一种太阳能光热油田注汽锅炉系统的制作方法

本实用新型涉及稠油油田注汽开采领域，具体涉及一种太阳能光热油田注汽锅炉系统。

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。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种能产生亚临界和超临界蒸汽，通过注汽工艺对稠油油井进行注汽加热的太阳能光热油田注汽锅炉系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种太阳能光热油田注汽锅炉系统，包括太阳能光热锅炉、蒸汽发生器和蒸汽注入系统，太阳能光热锅炉的加热循环工质出口端与蒸汽发生器的加热循环工质入口端通过管道连接；蒸汽发生器的入水端通过管道与外界供水连接，蒸汽发生器用于将外界供水转化为高温蒸汽；所述蒸汽发生器的高温蒸汽出口端与蒸汽注入系统的高温蒸汽入口端连接，蒸汽注入系统用于将高温蒸汽引入注汽井口。

需要补充说明的是，公知地，太阳能光热锅炉由太阳能集热器和太阳能锅炉组成，太阳能集热器将太阳的光能转化为热能，太阳能锅炉利用该热能为加热循环工质提供热源，加热循环工质输出到蒸汽发生器中。蒸汽发生器引入外界供水，加热循环工质与外界供水进行热交换，吸收热量后的外界供水转化为超临界或亚临界的高温蒸汽，高温蒸汽从蒸汽发生器的高温蒸汽出口端通过管道传到蒸汽注入系统的高温蒸汽入口端，蒸汽注入系统将超临界或亚临界高温蒸汽注入注汽井口，对地下粘稠的原油进行加热，加热后的原油流动性增加，可继续进行正常的原油开采。

进一步，还包括有蓄热罐，蓄热罐的加热循环工质入口端与蒸汽发生器的加热循环工质出口端通过管道连接；蓄热罐的加热循环工质出口端与蒸汽发生器的加热循环工质入口端连接。

若在日间太阳光线较为充足的情况下，太阳能集热器能将充足的太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用热能为加热循环工质提供热源，当加热循环工质满足了蒸汽发生器内外界供水热交换的需求后，多余的加热循环工质从蒸汽发生器传送到蓄热罐内储存起来。若在夜间或阴天需要补充热源的情况下，具有热量的加热循环工质从蓄热罐传到蒸汽发生器内，加热循环工质与蒸汽发生器内的外界供水发生热交换，吸收热量后的外界供水转化为超临界或亚临界的高温蒸汽。

再进一步，还包括有补充热源系统，补充热源系统的补充加热循环工质入口端与蒸汽发生器的补充加热循环工质入口端连接；补充热源系统包括固体蓄热电锅炉、高压电极加热锅炉、高压电阻加热锅炉、高压燃气锅炉、高压燃油锅炉和高压燃煤锅炉中的任意一种。

若在阴天或夜间太阳光线不充足的情况下，太阳能集热器无法为将足够的太阳能转化为热能，加热循环工质从太阳能锅炉中得到的热量不足以和蒸汽发生器内的外界供水进行热交换。此时，加入的补充热源系统内为补充加热循环工质提供热源，补充加热循环工质输出至蒸汽发生器并与蒸汽发生器内的外界供水进行热交换，外界供水受热转化为超临界或亚临界高温蒸汽。或补充热源直接加热高压水产生超临界或亚临界高温蒸汽。

固体蓄热电锅炉、高压电极加热锅炉和高压电阻加热锅炉属于电加热方式，分为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；其优点为无污染排放，清洁环保；缺点：目前电价高，电费成本高。高压燃气锅炉、高压燃油锅炉和高压燃煤锅炉属于燃油、燃气、燃煤热水或蒸汽炉，其优点为燃料便宜，如果是自采原油或伴生气燃料成本为零；缺点为燃烧排放高污染，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。

无论是燃油、燃气、燃煤热水或蒸汽炉等通过化石燃料加热的方式或电加热方式都是现有的传统原油加热伴热工艺，但是考虑在节能环保等方面，通过利用太阳能集热器为太阳能锅炉供热的方式耦合以后两种方式里至少一种的组合，能在太阳光供能不足的情况下为本实用新型补热。由于燃烧化石燃料和电供热的方式只是作为补充热源的附加手段，主要是依靠将太阳能的光能转化为热能，能减少废气的排放和节省成本。

进一步，所述蒸汽注入系统包括活动注汽管线、第一注汽阀、第二注汽阀、冲洗排放阀和总阀，蒸汽发生器的高温蒸汽出口端与活动注汽管线的高温蒸汽入口端的连接处设有第一注汽阀；第二注汽阀和冲洗排放阀均设置在活动注汽管线的后端，第二注汽阀和冲洗排放阀之间设有总阀。第一注汽阀用于控制将处于超临界或亚临界的高温蒸汽进入活动注汽管线的入口的开闭。

特别地，当第二注汽阀和总阀同时打开时，高温蒸汽将从活动注汽管线的出口传送至注汽井口；当高温蒸汽达不到要求时，打开第二注汽阀和冲洗排放阀，关闭总阀，高温蒸汽将通过冲洗排放阀并进行冲洗，最后从冲洗排放阀的出口处排出。冲洗排放阀用于排放达不到温度要求的高温蒸汽。

再进一步，还包括排放系统，排放系统包括高压锅炉排放阀、扩容器和排放池；高压锅炉排放阀的污水入口端与蒸汽发生器的污水出口端连接，高压锅炉排放阀的污水出口端通过管道与扩容器的一端连接，扩容器的另一端与通过管道与排放池连接。

特别地，蒸汽发生器的污水通过蒸汽发生器的污水出口端经高压锅炉排放阀连续均匀地连入扩容器，污水在扩容器的外壳中部的圆筒隔板中作切向运动，并且立即汽化成二次蒸汽，经过汽水分离后，留下的污水则通过管道排放到排放池。

进一步，所述排放系统还包括地锚，地锚设置在所述扩容器与排放池之间。由于排放污水的管道为高压管道，为了安全考虑，在扩容器与排放池之间设置地锚用于固定高压管道。

再进一步，还包括有循环泵，太阳能锅炉的加热循环工质入口端与蒸汽发生器的加热循环工质出口端通过循环泵连接。循环泵能使加热循环工质在太阳能锅炉与蒸汽发生器之间循环流通。

进一步，还包括热交换器，热交换器的加热循环工质入口端与太阳能光热锅炉的加热循环工质出口端连接，热交换器的进水端与外界供水的入水端连接，热交换器的出水口与蒸汽发生器的入水端连接。在具体的实施例中，热交换器为加热器，因为一般太阳能光热锅炉的发热受光线因素制约，所以太阳能锅炉加热加热循环工质的温度不是特别稳定，有时可能会达不到使蒸汽发生器产生超临界或亚临界的高温蒸汽的温度。加热循环工质进入到加热器内进行二次加热后，外界供水引入加热器内，进行二次加热后的加热循环工质与外界供水进行热交换，再将外界供水通入蒸汽发生器，蒸汽发生器产生超临界或亚临界的高温蒸汽。

再进一步，所述加热循环工质包括高温导热油、相变熔盐、惰性气体、氮气中的任意一种。

进一步，所述太阳能光热锅炉包括塔式集热锅炉、槽式集热锅炉、菲涅尔式集热锅炉和碟式集热锅炉中的任意一种。

本实用新型的有益技术效果：

1、本实用新型利用了太阳能光热锅炉技术为加热循环工质提供热源，使加热循环工质与蒸汽发生器内的外界供水发生热传递，从而使外界供水转化为高温蒸汽并通过蒸汽注入系统注入到注汽井口内，解决了油田注汽的用热需求，解决了油田常规燃烧化石燃料的注汽锅炉的污染排放问题，节能环保，还节省了成本；

2、在光照条件不佳的条件下，还能将太阳能集热耦合传统原油加热伴热技术为油田注汽，有效减少因燃烧化石燃料的排放和能源损耗；

3、日间光照条件充足的时段，蒸汽发生器将富余的加热循环工质传送到蓄热罐并储存起来。待阴天或夜间时将储存热量的加热循环工质传送到蒸汽发生器内，保证在阴天或夜间时蒸汽发生器也能正常产生高温蒸汽。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2的结构示意图；

图3为实施例3的结构示意图。

附图标记

太阳能光热锅炉1；蒸汽发生器2；外界供水3；活动注汽管4；第一注汽阀5；第二注汽阀6；冲洗排放阀7；总阀8；注汽井口9；高压锅炉排放阀10；扩容器11；地锚12；循环泵14；补充热源系统15；热交换器16。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

如图1所示，一种太阳能光热油田注汽锅炉系统，包括太阳能光热锅炉1、蒸汽发生器2、蒸汽注入系统和蓄热罐，太阳能光热锅炉1的加热循环工质出口端与蒸汽发生器2的加热循环工质入口端通过管道连接；蒸汽发生器2的入水端通过管道与外界供水3连接；所述蒸汽发生器2的高温蒸汽出口端与蒸汽注入系统的高温蒸汽入口端连接，蒸汽注入系统用于将高温蒸汽引入注汽井口。蓄热罐的加热循环工质入口端与蒸汽发生器2的加热循环工质出口端通过管道连接；蓄热罐的加热循环工质出口端与蒸汽发生器2的加热循环工质入口端连接。

所述蒸汽注入系统包括活动注汽管线4、第一注汽阀5、第二注汽阀6、冲洗排放阀7和总阀8，蒸汽发生器2与活动注汽管线4的连接处设有第一注汽阀5，第二注汽阀6和冲洗排放阀7均设置在活动注汽管线4的后端，第二注汽阀6和冲洗排放阀7之间设有总阀8。第一注汽阀5用于控制将处于超临界或亚临界的高温蒸汽进入活动注汽管线4的入口的开闭。

所述排放系统包括高压锅炉排放阀10、扩容器11和排放池13；高压锅炉排放阀10的污水入口端与蒸汽发生器2的污水出口端连接，高压锅炉排放阀10的污水出口端通过管道与扩容器11的一端连接，扩容器11的另一端与通过管道与排放池13连接。

还包括有循环泵14，太阳能锅炉的加热循环工质入口端与蒸汽发生器2的加热循环工质出口端通过循环泵连接。循环泵能使加热循环工质在太阳能锅炉与蒸汽发生器之间循环流通。

太阳能光热锅炉1由太阳能集热器和太阳能锅炉组成，太阳能集热器将太阳的光能转化为热能，太阳能锅炉利用该热为加热循环工质提供热源，加热循环工质输出到蒸汽发生器2中。蒸汽发生器2引入外界供水3，加热循环工质与外界供水3进行热交换，吸收热量后的外界供水3转化为超临界或亚临界的高温蒸汽。当第二注汽阀6和总阀8同时打开时，高温蒸汽将从活动注汽管线4的出口传送至注汽井口9，高温蒸汽对地下粘稠的原油进行加热，加热后的原油流动性增加，可继续进行正常的原油开采。当第二注汽阀6和冲洗排放阀7打开而总阀8关闭时，高温蒸汽将通过冲洗排放阀7并进行冲洗，最后从冲洗排放阀7的出口处排出。

污水通过蒸汽发生器2的污水出口端经高压锅炉排放阀10连续均匀地连入扩容器11，污水在扩容器11的外壳中部的圆筒隔板中作切向运动，并且立即汽化成二次蒸汽，经过汽水分离后，留下的污水则通过管道排放到排放池13。排放池13的管道上还设有地锚12。

若在日间太阳光线较为充足的情况下，太阳能集热器能将充足的太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用热能为加热循环工质提供热源，当加热循环工质满足了蒸汽发生器2内外界供水热交换的需求后，多余的加热循环工质从蒸汽发生器2传送到蓄热罐内储存起来。若在夜间或阴天需要补充热源的情况下，具有热量的加热循环工质从蓄热罐传到蒸汽发生器2内，加热循环工质与蒸汽发生器2内的外界供水3发生热交换，吸收热量后的外界供水3转化为超临界或亚临界的高温蒸汽。

实施例2

如图2所示，实施例2与实施例1的组成相同，还包括补充热源系统，补充热源系统直接给蒸汽发生器供给热量，直接加热水生成高压蒸汽，或先加热太阳能锅炉的加热循环工质，再由加热循环工质给蒸汽发生器供给热量。

在本实施例中，补充热源系统以电加热或燃烧化石燃料的方法给蒸汽发生器2供给热量，若在阴天或夜间太阳光线不充足的情况下，太阳能集热器无法将足够的太阳能转化为热能，加热循环工质从太阳能锅炉中得到的热量不足以和蒸汽发生器2内的外界供水进行热交换产生蒸汽。此时，加入的补充热源系统为蒸汽发生器2提供热源，补充加热循环工质或直接加热蒸汽发生器2内的外界供水满足蒸汽发生器2热量需求，将外界供水受热转化为超临界或亚临界高温蒸汽。

当第二注汽阀6和总阀8同时打开时，高温蒸汽将从活动注汽管线4的出口传送至注汽井口9，高温蒸汽对地下粘稠的原油进行加热，加热后的原油流动性增加，可继续进行正常的原油开采。当第二注汽阀6和冲洗排放阀7打开而总阀8关闭时，高温蒸汽将通过冲洗排放阀7并进行冲洗，最后从冲洗排放阀7的出口处排出。

蒸汽发生器2的污水通过蒸汽发生器2的污水出口端经高压锅炉排放阀10连续均匀地连入扩容器11，污水在扩容器11的外壳中部的圆筒隔板中作切向运动，并且立即汽化成二次蒸汽，经过汽水分离后，留下的污水则通过管道排放到排放池13。排放池13的管道上还设有地锚12。

若在日间太阳光线较为充足的情况下，太阳能锅炉能产生富余的热量通过加热循环工质传送到蓄热罐内储存起来。若在夜间或阴天需要补充热源的情况下，具有热量的加热循环工质从蓄热罐传到蒸汽发生器2内，加热循环工质与蒸汽发生器2内的外界供水3发生热交换，吸收热量后的外界供水3转化为超临界或亚临界的高温蒸汽。

在本实施例中，补充热源系统15可选用固体蓄热电锅炉、高压电极加热锅炉、高压电阻加热锅炉、高压燃气锅炉、高压燃油锅炉和高压燃煤锅炉中的任意一种。

实施例3

如图3所示，实施例3与实施例1组成相同，还包括有热交换器和高压水泵，热交换器为加热器，热交换器的加热循环工质入口端与太阳能光热锅炉的加热循环工质出口端连接，热交换器的进水端与外界供水的入水端连接，热交换器的出水口与蒸汽发生器的入水端连接。在具体的实施例中，热交换器为加热器。高压水泵用于将外界供水从加热器引入蒸汽发生器。

加热循环工质进入到加热器内与外界供水进行热交换，再将外界供水通入蒸汽发生器，在蒸汽发生器内产生超临界或亚临界的高温蒸汽。

太阳能集热器将太阳的光能转化为热能，太阳能锅炉利用该热能加热循环工质，循环工质输出到加热器16对外界供水3，进行加热，再将外界供水3通过高压水泵通入蒸汽发生器2，吸收热量后的外界供水3转化为超临界或亚临界的高温蒸汽。当第二注汽阀6和总阀8同时打开时，高温蒸汽将从活动注汽管线4的出口传送至注汽井口9，高温蒸汽对地下粘稠的原油进行加热，加热后的原油流动性增加，可继续进行正常的原油开采。当第二注汽阀6和冲洗排放阀7打开而总阀8关闭时，温度不足的高温蒸汽将通过冲洗排放阀7并进行冲洗，最后从冲洗排放阀7的出口处排出。

蒸汽发生器2的污水通过蒸汽发生器2的污水出口端经高压锅炉排放阀10连续均匀地连入扩容器11，污水在扩容器11的外壳中部的圆筒隔板中作切向运动，并且立即汽化成二次蒸汽，经过汽水分离后，留下的污水则通过管道排放到排放池13。排放池13的管道上还设有地锚12。

若在日间太阳光线较为充足的情况下，太阳能集热器能将充足的太阳能转化为热能，太阳能锅炉利用该热能为加热循环工质提供热源，当加热循环工质满足了蒸汽发生器2内外界供水热交换的需求后，多余的加热循环工质从蒸汽发生器2传送到蓄热罐内储存起来。若在夜间或阴天需要补充热源的情况下，具有热量的加热循环工质从蓄热罐传到蒸汽发生器2内，加热循环工质蒸汽发生器2内的外界供水3发生热交换，吸收热量后的外界供水3转化为超临界或亚临界的高温蒸汽。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。