一种油页岩地下原位转化用真空螺旋管式氮气加热器 |
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| 申请号 | CN201510169588.8 | 申请日 | 2015-04-13 | 公开(公告)号 | CN104775801A | 公开(公告)日 | 2015-07-15 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 孙友宏; 马银龙; 张弛; 刘宝昌; 李强; 郭威; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 油 页岩 地下原位转化用 真空 螺旋管式氮气加热器，是由燃烧换热系统、真空保温系统、监测与控制系统和加热器 箱体 组成，在地面注入燃气、空气，并在井下控制其配比，燃烧换热系统对燃气和空气进行井下点燃，并将地面高压注入的常温氮气进行井内加热，利用真空保温系统减少加热器的热量损失，利用地面监测与控制系统实现井内 温度 、压 力 、流量和 空燃比 的实时监控和调整，产生的高温氮气在井底对 油页岩 层进行原位开采。本发明成本低，对环境污染小，资源利用效率高且废弃物少，工作效率高，降低了开采过程中的热量损失，采油率高，占地面积少，可开发深层、高厚度的油页岩资源。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种油页岩地下原位转化用真空螺旋管式氮气加热器，其特征在于：是由燃烧换热系统（1）、真空保温系统（2）、监测与控制系统（3）和加热器箱体（4）组成，燃烧换热系统（1）固定设置在加热器箱体（4）内，真空保温系统（2）固定设置在加热器箱体（4）的外壁与内壁之间，监测与控制系统（3）固定设置在加热器箱体（4）上； |
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| 说明书全文 | 一种油页岩地下原位转化用真空螺旋管式氮气加热器技术领域背景技术[0002] 油页岩干馏分为地上干馏和地下干馏两种，地上干馏技术由于工艺本身缺陷的问题，具有很多难以避免的缺点，例如:利用率低、高污染、规模小、成本高、干馏炉产生的废渣数量极大, 占用大量土地面积, 不易回收利用等。地下干馏也称为原位开采，是指埋藏于地下的油页岩不经开采, 直接在地下设法加热干馏, 产出的油气被导出到地面，冷凝获得页岩油及不凝气。 [0003] 原位开采技术按照油页岩层受热方式的不同, 可分为传导加热、对流加热、辐射加热三类技术，目前，广泛采用传导加热方式加热页岩层，主要有壳牌石油公司的地下转化工艺技术(ICP)、美孚石油公司的Electrof racTM 技术和IEP公司的GFC 技术。 [0004] ICP技术，电加热工艺复杂，故障多且难排除；加热元件功率小，耗电多，波及面积小，成本高，美孚石油公司的Electrof racTM 技术，排污差, 容易造成水污染，IEP 公司的GFC 技术，设备结构复杂，环境要求高，使用不广泛。 [0005] 太原理工大学的对流加热技术，需要大量的水，对环境破坏作用很大。 [0006] 采取辐射加热方式的技术主要是LLNL射频技术，加热速度缓慢。 发明内容[0007] 本发明的目的是要解决上述现有原位开采技术对油页岩加热高能耗、效率低、加热工艺复杂、加热设备结构复杂、设备昂贵等问题，而提供一种油页岩地下原位转化用真空螺旋管式氮气加热器。 [0008] 本发明是由燃烧换热系统、真空保温系统、监测与控制系统和加热器箱体组成，燃烧换热系统固定设置在加热器箱体内，真空保温系统固定设置在加热器箱体的外壁与内壁之间，监测与控制系统固定设置在加热器箱体上；燃烧换热系统包括燃烧设备和螺旋管组成，螺旋管绕设在燃烧设备的空气套管外部，燃烧设备包括燃气管、空气套管、导气烟气组合件、点火器、燃烧器喷嘴、烟室、第一单向阀和第二单向阀，燃气管固定设置在空气套管内，空气套管固定设置在导气烟气组合件上，第一单向阀固定设置在燃气管底端，第二单向阀固定设置在加热器箱体底端，点火器固定设置在燃烧器喷嘴顶部，扰流挡板固定设置在螺旋管内； 真空保温系统包括真空阀芯、螺钉、真空室和温度补偿器，真空阀芯、螺钉、真空室和温度补偿器固定设置在加热器箱体的外壁与内壁之间； 监测与控制系统包括监测系统和控制阀系统，监测系统包括温度计导线接口、测温支架、火焰探测器、空燃比传感器和数个第一压力表，温度计导线接口固定设置在螺旋管顶部、测温支架固定设置在大闷盖上，火焰探测器和空燃比传感器固定设置在风门板上，数个第一压力表固定设置在控制柜内； 控制阀系统包括燃气管控制阀和空气管控制阀，燃气管控制阀固定设置在燃气管管口处，空气管控制阀固定设置在空气套管管口处，燃气控制阀包具有第一通气球阀、第一止回阀、第一调压阀、第一压力开关、第一电磁阀和第一流量调节阀，空气管控制阀包括第二通气球阀、第二止回阀、第二调压阀、第二压力开关、第二电磁阀、第二流量调节阀和燃嘴阀。 [0009] 加热器箱体具有大闷盖和风门板。 [0010] 本发明的工作原理和过程：本发明工作时，开启燃气输送泵与空气压缩机，驱动空燃比传感器，通过燃气进气口b和空气进气口c通入燃气和空气，燃气和空气在烟室内以一定比例混合，当烟室内燃气和空气的量达到要求后，驱动点火器和火焰探测器，在烟室中点燃燃气和空气的混合物，燃烧后气体通过排烟出口a排出，空燃比传感器和火焰传感器实时检测燃烧程度，可以实时控制供气量及燃气和空气的配比，氮气通过氮气进气口e进入螺旋管内，燃气和空气燃烧产生的高温烟气将热量将以热对流方式传递给通过螺旋管的氮气，将氮气的温度及其变化通过导线经温度计导线接口传至地面，当氮气出口温度达到500 ℃以后，通过监测与控制系统，调节燃气和空气的送入流量，使氮气出口温度稳定在450 ℃~500 ℃，通过地面监测与控制系统，可以实时监测燃气管、空气套管内的压力值，产生的高温氮气通过氮气排出口d在井底对油页岩层进行原位开采。 [0012] 图1是本发明的剖视图。 [0013] 图2是本发明的控制系统原理图。 具体实施方式[0014] 请参阅图1所示，本发明是由燃烧换热系统1、真空保温系统2、监测与控制系统3和加热器箱体4组成，燃烧换热系统1固定设置在加热器箱体4内，真空保温系统2固定设置在加热器箱体4的外壁与内壁之间，监测与控制系统3固定设置在加热器箱体4上；燃烧换热系统1包括燃烧设备11和螺旋管12组成，螺旋管12绕设在燃烧设备11的空气套管112外部，燃烧设备11包括燃气管111、空气套管112、导气烟气组合件113、点火器114、燃烧器喷嘴115、烟室116、第一单向阀117和第二单向阀118，燃气管111固定设置在空气套管112内，空气套管112固定设置在导气烟气组合件113上，第一单向阀117固定设置在燃气管111底端，第二单向阀118固定设置在加热器箱体4底端，点火器114固定设置在燃烧器喷嘴115顶部，扰流挡板122固定设置在螺旋管12内； 真空保温系统2包括真空阀芯21、螺钉22、真空室23和温度补偿器24，真空阀芯21、螺钉22、真空室23和温度补偿器24固定设置在加热器箱体4的外壁与内壁之间； 监测与控制系统3包括监测系统31和控制阀系统32，监测系统31包括温度计导线接口311、测温支架312、火焰探测器313、空燃比传感器314和数个第一压力表315，温度计导线接口311固定设置在螺旋管12顶部、测温支架312固定设置在大闷盖41上，火焰探测器 313和空燃比传感器314固定设置在风门板42上，数个第一压力表315固定设置在控制柜内； 控制阀系统32包括燃气管控制阀321和空气管控制阀322，燃气管控制阀321固定设置在燃气管111管口处，空气管控制阀322固定设置在空气套管112管口处，燃气控制阀包具有第一通气球阀3211、第一止回阀3212、第一调压阀3213、第一压力开关3214、第一电磁阀3215、第一流量调节阀3216和过滤器3217，空气管控制阀322包括第二通气球阀3221、第二止回阀3222、第二调压阀3223、第二压力开关3224、第二电磁阀3225、第二流量调节阀 3226、过滤器3227和燃嘴阀3228。 [0015] 加热器箱体4具有大闷盖41和风门板42。 [0016] 本发明的工作原理和过程：图1和图2所示，本发明工作时，开启燃气输送泵与空气压缩机，驱动空燃比传感器 314，通过燃气进气口b和空气进气口c通入燃气和空气，燃气和空气在烟室116内以一定比例混合，当烟室116内燃气和空气的量达到要求后，驱动点火器114和火焰探测器313，在烟室116中点燃燃气和空气的混合物，燃烧后气体通过排烟出口a排出，空燃比传感器314和火焰传感器313实时检测燃烧程度，可以实时控制供气量及燃气和空气的配比，氮气通过氮气进气口e进入螺旋管12内，燃气和空气燃烧产生的高温烟气将热量将以热对流方式传递给通过螺旋管12的氮气，将氮气的温度及其变化通过导线经温度计导线接口311传至地面，当氮气出口温度达到500 ℃以后，通过监测与控制系统3，调节燃气和空气的送入流量，使氮气出口温度稳定在450 ℃~500 ℃，通过地面监测与控制系统3，可以实时监测燃气管111、空气套管112内的压力值，产生的高温氮气通过氮气排出口d在井底对油页岩层进行原位开采。 |
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