[发明专利]一种井内油页岩层燃烧加热系统

摘要

本发明公开一种井内油页岩层燃烧加热系统，本发明能实现50‑800℃的加热范围。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。本发明运行时，燃料经过燃烧器套管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。本发明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。本发明可用于油页岩储层中的有机质进行原位转化与开采。

主权项

一种井内油页岩层燃烧加热系统，其特征在于：包括地面监测与控制系统(1)、井内燃烧与尾气逆流换热系统(2)、外加流体注入管(6)和外部套管(7)；井内燃烧与尾气逆流换热系统(2)包括燃烧器(3)、尾气逆流换热套管组件(4)、集水与抽水系统(5)；燃烧器(3)包括点火器(18)、火焰探测电极(19)、燃料与空气/氧气套管(25)、燃烧器喷嘴(28)和混合燃烧腔(29)；尾气逆流换热套管组件(4)包括有尾气回流换热套管(31)、下孔板（32）、上孔板（33）、湍流换热装置(30)和尾气回收管(16)，湍流换热装置(30)包括有多孔介质填充物(34)、静态混合器(36)、换热盘管(39)、催化床(35)；集水与抽水系统(5)包括含水槽的集水器(26)、抽水管(15)以及地面的抽水泵(13)；燃烧器(3)的点火器(18)与火焰探测电极(19)用以点燃混合燃烧腔(29)内的燃料与空气/氧气混合物，点火器(18)与火焰探测电极(19)安置在混合燃烧腔(29)内靠近燃烧器喷嘴(28)的指定位置，点火器(18)与火焰探测电极(19)的电源接至地面监测与控制系统(1)；燃烧器(3)的燃料与空气/氧气套管(25)由双管内外同轴安装在导流器(27)上组合而成；内管中空气/氧气穿过内管及导流器(27)壳体内部通入混合燃烧腔(29)；外管中燃料穿过外管及导流器(27)壳体上孔道通入混合燃烧腔(29)；燃料与空气/氧气套管(25)双管同轴组合对应连接在燃料与空气/氧气套管(25)顶端；导流器(27)用以同轴定位安装燃料与空气/氧气套管(25)，导流器(27)壳体内的通道用以将来自内管的空气/氧气通入混合燃烧腔(29)，用来增加空气/氧气轴向流速，提高对燃料的引射作用，导流器(27) 壳体上的孔道用以将来自外管的燃料通入燃烧器喷嘴(28)；燃烧器喷嘴(28)为旋流设计，燃烧器喷嘴(28)同轴安装在燃料与空气/氧气套管(25)的外部、燃料与空气/氧气套管(25)的导流器(27)的顶部；混合燃烧腔(29)为分布在燃烧器喷嘴(28)的顶部空间，为燃料与空气/氧气良好混合及平稳燃烧提供空间；温度传感器(17)安装在混合燃烧腔(29)内的指定位置，温度传感器(17)用以将数据提供给地面监测与控制系统(1)；燃烧器(3)所采用的燃料与空气/氧气经过燃料与空气/氧气套管(25)通入到密封的混合燃烧腔(29)内，经混合后燃烧，不与井下的地层环境直接接触；高温尾气通过尾气逆流换热套管组件(4)时将燃烧器(3)产生的热量传递给湍流换热装置(30)，再由湍流换热装置(30)将热量传递给尾气回流换热套管(31)外部的流体或直接传递给外界地层环境；同时，经尾气回收管(16)将气水分离后的尾气回收排放到地表，防止污染；湍流换热装置(30)选用多孔介质填充物(34)、静态混合器(36)、换热盘管(39)中的一种或多种组合；多孔介质填充物(34)填充在燃烧器喷嘴(28)顶部的混合燃烧腔(29)内；静态混合器(36)是由流体管(38)和螺旋片(37)构成，流体管(38)内放置螺旋片(37)，相邻单元双孔道的方位错位90°，单元之间设有流体再分配室；利用固定在管内的螺旋片(37)造成管内流体湍流状态，使流体良好分散；静态混合器(36)以管束形式分布在燃烧器喷嘴(28)顶部的混合 燃烧腔(29)内的指定位置，为尾气提供渗流空间；换热盘管(39)是管壳式换热器的一种，主要由内部换热管、换热器管壁和上下端口组件组成，换热盘管(39)通过上下端口组件安装固定在燃烧器喷嘴(28)顶部的混合燃烧腔(29)内，为尾气提供渗流空间，增加尾气回流时的换热面积，提高换热效率并吸收燃烧产生的高温尾气的热量；尾气回流换热套管(31)安装在燃烧器(3)外部，顶部连接尾气回收管(16)，用以将燃烧器(3)、尾气逆流换热套管组件(4)、集水与抽水系统(5)中的各个部件套装在其内部，使三组系统安装组成一个整体；气水分离后的尾气经尾气回收管(16)回收排放到地表；集水与抽水系统(5)是由含水槽的集水器(26)、抽水管(15)以及地面的抽水泵(13)组成，用以收集尾气中的水蒸气并排到地表；含水槽的集水器(26)，通过其内表面自然冷却吸收尾气中的大量水蒸气；集水器(26)外表面将尾气在尾气回收管(16)排放过程中冷却回落的水汇聚到水槽中；集水器(26)的水槽贮水空间大，足够收集燃料燃烧后生成尾气中的水；当水槽内水量达到预定量时，水槽内电磁阀自动开启，地面的抽水泵(13)将水槽中的水抽出；集水与抽水系统(5)放置在下孔板(32)顶部，在集水与抽水系统(5)顶部安装上孔板(33)，采用法兰连接将含水槽的集水器(26)安装在尾气逆流换热套管组件(4)内部偏上的位置，且预先在下孔板（32）和上孔板（33）位置上安置催化床；由地面的抽水泵(13)将水槽中的水抽出；最后以尾气回流换热套管(31)将燃烧器(3)、尾气逆流换热套管组件(4)、集水与抽水系统(5)中的各个部件套装在其内部；在尾气回流换热套管(31)顶部连接尾气回收管(16)；组成井内燃烧与尾气逆流换热系统(2)；外加流体注入管(6)穿过封隔器(22)通入流体到尾气回流换热套管(31)与外部套管(7)的间隙，加热后的流体由冲缝筛管(23)的孔隙通入目标岩层；井内燃烧与尾气逆流换热系统(2)下入到外部套管(7)内指定位置并由扶正器(21)和封隔器(22)保直固定；井内燃烧与尾气逆流换热系统(2)内部的点火器(18)、火焰探测电极(9)、温度传感器(17)和电控阀门通过布置在尾气回收管(16)内、燃料与空气/氧气套管(25)外的信号线，与地面监测与控制系统(1)对应连接，井内燃烧与尾气逆流换热系统(2)能够相对于外部套管(7)而独立运动；外部套管(7)下入井内，外部套管(7)的位置在井内燃烧与尾气逆流换热系统(2)的外部，外部套管(7)的作用是为井内燃烧与尾气逆流换热系统(2)稳固安装提供空间，为加热流体提供通道；当采用在井下对外加流体进行加热时，需在外部套管(7)底部安装有冲缝筛管(23)，在冲缝筛管(23)内部设置温度传感器(24)；地面监测与控制系统(1)采用信号线与点火器(18)、火焰探测电极(9)、燃烧器(3)内部设置的温度传感器(17)、冲缝筛管(23)内部设置的温度传感器(24)以及电控阀门与流量计(11)对应连接，并将信号线布置在尾气回收管(16)内、燃料与空气/氧气套管(25)外。