一种燃烧重油的混合气体注气装置 技术领域 ：
本发明提供一种适合于提高石油采收率的燃烧重油的混合气体注气装置。 背景技术 ：
现有石油热采气体一般是利用蒸汽锅炉产生蒸汽注入井下， 这种方式设备庞大、 能耗高、 效率低、 排放污染大。已有的混合气体注气装置都是以燃烧柴油为燃料， 由于都是 使用柴油作为燃料油， 燃料成本过高， 难于大规模应用于低产油田。
随着石油大规模开采， 常规石油资源越来越少， 提高现有油田采收率和开发稠油、 重油等低品位油田的呼声十分强烈， 急需一种高效率、 低运营成本提高原油采收率并能开 采稠油的混合气体注气技术和装置， 特别急需一种适合使用重油和直接燃烧原油的混合气 体发生器来替代目前的蒸汽锅炉和使用柴油作为燃料油的各种气体发生器。 发明内容 ：
本发明提供一种燃烧重油的混合气体注气装置， 用于提高石油采收率和开发稠 油、 重油等低品位油田。
本装置由混合气体发生器、 中央控制器、 以及由中央控制器直接控制的轻柴油和 重油转换系统、 空气压缩机、 水泵、 气体分析系统和保护系统组成。
轻柴油和重油转换系统组成如下 ： 重油储罐依次通过管路连接分油机、 重油箱、 电 磁阀门、 重油过滤器、 重油输送泵、 加热设备、 重油乳化机和高压喷油泵， 高压喷油泵直接连 接混合气体发生器 ； 乳化水箱通过管路依次连接电磁阀门、 乳化水过滤器和单向阀并通过 管路连接到重油输送泵和加热设备之间的管路 ； 轻柴油箱通过管路依次连接轻柴油过滤 器、 轻柴油输送泵和电磁阀并通过管路连接到重油乳化机和高压喷油泵之间。
混合气体发生器， 包括气缸体、 点火器， 气缸体上端封闭的上盖设置有喷油嘴、 压 缩空气进口和点火器， 喷油嘴外接高压油泵， 气缸体由上部的燃烧室和下部的掺混汽化室 组成， 燃烧室底部的内套上设置汽化喷水孔。 燃烧室内外套之间设置有冷却水腔， 冷却水腔 设置进出口 ； 掺混汽化室下端为混合气体注气喷口。
中央控制器控制的水泵为高压水泵， 高压水泵与汽化喷水孔连接。
燃 烧 室 与 掺 混 汽 化 室 采 用 一 体 式 或 采 用 螺 栓 连 接 的 方 式， 燃烧室直径为 100-300mm， 掺混汽化室直径为 80-200mm。
本发明混合气体发生器采用船用柴油机气缸燃烧原理并借鉴其结构方式， 取消活 塞， 变为连续燃烧方式， 连续产生混合气体注入油井。
混合气体注气装置采用高压喷油泵， 使燃料供给压力比空气供给压力高出 2-10 倍， 以使燃料在井压变化较大时仍能雾化状态良好并充分燃烧， 以确保注入井下的气体为 最佳参数。
本装置可以燃烧重油、 渣油、 原油、 油页岩油、 煤焦油或其它低质重油燃料， 部分冷 却水与燃烧后的高温气体混合并汽化， 经气体分析系统检测后注入油井。混合气体注气装置按照气体分析系统的分析结果， 通过中央控制器调整空气压缩 机、 高压喷油泵、 分油机、 重油乳化机、 加热设备、 电磁阀门。确保本装置正常工作和注入井 下的气体为最佳参数。
中央控制器控制的分油机可以把各种低质重油、 原油中的水和杂质分离出去， 保 证燃油达到可靠燃烧的要求。
中央控制器控制的重油乳化机可以把各种低质重油、 原油与一定量的水进行混合 切割成乳化燃料油。燃料油经过乳化后， 乳化燃料油燃烧过程的物理作用即所谓 “微爆” 作 用。 油包水型分子基团， 油是连续相， 水是分散相， 由于油的沸点比水高， 受热后水总是先达 到沸点而蒸发或沸腾， 当油滴中的压力超过油的表面张力及环境压力之和时， 水蒸气将冲 破油膜的阻力使油滴发生爆炸， 形成更细小的油滴， 这就是所说的微爆或称二次雾化。 爆炸 后的细小油滴与空气更加充分混合， 结果是使乳化燃料油燃烧的更完全， 使本混合气体注 气装置达到更加节能之效果。学作用即水煤气反应。在高温条件下， 部分水分子与未完全 燃烧的炽热的炭粒发生水煤气反应， 形成可燃性气体， 减少了火焰中的炭粒， 提高了油的燃 烧程度， 改善了燃烧状况， 提高了油的燃烧效率。在缺氧条件下， 燃料中由于高温裂解产生 的碳粒子， 能与水蒸气反应生成 CO 和 H2， 使碳粒子能充分燃烧， 提高了燃烧率， 降低了排烟 中的烟尘含量， 另一方面， 由于乳化水的蒸发作用， 均衡了燃烧时的温度场， 从而抑制了 NOx 的形成。通过上述的微爆及水煤气反应， 乳化油燃料可获得减轻污染和节约能源的双重效 果。 通过燃油与水的乳化， 还可以降低燃油的粘稠度， 有利于雾化燃烧， 在保证可靠燃 烧的前提下进一步降低燃料成本。
中央控制器控制的轻柴油和重油转换系统具有加热、 过滤和调配设备， 可以把较 粘稠的重油或原油加温、 过滤、 调整到可由高压喷油泵送出并能适用喷油嘴良好雾化喷油 的状态， 使本装置可适应多种重油和直接燃烧原油， 降低其运行成本。
混合气体注气装置所使用的喷油嘴为船用柴油机的喷油嘴， 作为柴油机的标准配 件其价格低、 可靠性高， 喷油嘴安装在混合气体发生器端盖的中央部位， 确保进入燃烧室的 燃油都是雾化好的。
中央控制器控制的轻柴油与重油的转换是在混合气体注气装置冷启动和停车前 使用的， 冷启动时使用轻柴油， 流动性和可燃性好， 装置的各系统达到正常工作状态后， 转 换系统把燃油转换为重油 ； 在混合气体注气装置停车前转换系统再把燃油转换为轻柴油， 用轻柴油冲洗泵、 管、 阀门等部位， 以便下次容易启动。
有益效果 ：
本发明提供的混合气体注气装置与现有石油热采注气蒸汽锅炉相比， 注入井下的 气体不只是单一的水蒸气， 而是 350℃左右的氮气、 水蒸气和二氧化碳的混合气体， 使用不 同燃料时其气体成分比例有所变化， 其比例约为 ： 氮气 50％ -55％、 水蒸气 30％ -40％、 二氧 化碳 10％ -15％。 由于氮气在常温下仍然是气体， 对井下油藏的驱动作用很强 ； 水蒸气可以 带给油层较大热能， 增加油的流动性 ； 二氧化碳本身是采油的良好降粘注剂， 在一定压力下 可与井下的石油混相， 从而提高采收率。本发明提供的混合气体注气注气装置与现有石油 热采注气蒸汽锅炉相比有明显的优势， 可节约投资 50％， 可节能 50％左右， 可提高原油采 收率 50％左右。与现有燃烧柴油的混合气体注气装置相比， 可节约运行成本 50％以上。
本装置主要用于石油热采注气， 也可以用于稠油、 重油和油砂的开采。 由于本装置 可以燃烧柴油、 多种重油和直接燃烧原油， 运行成本低、 燃料来源方便。装置在石油热采中 有很好的应有前景， 特别是应用于对体积、 重量有严格要求地方。
本发明提供的混合气体注气装置体积小、 重量轻、 成本低、 投资省， 结构简单， 可靠 性高， 机动灵活， 可以撬装或车载， 特别适合对体积和重量有严格限制的地方。 附图说明 ：
图 1 混合气体注气装置示意图
图 2 是图 1 中的混合气体发生器 1 的结构示意图。
具体实施方式， 结合图 1-2 进行说明。
例1 ： 混合气体发生器说明 ： 混合气体发生器， 包括气缸体 1、 喷油嘴 2、 压缩空气入 口 4、 冷却水入口 5、 冷却水出口 6、 点火器 3、 冷却水空间 9、 气缸内套 7、 气缸外套 8、 燃烧室 10、 掺混汽化室 12、 汽化喷水孔 11、 混合气体喷口 13。
本混合气体发生器喷油嘴出口直径为 0.5mm， 汽化喷水孔直径为 0.6mm。燃烧室与 掺混汽化室的长度比例为 4 ∶ 1， 燃烧室直径为 180mm， 掺混汽化室直径为 100mm。 喷油嘴为 船用柴油机喷油嘴。
工作时中央控制器 18 控制分油机 24、 重油乳化机 30、 加热设备 29 等全部开始工 作， 燃油从喷油嘴 2 进入， 启动空气压缩机 14， 压缩空气经压缩空气入口 4。 打开阀门 34， 关 闭阀门 26， 点火器 3 点火工作， 使装置燃烧轻柴油。当装置及其各系统都正常工作后， 中央 控制器 18 控制打开阀门 26， 关闭阀门 34， 装置燃烧重油或原油。采用高压喷油泵， 使燃料 供给压力比空气供给压力高出 2-10 倍， 以使燃料在井压变化较大时仍能雾化状态良好并 由点火器 3 点燃后在燃烧室 10 内充分燃烧 ； 以确保注入井下的气体为最佳参数。燃料在燃 烧室 10 内充分燃烧， 其燃烧产生氮气、 二氧化碳混合气体。冷却水经入口 5 流经气缸内外 套之间的冷却空间， 从冷却水出口 6 流回储水箱。中央控制器 18 控制高压水泵 15， 通过汽 化喷水孔 11 进入汽化掺混室 12， 水与高温混合气体相遇后， 给高温混合气体降温， 同时水 吸热汽化， 在汽化掺混室内形成 350℃左右的氮气、 二氧化碳和水蒸汽组成的混合气体， 其 温度可以按混合气体工艺要求调整， 调整为最适合热采注气要求温度的混合气体经喷口 13 注入井口。 气体分析系统 16 将混合气体的成分信息送给中央控制器 18， 通过调整燃料供给 量和空气供给量来保证混合气体的组分状态， 通过调整进入掺混室的水量来调整注入井口 的混合气体温度， 以保证注入的混合气体符合热采注气工艺要求， 实现提高石油采收率。 上 述过程均通过中央控制器反馈控制点火器控制系统、 空气压缩机、 分油机、 重油乳化机、 加 热设备、 阀门、 高压喷油油泵、 原油处理系统、 气体分析系统、 冷却系统、 掺混系统来实现。 如 果出现意外情况， 保护系统 17 将切断燃料共给并发出报警信号。
例2 ： 装置包括重油储罐 23、 分油机 24、 重油箱 25、 重油乳化机 30、 乳化水箱 33、 加 热设备 29、 重油过滤器 27、 乳化水过滤器 35、 轻柴油过滤器 20、 轻柴油输送泵 21、 重油输送 泵 28、 乳化水输送泵 36， 背压阀 31、 单向阀 37、 高压喷油泵 32、 由中央控制器 18 控制的电磁 阀门 22、 26、 34。
开始工作时， 中央控制器 18 控制电磁阀门 22 打开， 电磁阀门 26、 34 关闭， 轻柴油 输送泵 21 工作， 向混合气体发生器供轻柴油， 此时重油输送泵 28、 乳化水输送泵 36 不工作，分油机 24 工作。当混合气体发生器工作正常后， 中央控制器 18 控制电磁阀门 26 打开， 电 磁阀门 22 关闭， 重油输送泵 28、 乳化水输送泵 36 工作， 单向阀 37 打开， 经过重油乳化机处 理通过高压喷油泵向混合气体发生器供给乳化好的重油， 此时轻柴油输送泵 21 不工作。当 混合气体注气装置准备停车时， 提前五分钟进入停车准备， 中央控制器 18 控制电磁阀门 22 打开， 电磁阀门 26、 34 关闭， 轻柴油输送泵 21 工作， 向混合气体发生器供轻柴油， 同时清洗 有关泵、 管、 阀等部位， 为下一次开车做好准备。此时重油输送泵 28、 乳化水输送泵 36 不工 作， 分油机 24 停止工作， 加热设备停止加热。