一种固体蓄热电锅炉两级换热油田注汽锅炉加热系统的制作方法

本发明涉及稠油油田注汽开采领域，尤其涉及采油厂和油井产生加热蒸汽的设备和注汽系统的改进。

背景技术：

随着石油资源逐步进入人类生活、社交等领域，全球石油消费迅速增长、稀油资源日益减少，石油价格不断攀升，人们开始把目光转向储量丰富的稠油资源的开发。热采注汽锅炉作为稠油开采技术的关键核心设备，被广泛应用于国内外各大油田。稠油油井的开采，需要配置专门的注汽锅炉，即利用蒸汽锅炉产生的高压高温水蒸汽，将此高温高压水蒸汽注入油井地下，对地下粘稠的原油进行加热，增加其流动性后再进行正常的原油开采。

注汽锅炉在油田现场又称为湿蒸汽发生器，是油田开采稠油的专用注汽设备。它是利用所生产的高温高压湿蒸汽注入油井，加热油层中的原油以降低稠油的粘度，从而增加稠油的流动性，能够大幅度地提高稠油的采收率。一般井深小于1200米，额定压力为17.2MPa的锅炉即可满足要求，1200~1800米左右的井深，选用21MPa的注汽锅炉就可以，再深的油井可以选用超临界注汽锅炉。根据现场需要，总结下来蒸汽参数按温度区分为湿蒸汽、干饱和蒸汽和过热蒸汽，按蒸汽压力分为亚临界、临界和超临界等。

无论是油田稠油采出井，还是采油厂的储油罐和厂内输油管道，以及长距离的原油输油管线，都需要管道和油罐的原油加热工艺，目前石油行业注汽工艺、管道伴热及油罐伴热的加热燃料及方式主要有以下几种：（1）燃油、燃气、燃煤热水或蒸汽炉；优点：燃料便宜，如果是自采原油或伴生气燃料成本为零；缺点：燃烧排放高污染，排放不达标，目前多地背环保部门禁止，将来环保压力越来越大。（2）油井自产原油或伴生气分布式能源热电联产小机组；优点：自采原油或伴生气燃料成本为零，热电联产机组效率高；缺点：燃烧排放高污染，排放不达标，如果上烟气处理设施成本巨大。（3）电加热方式；分电热水或蒸汽锅炉和管道或油罐包覆电热丝或电热膜进行加热两种；优点：无污染排放，清洁环保；缺点：目前电价高，电费成本高。

申请号为201320888713.7的中国专利，提供了一种用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，包括太阳额 镜场、吸热系统；其中，待加热的水从吸热系统的入口进入吸热系统，实时跟踪太阳位置的太阳镜场将所采集的太阳光聚焦到吸热系统上，水在吸热系统内流动并不断地被加热，最后变成蒸汽从吸热系统的出口流出，所得到的蒸汽用于稠油热采。该专利虽避免了燃煤污染也在一定程度上节约了成本，但是太阳能供电系统受外界条件影响较大，供应热源不稳定，还需要常规燃料辅助，不能从根本上解决油田蒸汽锅炉供热的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明通过运用固体蓄热电锅炉两级换热系统可产生亚临界和超临界蒸汽，通过注汽工艺系统注入地下加热原油，对稠油油井进行注汽加热工艺过程。另外，还可利用低电价的电网夜间低谷电，实现夜间电能转换成热能并通过固体镁砖进行高温蓄热。通过这样的固体蓄热电锅炉两级换热系统生产的高参数蒸汽对稠油油井注汽加热，不但可以解决油田注汽锅炉燃烧排放污染问题，而且可以利用电锅炉和储能技术结合对电网进行峰谷差调峰，是有利于石油工业和发电厂及电网电力调峰的节能减排、绿色环保的最佳解决方案。

本发明所采用的技术方案是，一种固体蓄热电锅炉两级换热油田注汽锅炉加热系统，包括热源加热系统、蒸汽注入系统、排放管线，所述热源加热系统包括固体蓄热电锅炉和两级换热系统。

优选的是，所述两级换热系统包括高温热风与高温热油换热器、高温热油与高压热水换热蒸汽发生器两级换热设备。

上述任一方案优选的是，所述固体蓄热电锅炉与高温热风与高温热油换热器连接，固体蓄热电锅炉释放蓄热加热风源成为高温热风；在高温热风与高温热油换热器内，低温油输入，经高温热风加热转换为高温油输出；高温油进入高温热油与高压热水换热蒸汽发生器，与高压水进行换热，形成亚临界和超临界蒸汽，进入蒸汽注入系统。

上述任一方案优选的是，所述固体蓄热电锅炉包括高压控制柜、保温层、电阻板片、储能体、交换器和热风风机。

上述任一方案优选的是，所述保温层形成封闭空间，所述储能体、交换器和热风风机位于所述保温层内部。

上述任一方案优选的是，所述交换器包括风油换热器或风水换热器，所述交换器与所述储能体通过热收集端相连接。

上述任一方案优选的是，所述交换器与进油/水管、出油/水管相连接，所述进油/水管、出油/水管分别开口于保温层，并与保温层外的输送管道相连接。

上述任一方案优选的是，所述高压控制柜与所述储能体之间设置有高压接线，所述高压控制柜位于所述保温层外部，所述高压接线穿过所述保温层。

上述任一方案优选的是，所述高压接线包括三相高压接线。

上述任一方案优选的是，所述高压接线末端设置有多个高压电极，所述高压电极分布于储能体的一侧。

上述任一方案优选的是，所述高压接线的电压等级包括6kV、10kV、15kV、20kV、33kV、66kV和110kV。

上述任一方案优选的是，所述储能体包括高温蓄热镁砖，高压电通过所述电阻板片发热，加热所述高温蓄热镁砖从而实现蓄热。

上述任一方案优选的是，所述蒸汽注入系统连接热源加热系统和注汽井口，包括注汽阀、活动注汽管线、冲洗排放阀、总阀及其连接管路。

上述任一方案优选的是，热源加热系统产生的热蒸汽从蒸汽出口流出，经注汽阀开关调节进入注汽管道，最后流入注汽井口。

上述任一方案优选的是，热源加热系统旁路设置排放管线，包括高压锅炉排放阀、局部扩容器、地锚、排放池及其连接管路。

本发明将固体蓄热电锅炉及独特的两级换热系统应用于油田注汽加热工艺，通过固体蓄热电锅炉产生蒸汽，通过两级换热和固体储热设备，实现高压蒸汽注汽加热粘稠原油的工艺过程，保证稠油油井开采和输油管线的正常工作的温度要求。

本发明的优势在于：

1）本发明综合了固体蓄热电锅炉技术以及传统的油田注汽锅炉工艺，并创新式地引入了风油水两级换热系统，不但解决了油田常规燃气燃油燃煤注汽锅炉的污染排放问题，同时也可利用低谷电解决电网峰谷电平衡问题。利用固体蓄热电锅炉，在用电低谷时间段吸收消纳风电资源将电能转换成为热能，在固体镁砖中进行蓄热。需要时通过热风将热量换热给高温热油，然后再通过油水换热蒸汽发生器产生蒸汽，注入地下加热原油，这样的系统既能响应油田注汽工艺的用热需求，又能摒弃原来燃烧原油和伴生气的注汽锅炉造成的大气污染。

2）本发明中，创新性地在固体蓄热锅炉中引入了高温热风与高温热油换热器和高温热油与高压热水换热蒸汽发生器的两级热风到蒸汽的换热系统，可以极大地增加从高温600度左右的热风到亚临界和超临界蒸汽获取过程的蒸汽发生器的安全性，也可极大地降低热风到高参数蒸汽换热系统的造价。

3）固体蓄热电锅炉设备也可以与原有伴生气蒸汽炉互为备用，提高油田注汽加热系统的可靠性。

4）最大限度地为新能源提供上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。

5）随着大气污染治理和各地对燃油燃气和燃煤的注汽锅炉的烟气排放等政策的逐步落实，清洁环保的电热锅炉系统在油田伴热市场拥有广阔的发展空间。

附图说明

图1为按照本发明的一优选实施例的示意图。

图2为本发明的固体蓄热电锅炉的一优选实施例的剖面图。

图3为本发明的固体蓄热电锅炉单级换热注汽系统一优选实施例示意图。

图示说明：

1-排放池，2-地锚，3-局部扩容器，4-高压锅炉排放阀，5-固体蓄热电锅炉，6-高温热风与高温热油换热器，7-高温热油与高压热水换热蒸汽发生器，8-蒸汽出口，9-注汽阀，10-冲洗排放阀，11-总阀，12-高温热风与高压热水换热蒸汽发生器，13-高压控制柜，14-高压接线，15-储能体，16-保温层，17-交换器，18-出油/水管，19-进油/水管。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，优选了一种固体蓄热电锅炉两级换热油田注汽锅炉加热系统，包括热源加热系统、蒸汽注入系统、排放管线，所述热源加热系统包括固体蓄热电锅炉和两级换热系统。

本实施例中，所述两级换热系统包括高温热风与高温热油换热器6、高温热油与高压热水换热蒸汽发生器两级换热设备。

在本实施例中，所述固体蓄热电锅炉与高温热风与高温热油换热器6连接，固体蓄热电锅炉释放蓄热加热风源成为高温热风；在高温热风与高温热油换热器6内，低温油输入，经高温热风加热转换为高温油输出；高温油进入高温热油与高压热水换热蒸汽发生器，与高压水进行换热，形成亚临界和超临界蒸汽，进入蒸汽注入系统。

如图2所示，在本实施例中，所述固体蓄热电锅炉包括高压控制柜13、保温层16、电阻板片、储能体15、交换器17和热风风机。

在本实施例中，所述保温层16形成封闭空间，所述储能体15、交换器17和热风风机位于所述保温层16内部。

在本实施例中，所述交换器17包括风油换热器或风水换热器，所述交换器17与所述储能体15通过热收集端相连接。

在本实施例中，所述交换器17与进油/水管19、出油/水管18相连接，所述进油/水管19、出油/水管18分别开口于保温层16，并与保温层16外的输送管道相连接。

在本实施例中，所述高压控制柜13与所述储能体15之间设置有高压接线14，所述高压控制柜13位于所述保温层16外部，所述高压接线14穿过所述保温层16。

在本实施例中，所述高压接线14为三相高压接线。

在本实施例中，所述高压接线14末端设置有多个高压电极，所述高压电极分布于储能体15的一侧。

在本实施例中，所述高压接线14的电压等级包括6kV、10kV、15kV、20kV、33kV、66kV和110kV。

在本实施例中，所述储能体15包括高温蓄热镁砖，高压电通过所述电阻板片发热，加热所述高温蓄热镁砖从而实现蓄热。

在本实施例中，所述蒸汽注入系统连接热源加热系统和注汽井口，包括注汽阀9、活动注汽管线、冲洗排放阀10、总阀11及其连接管路。

在本实施例中，热源加热系统产生的热蒸汽从蒸汽出口8流出，经注汽阀9开关调节进入注汽管道，最后流入注汽井口。

在本实施例中，热源加热系统旁路设置排放管线，包括高压锅炉排放阀4、局部扩容器3、地锚2、排放池1及其连接管路。

本发明将固体蓄热电锅炉及独特的两级换热系统应用于油田注汽加热工艺，通过固体蓄热电锅炉产生蒸汽，通过两级换热和固体储热设备，实现高压蒸汽注汽加热粘稠原油的工艺过程，保证稠油油井开采和输油管线的正常工作的温度要求。

本发明的优势在于：

1）本发明综合了固体蓄热电锅炉技术以及传统的油田注汽锅炉工艺，并创新式地引入了风油水两级换热系统，不但解决了油田常规燃气燃油燃煤注汽锅炉的污染排放问题，同时也可利用低谷电解决电网峰谷电平衡问题。利用固体蓄热电锅炉，在用电低谷时间段吸收消纳风电资源将电能转换成为热能，在固体镁砖中进行蓄热。需要时通过热风将热量换热给高温热油，然后再通过油水换热蒸汽发生器产生蒸汽，注入地下加热原油，这样的系统既能响应油田注汽工艺的用热需求，又能摒弃原来燃烧原油和伴生气的注汽锅炉造成的大气污染。

2）本发明中，创新性地在固体蓄热锅炉中引入了高温热风与高温热油换热器6和高温热油与高压热水换热蒸汽发生器的两级热风到蒸汽的换热系统，可以极大地增加从高温600度左右的热风到亚临界和超临界蒸汽获取过程的蒸汽发生器的安全性，也可极大地降低热风到高参数蒸汽换热系统的造价。

3）固体蓄热电锅炉设备也可以与原有伴生气蒸汽炉互为备用，提高油田注汽加热系统的可靠性。

4）最大限度地为新能源提供上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。

5）随着大气污染治理和各地对燃油燃气和燃煤的注汽锅炉的烟气排放等政策的逐步落实，清洁环保的电热锅炉系统在油田伴热市场拥有广阔的发展空间。

实施例2

本发明中的两级加热系统也可由特殊设计的耐高压的热风到水的蒸汽发生器和换热设备替代，变成单级换热系统。如图3所示，优选了一种固体蓄热电锅炉单级换热油田注汽锅炉加热系统，包括热源加热系统、蒸汽注入系统、排放管线，所述热源加热系统包括固体蓄热电锅炉和单级换热系统。

本实施例中，所述单级换热系统包括高温热风与高压热水换热蒸汽发生器12。所述高温热风与高压热水换热蒸汽发生器12优选了大型电站锅炉的烟气尾部烟道中布置的省煤器管束换热器，耐高压的管束圆管内流的是水，与从管束外部流过的高温空气换热，这样的管束最高压力达到水的临界甚至超临界压力。

在本实施例中，所述固体蓄热电锅炉与高温热风与高温热油换热器6连接，固体蓄热电锅炉释放蓄热加热风源成为高温热风，在高温热风高压热水换热蒸汽发生器内，与高压水进行换热，形成亚临界和超临界蒸汽，进入蒸汽注入系统。

如图2所示，在本实施例中，所述固体蓄热电锅炉包括高压控制柜13、保温层16、电阻板片、储能体15、交换器17和热风风机。

在本实施例中，所述保温层16形成封闭空间，所述储能体15、交换器17和热风风机位于所述保温层16内部。

在本实施例中，所述交换器17包括风油换热器或风水换热器，所述交换器17与所述储能体15通过热收集端相连接。

在本实施例中，所述交换器17与进油/水管19、出油/水管18相连接，所述进油/水管19、出油/水管18分别开口于保温层16，并与保温层16外的输送管道相连接。

在本实施例中，所述高压控制柜13与所述储能体15之间设置有高压接线14，所述高压控制柜13位于所述保温层16外部，所述高压接线14穿过所述保温层16。

在本实施例中，所述高压接线14为三相高压接线。

在本实施例中，所述高压接线14末端设置有多个高压电极，所述高压电极分布于储能体15的一侧。

在本实施例中，所述高压接线14的电压等级包括6kV、10kV、15kV、20kV、33kV、66kV和110kV。

在本实施例中，所述储能体15包括高温蓄热镁砖，高压电通过所述电阻板片发热，加热所述高温蓄热镁砖从而实现蓄热。

在本实施例中，所述蒸汽注入系统连接热源加热系统和注汽井口，包括注汽阀9、活动注汽管线、冲洗排放阀10、总阀11及其连接管路。

在本实施例中，热源加热系统产生的热蒸汽从蒸汽出口8流出，经注汽阀9开关调节进入注汽管道，最后流入注汽井口。

在本实施例中，热源加热系统旁路设置排放管线，包括高压锅炉排放阀4、局部扩容器3、地锚2、排放池1及其连接管路。

实施例3

实施例3与实施例1相似，不同之处在于实施例3中还包括智能控制系统，所述智能控制系统与固体蓄热电锅炉相连，通过智能控制系统可控制高压电阻对电锅炉蓄热的时间，即在夜间电低谷时间段智能启动固体蓄热电锅炉，在白天智能关闭固体蓄热电锅炉。所述智能控制系统中还包括设置于进油/水管19和出油/水管18的流量计、温度传感器和智能控制阀门，通过对流量和温度进行检测，通过阀门调节热能的输出，节约能源的同时可以将油和出口蒸汽的温度控制在恒定水平。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。