用于选择性地生产来自太阳能集热器和加热器的用于包括提高石油采收率过程的蒸汽的 ...的制作方法
【专利说明】用于选择性地生产来自太阳能集热器和加热器的用于包括提高石油采收率过程的蒸汽的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年I月7日申请的美国临时申请N0.61/749，888的优先权和2013年5月31日申请的美国临时申请N0.61/829，984的优先权，此二者在此均通过参考并入。前述的申请文件和/或任何其它在此通过参考并入的材料若在一定程度上与本公开内容冲突，则以本公开内容为准。
技术领域
[0003]本技术通常而言指向用于选择性地自太阳能集热器和加热器生产蒸汽的系统和方法，包括通过改变来自各个前述组件的能量贡献增加用于提高石油采收率过程的蒸汽生产效率的技术。
【背景技术】
[0004]随着化石燃料变得更加稀缺，能源行业已经开发出更为复杂的技术，将其用于开采在过去开采非常困难或昂贵的燃料。其中一种这样的技术是将蒸汽注入含油地层以开放并减少石油的粘性。目前已存在几项用于蒸汽注入的技术，它们时常被统称为“热提高石油采收率”或“热E0R”。典型的蒸汽注入技术包括循环、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)以及运用垂直和/或水平的注入井，或这些井的组合，同时带有连续、可变速率和/或间歇性的蒸汽注入到每个井中的其它策略。
[0005]—个用于形成用于蒸汽注入的蒸汽的典型系统是燃料燃烧炉，其具有直流式配置或再循环式配置。其它蒸汽生成系统包括以连续方式运行的余热锅炉。在一个从许多天到许多年的期间内，热EOR操作常常每天24小时都产生蒸汽。在连续蒸汽注入期间内，蒸汽压力和流速可能在某些情况下大致不变，而在其它情况下可能在一个预先确定的有限的幅度内变化，或者根据预定计划变化幅度更大。然而，关闭和打开蒸汽生成设备(例如每天)通常是不可取的，因为这种反复增加了与热循环相关的设备维护，以及在闲置或备用期间内发生腐蚀的更大可能性。
[0006]另一典型的蒸汽生成器是太阳能蒸汽生成器，它能增强或替代燃料燃烧炉。太阳能蒸汽生成器能替代燃料的使用、减少运行成本、减少气体排放、和/或增加热采收工程中的石油产量。然而，由于有效太阳辐射的日/夜模式，以及根据包括入射太阳辐射的变化在内的因素导致的能量生产率的变化，这样的系统只能间歇地采集能量。由于上述的对连续蒸汽的需求，许多或大部分包含太阳能蒸汽生成器的热采收工程也会包含一个或多个燃料燃烧蒸汽生成器。这些燃料燃烧蒸汽生成器消耗液态或气态的燃料，将其作为补充热源，从进入的液体水流中形成蒸汽。然而，这种太阳能和燃料燃烧炉的组合通常是低效的，例如，因为它们包含了许多额外成分、浪费了能量、和/或具有过量或过剩的产量。因此，仍然存在着对高效太阳能蒸汽生成系统的需求。
【附图说明】
[0007]图1是根据本公开技术的一个实施例配置的包括太阳能集热器、加热器和控制器的系统的部分示意图。
[0008]图2A是根据本公开技术的一个实施例配置成在夜间运行的图1所示的系统的部分示意图。
[0009]图2B是根据本公开技术的一个实施例配置成在相对低入射辐射的条件下运行的图1所示的系统的部分示意图。
[0010]图2C是根据本公开技术的一个实施例配置成在相对高入射辐射的条件下运行的图1所示的系统的部分示意图。
[0011]图2D是根据本公开技术的一个实施例配置成在入射辐射达到峰值的条件下运行的图1所示的系统的部分示意图。
[0012]图3是根据本技术的另一实施例配置的系统的部分示意图。
[0013]图4是根据本技术的又一实施例配置的系统的部分示意图。
[0014]图5是根据本技术的若干实施例描绘了来自太阳能集热器和加热器的典型热贡献的曲线图。
[0015]图6是说明了太阳能辐射水平在一天的时间内典型变化的曲线图。
[0016]图7A是根据本技术的一个实施例配置的包括存储介质的系统的部分示意图。
[0017]图7B是根据本技术的一个实施例由太阳能集热器和加热器的多重组合提供的油田的部分示意图。
[0018]图7C是根据本技术的另一实施例配置的具有存储介质和分离器的系统的部分示意图。
[0019]图7D是根据本技术的又一实施例配置的具有阀装置的系统的部分示意图。
[0020]图7E是根据本技术的还一实施例具有阀装置的系统的部分示意图。
[0021]图8A-8C是根据本技术的其它一些实施例具有管道和阀配置的系统的部分示意图。
具体实施例
[0022]本技术通常而言指向用于选择性地生产来自太阳能集热器和一个或多个额外加热器(例如辅助的、补足的和/或补充的加热器)的蒸汽的系统和方法。下文描述了本公开技术的若干实施例的具体细节，参考配置成用于油井蒸汽注入的系统以提供对这些实施例的透彻理解，但在其它实施例中，代表性的系统能用于其它语境。为了清晰明确，在以下的描述中不会提到一些细节，这些细节描述了众所周知的并经常与蒸汽生成系统相联系的、但可能不必要地使本技术的某些重要方面模糊不清的结构或过程。此外，虽然以下的公开提出了本公开技术不同方面的若干实施例，但是本技术的一些其它实施例能具有不同于在本节所描述的那些配置和/或组件。因此，本公开技术可参考图1-8C具有带有额外组件、和/或没有以下描述的若干组件的其它实施例。
[0023]以下描述的本公开技术的许多实施例可表现为计算机可执行指令的形式，包括由可编程计算机执行的程序。相关技术领域的专业人员会理解，能在计算机系统和/或控制器上或通过计算机系统和/或控制器，而非那些下文所示和描述的，实现本技术。本技术能在特定编程、配置和/或创建的以执行一个或多个下文描述的这些计算机可执行指令的专用计算机或数据处理器上实现。因此，本文所用的术语“计算机”和“控制器”与通常一样，指的是任何适当的数据处理器，并能包括网络设备和便携式设备(包括掌上电脑、可穿戴计算机、移动电话、多处理器系统、基于处理器或可编程的消费性电子产品、网络计算机、小型计算机等)。
[0024]本技术也能在通过通信网络连接的远程处理设备执行任务或模块的分布式环境中实现。在分布式计算环境中，程序模块或子程序可位于局部和远程记忆存储设备上。以下描述的技术方面可存储或分布在计算机可读介质上，包括磁或光可读或可移动的计算机磁盘，以及通过网络电子分布的。在特定的实施例中，特定的技术方面的数据结构和数据传输也被包含在本技术的保护范围内。
[0025]以下描述的本技术的实施例包括产生蒸汽的系统，用于制造、装配、编制、操作和/或控制这种系统的技术，以及用于指导该系统的使用、建造、开发和/或其它方面的方法。因此，本公开技术的多种实施例可包括由人或非人实体采取直接的行动(例如，由人、机器、控制器、软件或硬件)和/或指示任务得到完成(例如，由人、机器、控制器、软件或硬件)。
[0026]图1是用于产生蒸汽的整体系统100的部分示意图。系统100包括一个或多个太阳能集热器120，该集热器在控制器140的指示下可操作地被耦合到一个或多个加热器110(为了描绘，其中之一如图1所示)以将蒸汽提供给目标130。加热器110能补充由太阳能集热器120提供的能量，以便为目标130提供相对不变的具有相对不变的质量和/或其它特性的蒸汽流。在其它实施例中，太阳能集热器120和加热器110能同时运行，以产生不同数量和/或具有不同特性的蒸汽。在这些实施例的任何一个中，审慎地配置和控制前述组件的特征，当与传统的蒸汽生成系统相比时，以提高整体的效率和/或减少系统100的成本。这一点在下文还会进一步描述。
[0027]图1所示的系统100的实施例包括为太阳能集热器120和加热器110提供液态水的水流系统150。太阳能集热器120和加热器110转而产生提供给目标130的蒸汽。在一特定实施例中，目标130包括耦合到一个或多个注入井131的歧管132，注入井131在热提高石油采收率或热EOR过程中被用来抽提石油。在其它实施例中，目标130可以是任何数量的适当的用蒸汽作为输入的系统和/或过程。当目标130是油田时，在特定实施例中，系统100可包括太阳能集热器120和加热器110的多重组合，相互连接到共同的蒸汽流通网络和一组共同的注入井131。
[0028]水流系统150可包括耦合到适当绝缘的管道157的网络的水源151 (例如，井、水箱、蓄水池、和/或前述元素的组合)。通常，管道在热损失预计较为严重处是绝缘的，例如太阳能集热器120和/或加热器110的下游。加热器110的内部元件也可以是绝缘的。而太阳能集热器120的至少一些元件不可以是绝缘的，以便不阻碍太阳能集热器120接收、采集太阳辐射的能力，这一点将在下文进行更详细地讨论。水源151将液态水提供给进口装置152(例如，容积栗、多级涡轮栗、或另一个栗、阀、或可控设备)，进口装置152转而将水提供给进口管道153。进口管道153将液态水提供给太阳能集热器120和加热器110。太阳能集热器120采集来自太阳的入射辐射，而加热器110产生来自地球燃料源的热量。
[0029]在特定实施例中，加热器110是适当绝缘的气体或其它包括一个或多个燃烧器111(为了描绘，在示意图中以单一燃烧器ill出现)并引导加热的燃烧产物通过多个加热器部分的其它燃料(例如化石燃料)加热器。在一代表性实施例中，加热器110包括第一加热器部分113和第二加热器部分114。第一加热器部分113能像预热器和/或节热器一样运行，第二加热器部分114能像蒸发器、辐射加热器和/或过热器一样运行。因此，燃烧器110引导热燃烧气体沿着废气通道首先通过第二加热器部分114，接着通过第一加热器部分113，再到达燃烧器排气装置112 (例如排气排管)。因此，第二加热器部分114接收最高温度的加热器气体，第一加热器部分113接收较低温度的加热器气体。已加热的水(例如蒸汽)在加热器出口 116处离开加热器110。废气再循环管道115能将废气从燃烧器排气装置112处再循环回到燃烧器111和/或其它加热器元件，通过重新利用否则会损失到环境中的热量以提高加热器110的效率。再循环阀117控制废气是否以及在何种程度上被再循环。在特定实施例中，废气再循环被用来减少燃烧气体中的氧气含量，因而减缓燃烧、降低最高燃烧温度、减少氮氧化物(NOx)和/或气体污染物的形成。在这些实施例的另外方面，废气再循环起到了维持充足的气流的作用，以维持有效的热传递到加热器110中的传热管(例如，维持高传热紊流)，并因此使得燃烧器110更容易被调低。正如将在下文更具体讨论的，将燃烧器110调低有助于改善和/或优化由太阳能集热器120和加热器110提供的热贡献。
[0030]太阳能集热器120能包括集热器进气歧管121 (可选)和集热器出气歧管122 (也是可选的)。集热器进气歧管121通过采集管道157a(和/或其它适当的太阳能接收器)分配来水，采集管道157a接收来自一个或多个对应的太阳能集中器125的经聚光的太阳能。集中器125可以是可移动的，以便追踪每日和/或季节性的太阳相对位置的移动。太阳能集中器125在一些实施例中可包括槽型反射镜，在其它实施例中可包括点聚焦、线性菲涅尔和/或其它聚光器。集热器出气歧管122采集已加热的水(例如，处于液相和/或气相)并将其提供给集热器出口 124。平衡阀123能控制贯穿太阳能集热器120的水分配的方式。在如图1所示的特定实施例中，太阳能集热器120包括管道157a的并联布置。在其它实施例中，太阳能集热器120可包括串联管道和/或并联与串联管道的组合。在任何这些实施例中，从太阳能集热器120流向集热器出口 124的蒸汽可以通过加热器110流动和/或与已加热的水结合，从加热器110流到加热器出口 116，再流到结合的或整体的蒸汽出口 156。从整体的蒸汽出口 156，蒸汽流到了目标130。在任何这些实施例中，集热器出口 124处的出口温度和蒸汽浓度变化会很大。在一天中的某些时间，太阳能集热器120会被供低温的水并递送预热的水。在其它时间，太阳能集热器120的输出会是如下文中参考图2A-2D所进一步讨论高温、优质的蒸汽。
[0031]将加热器110和太阳能集热器120连接到目标130上的水流系统150，包括管道网络，多个管道连接155和根据许多操作模式引导水和蒸汽流动的阀154。例如，水流系统150可包括第一连接155a和对应的将水选择性地引导到加热器110和/或太阳能集热器120的第一阀154a。放置在靠近第二连接155b的第二阀154b和放置在靠近第三连接155c的第三阀154c共同将离开第一加热器部分113的水流和蒸汽流引导到第二加热器部分114和/或太阳能集热器120。放置在位于第四连接155d和第五连接155e之间的第四阀154d将蒸汽从集热器出口 124引导到整体的蒸汽出口 156和/或通过第二加热器部分114。
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