[发明专利]一种超临界水热燃烧型多元热流体发生装置

说明书

一种超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，包括轴向相接的上部端盖和下部端盖，上部端盖设置有轴向的中心筒，在中心筒内设置有轴向的高能加热棒，高能加热棒的加热方式为全长度加热，从而在筒内形成预热室，上部端盖底端中央为锥形空缺，中心筒向下伸入该锥形空缺内，且与该锥形空缺仅以中心筒侧面的喷口相通，上部端盖上有氧化剂入口、一级燃料入口和二级燃料入口；下部端盖内部分为上方的燃烧室和下方的混合室，燃烧室和混合室之间以带出口孔群的分隔部件隔开。本发明可实现燃料分级预热，分级燃烧的热自燃着火，同时通过双螺旋水冷壁来控制装置承压壁温度，从而保证了装置安全，可以用于超临界水热燃烧技术研究以及现场油田开采。

技术领域

本发明属于超临界水热燃烧技术领域，特别涉及一种超临界水热燃烧型多 元热流体发生装置。

背景技术

对于稠油开采技术，目前油田主要使用地面注汽锅炉产生蒸汽，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)。但是，以上几种 方式存在的主要问题为：(1)热损失较大。地面蒸汽发生器的排烟热损失大约 为20％，地面输气管线的热损失大约为15％。(2)油藏深度有限。除蒸汽吞吐 的应用深度能够达到1800米之外，采收率较高的蒸汽驱和SAGD技术的应用深 度都在1200米之内。(3)地面蒸汽发生器占地面积较大。不能满足空间受限 的海上石油开采平台，从而限制了海上稠油的开采。(4)原料成本高，需要采用新型高效蒸汽发生装置来减少成本、提高效率，同时以原油为燃料的超临界 水热燃烧技术及反应器未见涉及。

超临界水热燃烧(supercritical hydrothermal combustion,SCHC)是指燃料与氧化剂在超临界水环境中发生剧烈氧化反应，同时产生水热火焰的一种新型燃 烧方式。超临界水热燃烧技术的优点有：(1)处理彻底，无需后续处理。(2) 不会产生热力学氮氧化物等二次污染物。(3)水热火焰温度较高，有机污染物 完全降解所需停留时间大大减少，反应器的体积减小，反应器耗材减少。

相比于现有的稠油热采技术，超临界水热燃烧型多元热流体发生装置的优 势还在于：(1)多元热流体发生装置的燃烧更加稳定、高效、清洁，发生器的 结构更加紧凑、成本更低。(2)超临界水热燃烧蒸汽气体发生器能够产生更高 压力、温度的多元热流体，所以更适合用于稠油的开采。

然而，目前大多数水热燃烧装置均采用一次预热的热自燃着火方式，即全 部燃料和氧化剂在反应器外直接被加热至着火温度。这种预热方式增大了无机 盐于管道中析出，反应系统堵塞的可能性，不利于水热燃烧的安全进行。

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超临界水热燃 烧型多元热流体发生装置，可实现燃料分级预热，分级燃烧的热自燃着火，冷 壁水通过双螺旋通道自下而上冷却降温保护燃烧室。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，避免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：

一种超临界水热燃烧型多元热流体发生装置，包括轴向相接的上部端盖和 下部端盖，其中：

所述上部端盖设置有轴向的中心筒，在中心筒内设置有轴向的高能加热棒， 高能加热棒的加热方式为全长度加热且与中心筒等长，从而在筒内形成预热室， 所述上部端盖底端中央为锥形空缺，中心筒向下伸入该锥形空缺内，且与该锥 形空缺仅以中心筒侧面的喷口相通，所述上部端盖上有氧化剂入口、一级燃料 入口和二级燃料入口，其中，一级燃料入口连通中心筒的顶端，氧化剂入口连 通锥形空缺的顶端，二级燃料入口连通锥形空缺的锥面；

所述下部端盖内部分为上方的燃烧室和下方的混合室，燃烧室和混合室之 间以带出口孔群的分隔部件隔开，所述燃烧室的顶面与所述锥形空缺底面共面， 且无阻隔；所述混合室连通有掺混水入口。

优选地，所述中心筒的底端与锥形空缺底面共面。