一種井內(nèi)蓄熱式燃燒加熱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種井內(nèi)蓄熱式燃燒加熱裝置，具體為一種井內(nèi)蓄熱式燃燒加熱目標 巖層或外加流體的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 油氣資源可分為常規(guī)資源、非常規(guī)資源兩種基本類型，常規(guī)-非常規(guī)油氣"有序聚 集、空間共生"。21世紀，在新理論與新技術(shù)創(chuàng)新推動下，全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)不斷獲 得重大突破，其中，油頁巖、天然氣水合物等成為非常規(guī)油氣發(fā)展的重點領(lǐng)域。
[0003] 對于油頁巖儲層中的有機質(zhì)進行原位轉(zhuǎn)化與開采，又被稱為地下干餾工藝，即直 接對地下的油頁巖進行干餾，從而使油氣通過生產(chǎn)井直接從地下導(dǎo)出至地面上。根據(jù)加熱 方式不同，可分為傳導(dǎo)加熱（電加熱、燃燒加熱)、流體對流加熱和輻射加熱： 殼牌公司的ICP技術(shù)采取電加熱方式。這項技術(shù)采用垂直鉆井法，將電加熱器經(jīng)鉆孔 放置到油頁巖礦層內(nèi)，利用熱傳導(dǎo)作用加熱油頁巖層，將油頁巖中的干酪根轉(zhuǎn)化為高品質(zhì) 的燃料，然后再從生產(chǎn)井將油氣運用傳統(tǒng)的采油方法將其抽汲到地面。
[0004] 采取原位燃燒加熱技術(shù)的有：美國?？松梨谔岢霾捎米⑷霟N類物質(zhì)作為循環(huán)流 體的地下加熱方式；通用電氣公司提出利用燃料和氧氣燃燒器加熱導(dǎo)管和空氣在地下燃燒 器的加熱方式。
[0005] 雪弗龍的Crush技術(shù)采取流體對流加熱方式，這種技術(shù)首先需要對頁巖層行爆破 壓裂，利用高溫CO2對油頁巖層進行加熱，并將油氣等產(chǎn)物通過垂直井導(dǎo)出。
[0006] 美國雷神公司的RF/CF技術(shù)采取輻射加熱方式，首先在油頁巖巖層中布置射頻發(fā) 射裝置，對油頁巖進行加熱，然后將超臨界CO2注入到開采巖層中，油頁巖熱解生成的氣體 被驅(qū)散至采油井。在地面將〇) 2氣體分離繼續(xù)注回井中，同時將油頁巖熱解產(chǎn)生油和氣體 提取出來。
[0007] 油頁巖原位加熱技術(shù)的優(yōu)點是省略了將油頁巖從地下開采到地面上的這一過程； 缺點是加熱速率低，對熱量的利用率低，對設(shè)備性能要求高，成本高，且一些技術(shù)現(xiàn)處于試 驗階段無法具體在施工中實現(xiàn)。因此需要一種易于控制的加熱方法，能突破商業(yè)性開發(fā)利 用的瓶頸。
[0008] 本發(fā)明所采用的燃燒加熱裝置可以作為加熱體對井下目標地層直接進行加熱，也 可在井下加熱外加的流體介質(zhì)再對地層進行滲透傳熱傳質(zhì)，即可對地層進行熱氣體開采、 過熱蒸汽開采、近/超臨界流體開采。本發(fā)明所采用的燃燒加熱裝置利用清潔的燃料，能夠 實現(xiàn)將相當(dāng)大的熱量從該裝置受控制地傳送至儲層中，在密封的燃燒腔體內(nèi)燃燒，不與井 下的外界地層環(huán)境直接接觸，不污染環(huán)境，提高了加熱速率及對熱量的利用率。本發(fā)明也可 用于重油、油砂、可燃冰等資源的開采。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種井內(nèi)蓄熱式燃燒加熱裝置。
[0010] 本發(fā)明包括燃燒加熱器、集水與抽水系統(tǒng)、外加流體注入管、外部套管和地面監(jiān)測 控制系統(tǒng)； 燃燒加熱器包括燃燒加熱器殼體、燒嘴芯、燃料與空氣輸送管、換熱器、輻射管、燃燒 腔、尾氣回收管和回流換熱介質(zhì)；燒嘴芯是由燒嘴芯殼體、燃料管、火焰盤、點火器與火焰探 測電極組成；集水與抽水系統(tǒng)包括含水槽的集水器與抽水泵； 燃燒加熱器殼體，其內(nèi)部用以定位安裝燒嘴芯，外部用以固定輻射管，可以將燒嘴芯、 換熱器、輻射管等部件組合成一個整體，集成供料燃燒、尾氣回流、交換熱量等多種功能，有 效地節(jié)省了部件對空間的需要，提高燃燒氧化率，降低燃料消耗。
[0011] 燃料管，一端安裝在燒嘴芯殼體底部，另一端連接到火焰盤底部，火焰盤固定在燒 嘴芯殼體內(nèi)的前端。
[0012] 燒嘴芯殼體用以安裝固定火焰盤、燃料管、點火器與火焰探測電極，為燃料與空氣 點燃提供空間。
[0013] 火焰盤安裝在燒嘴芯殼體內(nèi)的前端，火焰盤上接點火器與火焰探測電極，以在此 處點燃燃料與空氣混合物?；鹧姹P上設(shè)有大小各異的進氣孔保證燃燒時所需的空氣量，其 外側(cè)采取旋流葉片設(shè)計，使得空氣在進入燃燒腔時能產(chǎn)生較好的旋轉(zhuǎn)動量，使空氣在此與 燃料良好混合，有效地控制空氣/燃料氣混合速度，防止混合太快造成火焰過短，形成局部 高溫，或混合太慢造成火焰過長； 點火器用以點燃燃料與空氣混合物，安裝在火焰盤上。點火器主要包括供電電源、起 動、復(fù)位、故障、運行等節(jié)點及點火變壓器等設(shè)備，經(jīng)過四個接觸器即起動信號、燃料點火壓 力低信號、燃料點火壓力高信號和空氣壓力低信號連接到地面監(jiān)測控制系統(tǒng)。
[0014] 火焰探測電極安置在火焰盤上。當(dāng)燒嘴主火焰正常運行后，一直處于工作狀態(tài)，檢 測主火焰狀態(tài)，即火焰探測器檢測火焰反饋點。當(dāng)火焰探測器檢測到火焰正常后，輸出信號 到地面監(jiān)測控制系統(tǒng)。
[0015] 燃料與空氣輸送管為雙管同軸結(jié)構(gòu)。燃料與空氣輸送管的內(nèi)管通燃料，燃料與空 氣輸送管的內(nèi)管與燒嘴芯內(nèi)燃料管連接；燃料與空氣輸送管的外管通空氣，燃料與空氣輸 送管的外管安裝于燃燒加熱器殼體頂部并與燒嘴芯連通。燃料與空氣輸送管用以將燃料與 空氣送入到燒嘴芯內(nèi)并在火焰盤處混合點燃。
[0016] 換熱器同軸安裝在燒嘴芯前端、輻射管內(nèi)部。換熱器采取最佳化表面球狀設(shè)計，用 以獲得最高的換熱效率及最低的阻力。換熱器采取特殊的翅片設(shè)計，擴大換熱面積，提高換 熱效率。所用換熱器的材料可以是耐高溫陶瓷、耐高溫合金中的一種。
[0017] 輻射管同軸套在換熱器外部并采取法蘭連接安裝在燃燒加熱器殼體底部，用以引 導(dǎo)尾氣回流、吸收尾氣中的熱量并將熱量傳遞給相應(yīng)位置的回流換熱介質(zhì)。當(dāng)采用直接加 熱目標地層的方法時，輻射管直接用作加熱體加熱目標巖層；當(dāng)采用加熱由外加流體注入 管送來的流體間接加熱目標巖層的方法時，輻射管將熱量傳遞給外部的回流換熱介質(zhì)并回 流換熱介質(zhì)加熱外加流體。同時，尾氣在輻射管內(nèi)回流有效地防止了燃燒過程中產(chǎn)生的尾 氣對環(huán)境的污染。
[0018] 燃燒腔分布于火焰盤前端與換熱器之間，為平穩(wěn)燃燒提供空間。
[0019] 尾氣回收管同軸安裝在燃燒加熱器殼體頂部、燃料與空氣輸送管外部。由于燃燒 腔內(nèi)排煙阻力大，用以強制排煙，同時將尾氣余熱傳遞給燃料與空氣輸送管，預(yù)熱燃料與空 氣，提高能量利用率，且煙氣熱交換后溫度降低便于排放。
[0020] 回流換熱介質(zhì)選用多孔介質(zhì)填充物、靜態(tài)混合器、換熱盤管中的一種或多種，回流 換熱介質(zhì)填充在燒嘴芯殼體與輻射管、換熱器與輻射管、外部套管與輻射管的環(huán)狀間隙內(nèi)， 用以降低燃燒加熱器熱量損失、提高外加流體對燃燒加熱器產(chǎn)生熱量的使用率。多孔介質(zhì) 可以是泡沫金屬、泡沫陶瓷、金屬纖維等材料中的一種或多種組成。
[0021] 靜態(tài)混合器，以管束形式分布，管內(nèi)按照規(guī)律分布螺旋片。
[0022] 換熱盤管為3-5根依照徑向等間距、軸向同軸、整體螺旋分布。
[0023] 溫度傳感器安裝在燃燒腔內(nèi)，溫度傳感器與地面監(jiān)測控制系統(tǒng)連接；溫度傳感器 將數(shù)據(jù)提供給地面監(jiān)測控制系統(tǒng)。
[0024] 燃燒加熱器所采用的燃料與空氣，經(jīng)過燃料與空氣輸送管通入到密封的燃燒腔內(nèi) 按比例混合燃燒，不與井下的地層環(huán)境直接接觸。 所述的燃料可以是甲烷、天然氣、液化石油氣、煤氣、頁巖氣、汽油、柴油中的至少一種。
[0025] 集水與抽水系統(tǒng)是由含水槽的集水器和抽水泵組成，用以收集尾氣中的水蒸氣并 排到地表。含水槽的集水器同軸安裝在燃料與空氣輸送管外部、尾氣回收管內(nèi)部、燃燒加熱 器上端。集水器底部噴孔將尾氣引射進集水器外環(huán)空，引導(dǎo)尾氣進入氣水分離部件的入口， 在氣水分離部件內(nèi)壁產(chǎn)生高速螺旋氣流，利用離心力將冷凝水收集到回收頂板頂部并由其 將冷凝水引導(dǎo)到集水器底部的水槽。分離后的冷凝水到達一定量后，電控閥開啟抽水泵經(jīng) 集水器連接的抽水管將水抽出。分離后的尾氣，經(jīng)由集水器底部的徑向孔通入尾氣回收管， 經(jīng)由尾氣回收泵抽出。集水器本體是封閉結(jié)構(gòu)，沒有更換元件，無須維護，能夠有效地將燃 料燃燒后形成的尾氣中含有的大量水蒸氣，冷凝成液態(tài)水珠并匯聚到水