17相通。 所述吸熱水套20由套體外緣周向所設的螺旋型7JC槽與前段筒體12內(nèi)壁配合 形成。為了調(diào)控通過汽化水噴孔27進入汽化室17的汽化水量，將一組汽化 水噴孔27經(jīng)控制閥門另接一增補水進口 10, —般情況下，控制閥門關閉，當 需要增補汽化水時，可以打開控制閥通過增補水進口增補汽化水。汽化室17與消音變流室18之間設有消音變流器31，消音變流器31為一 罩體結構，軍體上設有若千變流孔19，變流孔19沿軍體外側切向傾斜布置。 為了減少消音變流室18熱量損失以及防止燙傷事故，可以在消音變流室18 對應的后段筒體13外設置保溫層28，保溫層28外再設一后段外套管14。本實施例工作時，高壓燃油與高壓空氣分別從進油口l和空氣進口注入， 其中，高壓燃油經(jīng)霧化片15進行一次霧化后，然后與注入的高壓空氣撞擊實 現(xiàn)二次霧化。在火花塞3點火后燃油在空氣中燃燒并形成高溫、高壓的氣體， 經(jīng)變徑回流噴射孔24進入汽化室17,與汽化水噴孔27注入的7K相遇，水吸 熱汽化變?yōu)檎羝?，兩者在汽化?7混合變?yōu)閺秃蠠嵩泽w(高溫高壓蒸汽、氮 氣、二氧化碳混合氣體)，再經(jīng)消音變流器31變流孔19 (加旋孔)進一步混 合并膨脹，并逐步旋轉加速，最后經(jīng)尾部噴汽口 29排出。冷卻水從組合頭11上的汽化水進口 4進入吸熱水腔6，然后通過汽化水進 口 9進入吸熱水套中的螺旋型水槽，對燃燒室16進行冷卻，最后通過汽化水 噴孔27進入汽化室17變?yōu)檎羝?。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此 項技術的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實 用新型的保護范圍。凡才艮據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都 應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1、一種高壓高溫蒸汽氮氣二氧化碳發(fā)生器，在殼體內(nèi)沿軸向設置耐火襯套[23]、內(nèi)圈[30]、消音變流器[31]依次構成一個前段的燃燒室[16]、中段的汽化室[17]和后段的消音變流室[18]，燃燒室[16]尾部與汽化室[17]頭部相通，汽化室[17]尾部通過變流孔[19]與消音變流室[18]相通，消音變流室[18]與發(fā)生器尾部的噴汽口[29]相通；燃燒室[16]頭部設有油槍[2]、空氣噴孔[8]和火花塞[3]作用于燃燒室[16]，其中，油槍[2]位于燃燒室[16]頭部中央的軸線方向上，油槍[2]的噴嘴處設有霧化器，空氣噴孔[8]環(huán)繞軸線呈錐形分布，其射流方向與燃油噴射方向在前方交叉匯集，形成油氣分離式噴射二次霧化結構；汽化室[17]內(nèi)壁上設有一組汽化水噴孔[27]；其特征在于耐火襯套[23]與殼體之間從內(nèi)到外依次設有防裂套[22]、保溫層[21]、吸熱水套[20]，該吸熱水套[20]的出口與一組汽化水噴孔[27]連通；燃燒室[16]尾部與汽化室[17]頭部設有耐磨噴嘴[25]，耐磨噴嘴[25]上設置變徑回流噴射孔[24]連通燃燒室[16]與汽化室[17]。
2、 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于所述火花塞[3與火花塞 安裝孔之間設置環(huán)形間隙，環(huán)形間隙朝燃燒室161開放，空氣噴孔8的供氣通 道設有分路與該環(huán)形間隙連通，以此形成火花塞風冷保護結構。
3、 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于所述燃燒室[161頭部迎火 面壁內(nèi)設有吸熱水腔問，該吸熱水腔問的進口與冷卻水供給端連接，出口與 燃燒室161壁間的吸熱水套201進口連接。
4、 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于所述一組汽化水噴孔[27
經(jīng)控制閥門另接一增補水進口 [101。
5、 根據(jù)權利要求l所述的發(fā)生器，其特征在于所述吸熱水套20由套體 外緣周向所設的螺旋型水槽與殼體內(nèi)壁配合形成。
6、 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于所述消音變流器31為一 罩體結構，軍體上設有若千變流孔[191,變流孔[19沿罩體外側切向傾斜布置。
7、 4艮據(jù)權利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于所述消音變流室[18!對應 的殼體上設置保溫層[281。
專利摘要一種高壓高溫蒸汽氮氣二氧化碳發(fā)生器，在殼體內(nèi)沿軸向設置耐火襯套、內(nèi)圈、消音變流器依次構成一個前段的燃燒室、中段的汽化室和后段的消音變流室，燃燒室頭部設有油槍、空氣噴孔和火花塞作用于燃燒室，空氣射流方向與燃油噴射方向在前方交叉匯集形成二次霧化；汽化室內(nèi)壁上設有一組汽化水噴孔；其特征在于耐火襯套與殼體之間從內(nèi)到外依次設有防裂套、保溫層、吸熱水套，該吸熱水套的出口與一組汽化水噴孔連通；燃燒室尾部與汽化室頭部設有耐磨噴嘴，耐磨噴嘴上設置變徑回流噴射孔連通燃燒室與汽化室。本方案系針對同類產(chǎn)品缺點而改進的第三代產(chǎn)品，利用高壓柴油、空氣通過燃燒，并與水熱交換產(chǎn)生高壓高溫復合熱載體，直接注入油層用于熱力開采中質(zhì)稠油、特稠油、高凝油和高粘稀油等油藏。
文檔編號E21B43/16GK201053311SQ20072003999
公開日2008年4月30日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權日2007年6月8日
發(fā)明者楊文俊 申請人:楊文俊