点火装置及油田开采方法与流程

本发明涉及油田开采领域，具体而言，涉及一种点火装置及油田开采方法。

背景技术：

新疆油田稠油生产规模大，大部分区块处于注蒸汽开发后期，开采难度增大，将火驱作为开发方式是一种行之有效的手段。火驱开采技术是通过加热地层使原油达到燃点，向油层内连续注入空气；然后采用原油中10～15％的重质组分作为燃料就地燃烧，通过燃烧产生的热量、气体、水蒸汽、气态烃等形成多种驱替作用将原油驱向生产井。与蒸汽驱相比，火驱适应油藏范围广，热利用率高，能耗和co2排放低，最终采收率高。

火驱开采取得成功的前提是注气点火井近井地带的油层被成功点燃，可见点火工艺是火驱的关键技术之一。目前，国内火驱点火方式主要有两种：电点火和化学点火。

电点火是通过向井内注入压缩空气，使压缩空气与井底电加热器进行热交换，然后将交换热带进油层，使油层升温，达到油层燃点后被点燃，点火过程便于控制。但是电点火法中注入的压缩空气不能与加热器充分接触，从而容易会造成空气吸热不均匀，甚至造成加热器温度过高而被烧坏的现象。同时，此工艺施工复杂，点火器的点火功率不能太高(60kw以下)，因而需配套大功率变压器。并且其最高耐热温度为500℃(风城稠油燃点为480℃以上)，应用时点火器将在极限状态工作，其可靠性不能保证。此外，由于动力电缆长度限制、线缆发热损失的影响，电点火工艺在800m以下的浅层稠油点火热效率较高，在深层稠油下点火热损失较大。

化学点火法是对利用放热的手段引燃油层，大多数采用缓慢氧化引燃或是有机类物质自燃点燃储层。化学点火在油层燃烧过程中难以控制，致使化学点火工艺不被广泛采用。化学点火的缺点是油层缓慢氧化所需时间长、点火效率低。同时化学药品价格昂贵、不易保存。此外化学药品配方中均含热氧化剂，在入井过程中存在安全风险等原因，致使化学点火工艺不被广泛采用。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种点火装置及油田开采方法，以解决现有的点火方法中加热器易损坏或者在油层燃烧过程中不易控制的问题。

为了实现上述目的，本发明一个方面提供了一种点火装置，点火装置包括：燃气管道、第一空气管道、放电点火针和燃烧室，燃气管道和第一空气管道分别与燃烧室相连通，放电点火针的一端设置于燃烧室内部。

进一步地，燃烧室还包括燃烧器，燃烧器设置有燃气喷嘴和空气喷嘴，燃气喷嘴与燃气管道相连通，空气喷嘴与第一空气管道相连通。

进一步地，燃气喷嘴与空气喷嘴的数量比为1：2～1：6。

进一步地，燃气喷嘴与空气喷嘴的数量比为1：2～1：4。

进一步地，以燃气喷嘴为中心，空气喷嘴均分布在燃气喷嘴周围。

进一步地，空气喷嘴包括：第一开口，设置于靠近第一空气管道，第二开口，设置于远离第一空气管道且位于燃烧室内部，第一开口的截面积大于第二开口的截面积。

进一步地，空气喷嘴为锥台形结构，空气喷嘴在其中轴线所在平面上的截面为第一截面，且第一截面为梯形，第一截面的两条侧壁之间的夹角为a，其中，60≤a≤150°。

进一步地，60≤a≤80°。

进一步地，第一空气管道套设在燃气管道的外部，且燃气管道与第一空气管道在进入燃烧室前彼此隔离。

进一步地，燃烧室设置有烟气出口，点火装置还包括第二空气管道，第二空气管道套设在燃烧室的外部，烟气出口与第二空气管道连通。

进一步地，燃烧室内部设置有稳焰装置，用于持续加热燃气喷嘴。

进一步地，点火装置还包括防喷管，防喷管分别与燃气管道、第一空气管道及第二空气管道相连通。

进一步地，点火装置还包括测温单元，测温单元在燃气管道内部延伸，且测温单元与放电点火针的另一端连接。

进一步地，测温单元包括燃气测温器、燃烧器入口测温器和燃烧器出口测温器。

本发明另一方面提供了一种油田开采方法，在油田开采方法中，使用上述点火装置进行点火。

进一步地，点火装置的燃气管道中通入的气体为可燃性气体或雾化态的可燃性液体。

进一步地，可燃性气体选自天然气、氢气或丙烷中的一种或多种，可燃性液体选自汽油、柴油或煤油中的一种或多种。

应用本发明的技术方案，燃气管道与第一空气管道分别与燃烧室相连通，因而这能够使空气和燃气仅在燃烧室中混合，然后在放电点火针的作用下进行燃烧，因而上述燃烧过程较容易控制且点火装置可以重复利用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种典型的实施方式提供的点火装置的结构示意图；以及

图2示出了本发明一种优选的实施方式提供的燃烧器的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100、燃气储罐；200、地面仪表控制装置；10、燃气管道；20、第一空气管道；30、放电点火针；40、燃烧室；401、烟气出口；50、燃烧器；501、燃气喷嘴；502、空气喷嘴；60、第二空气管道；70、稳焰装置；80、防喷管；90、测温单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如背景技术所描述的，现有的点火方法中存在点火器易损坏或者在油层燃烧过程中不易控制的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种点火装置，如图1所示，上述点火装置包括：燃气管道10、第一空气管道20、放电点火针30和燃烧室40，燃气管道10和第一空气管道20分别与燃烧室40相连通，放电点火针30的一端设置于燃烧室40内部。

本发明提供的点火装置中，将燃气和空气通过不同的管路分别注入燃烧器50中，并且燃气和空气在燃烧器50中混合后进行燃烧，燃烧产生的热量将空气加热到高于原油燃点后，将加热后的空气与燃烧烟气一同注入油层使原油燃烧。燃气点火温度高可达1000℃，且点火功率较大可达200kw以上。燃气管道10与第一空气管道20分别与燃烧室40相连通，因而这能够使空气和燃气仅在燃烧室40中混合，然后在放电点火针30的作用下进行燃烧，因而上述燃烧过程较容易控制，且点火装置可以重复利用。此外上述点火装置对油层的深度没有特别要求，浅层和深层稠油点火均可应用。因此，上述点火装置的研制对于开发超稠油和中深层稠油提供了技术支撑，并完善点火工艺。

在实际使用过程中，点火装置可以采用全金属结构，这有利于降低点火装置的造价。第一空气管道20优选为1寸9的管道，燃气管道10优选为2⁷/8的管道。

在本实施例中，燃烧室40还包括燃烧器50，燃烧器50设置有燃气喷嘴501和空气喷嘴502，燃气喷嘴501与燃气管道10相连通，空气喷嘴502与第一空气管道20相连通。

在本实施例中，燃气喷嘴501与空气喷嘴502的数量比为1：2～1：6。将燃气喷嘴501与空气喷嘴502的数量限定在上述范围内，有利于提高燃气的燃烧效率，进而提高点火器的点火功率。优选地，燃气喷嘴501与空气喷嘴502的数量比为1：2～1：4。

在本实施例中，以燃气喷嘴501为中心，空气喷嘴502均分布在燃气喷嘴501周围。

在本实施例中，如图2所示，空气喷嘴502包括：第一开口，设置于靠近第一空气管道20，第二开口，设置于远离第一空气管道20且位于燃烧室40内部，第一开口的截面积大于第二开口的截面积。将空气喷嘴502设置成上述结构，有利于进一步使燃气和空气混合后燃烧效果较充分。

在本实施例中，如图2所示，空气喷嘴502为锥台形结构，空气喷嘴502在其中轴线所在平面上的截面为第一截面，且第一截面为梯形，第一截面的两条侧壁之间的夹角为a，其中，60≤a≤150°。将第一截面与空气喷嘴502的管壁形成的两条交线间的夹角限定在上述范围内，有利于更进一步使燃气和空气混合后的燃烧效果，其温度可以达到628℃点火温度450℃左右。更优选为60≤a≤80°。在实际制备过程中燃气喷嘴的结构也可以与空气喷嘴的结构相同。

在本实施例中，第一空气管道20套设在燃气管道10的外部，且燃气管道10与第一空气管道20在进入燃烧室40前彼此隔离。

燃气和空气在燃烧前混合容易导致爆炸产生，因而将燃气管道10和第一空气管道20在燃烧前彼此隔离有利于提高本申请提供的点火装置的安全性。同时上述点火装置结构简单，这有利于后期的维护。同时相比于固定式电点火，其材料费仅为电点火费用的10％，因而使用上述点火装置有利于降低成本、提高经济效益，并促进火驱技术的推广应用。

在本实施例中，燃烧室40设置有烟气出口401，点火装置还包括第二空气管道60，第二空气管道60套设在燃烧室40外部，烟气出口401与第二空气管道60连通。

燃烧室40上设置烟气出口401，且烟气出口401与第二空气管道60连通，这有利于在第一次通入的空气与燃气燃烧的不充分时，通过第二空气管道60通入空气，使上述未反应完全的燃气继续进行燃烧以加热油层，进而提高燃气的利用率。同时通过第二空气管道60通入的空气还可起到冷却第一空气管道20和燃气管道10的作用，并有利于抑制燃烧后产生的气体逆着燃气的流动方向流动。

在本实施例中，燃烧室40内部设置有稳焰装置70，用于持续加热燃气喷嘴501。稳焰装置70的设置能够对燃气喷嘴501起到持续加热的作用，这有利于抑制燃气喷嘴501处的温度低于点火温度而影响燃烧。

在本实施例中，点火装置还包括防喷管80，防喷管80分别与燃气管道10、第一空气管道20及第二空气管道60相连通。

在本实施例中，点火装置还包括测温单元90，测温单元90在燃气管道10内部延伸，且测温单元90与放电点火针30的另一端连接。上述点火装置中放电点火针30和测温管线集成为一体，因而上述装置中不需要使用动力电缆，而是将测温单元90和放电点火针30作为复合电缆。该电缆线径较细，耐温性好高达1000℃，所以管柱下入施工过程比电点火简单。

在本实施例中，测温单元90包括燃气测温器、燃烧器入口测温器和燃烧器出口测温器。这有利于实时监测燃气管道10、燃烧器入口以及燃烧器出口的温度。优选地，燃气测温器、燃烧器入口测温器和燃烧器出口测温器均为热电偶。

优选地，燃气管道10的注入管道上设置有比例调节阀、减压阀、压力计和流量计，这有利于控制和调节燃气注入量的大小，同时当井下温度过高气体上返时，单流阀有利于抑制气体上返，进而有利于避免烧毁点火器及电缆。

优选地，第一空气管道20和第二空气管道60的注入管道上均设置有压力计、截止阀、流量计、节流阀和单流阀。这有利于控制和调节空气的注入量。当燃烧器50出口温度低于或高于点火温度时，可适当调节第二空气管道60中空气的注入量。

在实际使用过程中，燃气管道10优选与燃气储罐100相连通，且油田开采过程中操作者通过地面仪表控制装置200控制上述点火装置的运行。

本发明另一方面提供了一种使用上述点火装置进行点火的油田开采方法。

使用上述点火装置进行油田开采时，燃气点火温度高可达1000℃，且点火功率较大可达200kw以上，这有利于提高油田开采效率。同时上述装置具有结构简单和可重复利用等优点，因而有利于降低油田开采的维修费用和设备构建成本。同时采用上述点火装置的油田开采方法能够适用于超稠油和中深层稠油开采，因而便于在油田开采领域大规模推广。

在本实施例中，点火装置的燃气管道10中通入的气体为可燃性气体或雾化态的可燃性液体。

在本实施例中，可燃性气体包括但不限于天然气、氢气或丙烷中的一种或多种，可燃性液体包括但不限于汽油、柴油或煤油中的一种或多种。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。