[实用新型]一种井内油页岩层燃烧加热系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种井内油页岩层燃烧加热系统，具体为一种井内燃烧加热器。

背景技术

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，主要分为传导加热（电加热、燃烧加热）、流体对流加热和辐射加热。

目前采取电加热方式的技术最典型的就是壳牌公司的ICP技术，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油气产物，然后运用传统的采油方法将这些油气产物抽至地面。此项技术能够在表面较小的地面上生成较多原油和天然气。

采取原位燃烧加热技术的主要有：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。

采用流体对流加热方式的原位转化技术有太原理工大学的对流加热技术，其利用高温烃类气体对油页岩层进行加热，该技术需要先对岩层进行压裂，然后将烃类气体加热到400~700℃后注入到油页岩矿层，通过对流换热方式对油页岩层加热。热解产生油气后，进行采集，将其中一部分烃类气体继续通入储罐，升温加压后重复对岩层加热。同样，雪弗龙的Crush技术也采取了流体对流加热方式，该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。

采取辐射加热方式的技术主要有：美国伊利诺理工大学和劳伦斯利物莫国家实验室提出并开发的LLNL射频技术，采用改进的无线射频加热方式对对油页岩进行加热，具有穿透力强，容易控制，缩短了热扩散的时间；雷神公司的RF/CF 技术，是另一项利用射频技术加热、超临界流体作载体，对油页岩层进行加热的技术。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。

这些原位加热技术免去了将油页岩从地下开采到地面上这一过程，但仍存在热量利用率低，加热效率地下以及成本高、安装操作不便等一系列问题，诸多技术现仍处于试验阶段无法具体在施工中实现。因此需要一种加热效率高、易于控制的加热方法，以解决目前油页岩原位转化技术难以实现的难题。

本实用新型中的加热器集成多种加热功能，所采用的加热器可以作为加热体对地下油页岩层直接进行加热，也可在井下加热外加的流体介质再对地下油页岩层进行渗透传热传质。可实现对地层进行热气体开采、过热蒸汽开采、近/超临界流体开采。本实用新型所采用的加热方法主要用于对油页岩储层中的有机质进行原位转化与开采。该加热方法利用清洁的燃料，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，最大限度地增加烃回收的效率。本实用新型也可用于重油、油砂、可燃冰等资源的开采。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种井内油页岩层燃烧加热系统。本实用新型能实现50-800℃的加热范围。

本实用新型包括地面监测与控制系统、井内燃烧与尾气逆流换热系统、外加流体注入管和外部套管；

井内燃烧与尾气逆流换热系统包括燃烧器、尾气逆流换热套管组件、集水与抽水系统；燃烧器包括点火器、火焰探测电极、燃料与空气/氧气套管、燃烧器喷嘴和混合燃烧腔；尾气逆流换热套管组件包括有尾气回流换热套管、下孔板、上孔板、湍流换热装置和尾气回收管，湍流换热装置包括有多孔介质填充物、静态混合器、换热盘管、催化床；集水与抽水系统包括有水槽的集水器、抽水管以及地面的抽水泵；

井内燃烧加热系统可以作为加热体对井下地层进行直接加热，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，可实现对地层进行热气体开采、过热蒸汽开采、近/超临界流体开采。本实用新型可用于油页岩层储层中的有机质进行原位转化与开采。

井内燃烧与尾气逆流换热系统集成了燃料的燃烧加热、高温尾气热量回收与利用、尾气中的水的地表排放等多种功用。

燃烧器的点火器与火焰探测电极用以点燃混合燃烧腔内的燃料与空气/氧气混合物，点火器与火焰探测电极安置在混合燃烧腔内靠近燃烧器喷嘴的指定位置，点火器与火焰探测电极的电源接至地面监测与控制系统，便于控制。