一种边远井能源供给系统及边远井能源供给方法与流程

1.本发明涉及边远井开采技术领域，特别是涉及一种边远井能源供给系统及边远井能源供给方法。


背景技术：

2.边远井为油田生产过程中的一种比较特殊的油井，主要有以下特点：油井相对孤立，周边很大范围内没有其他油井；有一定的开采价值，但如果通过架设电力线供能，成本超过了开采价值；自喷生产效率低；使用燃气或燃油发电，开采及人力资源成本较高。
3.现有技术中，鲜有关于边远井能源利用的记载，已有专利文献中对于边远井的方案公开的也相对较少。例如，授权公告号为cn207133649u的中国专利公开了一种油田边远井数字监控系统，包括井口rtu终端、智能控制器、摄像机、红外探测器、3g路由器、控制上位机和监控终端；还包括液位变送器和无线通讯模块；智能控制器上设置若干通讯接口；井口rtu终端与智能控制器相连接；红外探测器与智能控制器相电连接；控制上位机与服务器相电连接；监控终端与控制上位机相电连接。该方案通过井口rtu终端采集现场设备数据传入智能控制器，通过服务同步和分发技术接入各采油作业站点的监控终端，以能够实现边远井场的油井运行状态、生产状态、井场运行状态实时监控、配以红外探测设备及摄像机结合语音报警装置，实现边远井场的生产数字化和安全监控联网，由此可见，该方案研究的方向主要是如何实现边远井的监控，对于能源如何供给并没有记载。
4.在石油领域存在利用太阳能供给能源的方案，例如，授权公告号为cn201362466y的中国专利公开了一种太阳能石油储罐加热系统，包括储油罐、与系统中的用电器相连的太阳能光伏发电部分，储油罐带有夹层，夹层内设有换热器，换热器周围设有相变材料，换热器通过循环管路与太阳能集热装置相连。储油罐内部设有内换热器，内换热器通过循环管路与太阳能集热装置相连。太阳能集热装置采用热管式联集管集热器，循环管路及联集管水箱内设有热媒。循环管路上设有循环泵，循环泵与自动控制柜相连。该方案利用太阳能集热装置将太阳能转化为热能，给储油罐加热，并通过内换热器使得加热均匀，因此，该方案只是公开了如何利用太阳能对石油储罐进行加热的方案，但对于如何将太阳能应用到边远井并没有相关记载。
5.因此，如何为边远井提供能源供给，降低开采成本，是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种边远井能源供给系统及边远井能源供给方法，以解决上述现有技术存在的问题，利用光热单元提供热能，利用光伏单元转换成电能储存到储能单元，既可以利用光伏单元提供电能，也可以利用储能单元提供电能，从而能够将光伏和光热有机结合提供能源，进而有效利用太阳能满足边远井的生产需求，降低能源的供给成本，降低开采成本。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.本发明提供一种边远井能源供给系统，包括生产单元、储能单元、光伏单元以及光热单元，所述储能单元分别与所述生产单元、所述光热单元和所述光伏单元连接，所述光热单元与所述生产单元连接；所述光伏单元用于吸收太阳能并转换成电能储存在所述储能单元，所述储能单元用于供给所述生产单元、所述光热单元和所述光伏单元所需电能，所述光热单元用于吸收太阳能并转换成热能供给所述生产单元。
9.优选地，所述生产单元包括储油罐，所述储油罐内设置有热交换器，所述光热单元通过管路连接所述热交换器，所述管路内填充有换热流体。
10.优选地，所述储油罐外布置有电加热带，所述电加热带与所述储能单元电连接。
11.优选地，所述生产单元包括抽油机，所述抽油机与所述储能单元电连接。
12.优选地，包括控制系统和监控系统，所述控制系统和所述监控系统均与所述储能单元电连接。
13.优选地，所述监控系统包括温度监测系统、功率监控系统以及视频监控系统，所述温度监测系统用于监测光热单元内换热流体及所述储油罐内存储流体的温度，所述功率监控系统用于监控所述抽油机的功率并为所述抽油机的变频控制提供依据，所述视频监控系统用于实时对现场的生产状态进行直观的监控。
14.优选地，所述光热单元包括集热组件以及与所述集热组件连接的双轴追光系统，所述双轴追光系统与所述储能单元电连接。
15.优选地，所述控制系统包括驱动所述双轴追光系统动作的电机、驱动换热流体流动的管道泵以及改变所述抽油机供电频率的变频器。
16.本发明还提供一种边远井能源供给方法，包括以下内容：
17.利用光热单元将太阳能转换成热能；
18.利用光伏单元将太阳能转换成电能并储存到储能单元；
19.将光热单元转换的热能应用到生产单元，在光热单元所转换的热能不能满足需求时，由所述储能单元经电加热带转换成热能并应用到所述生产单元；
20.所述储能单元的电能供给到所述生产单元和所述光热单元。
21.优选地，利用所述储能单元向控制系统提供能量，当风速超过设定的值时，控制系统调整集热组件和光伏组件的角度，集热组件和光伏组件与地面水平且侧边与风向相同，减小受力面积；在无阳光的天气情况下控制系统停止双轴追光系统的运行。
22.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
23.(1)本发明利用光热单元向生产单元提供热能，利用光伏单元转换成电能储存到储能单元，既可以利用光伏单元提供电能，也可以利用储能单元提供电能，从而能够将光伏和光热有机结合提供能源，形成一体化的供能系统，进而能够有效利用太阳能满足边远井的生产需求，降低能源的供给成本，降低开采成本，解决了边远井能源供给成本高，维护频繁的问题；
24.(2)本发明利用光伏和光热有机结合提供能源，其中，光热的利用，能够节约出大量的电能，不仅可减少光伏的投资，同时也为控制系统、监控系统稳定供能提供保证；
25.(3)本发明在储油罐内设置有热交换器，通过光热单元能够利用热交换器向储油罐供给热能，同时，在储油罐外布置有电加热带，通过储能单元能够利用电加热带向储油罐供给热能，从而，在光照充足的白天可以直接利用光热单元将太阳能转换成热能，在晚上或
光照不足的白天可以利用储能单元所储存的由光伏单元转换的电能供给热能，进而可以利用太阳能满足所有时间段对于热能的需求，通过光伏和光热的结合为稠油的存储和运输提供了安全稳定的热能来源；
26.(4)本发明控制系统和监控系统均与储能单元电连接，利用储能单元提供所需电能，能够保证控制系统和监控系统的正常运行，同时，对抽油机的运行状态进行监控和调整，进一步的节约能源；
27.(5)本发明光热单元包括集热组件以及双轴追光系统，双轴追光系统与储能单元电连接，利用储能单元提供双轴追光系统运行所需能源，完成运行和归位动作，从而能够利用光伏单元转换的能源提供光热单元所需的能源，进而能够最大化的利用太阳能。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明边远井能源供给系统整体结构示意图；
30.其中，1、生产单元；11、储油罐；12、抽油机；2、光热单元；21、集热组件；22、管道泵；3、储能单元；4、光伏单元；41、光伏组件。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.本发明的目的是提供一种边远井能源供给系统及边远井能源供给方法，以解决现有技术存在的问题，利用光热单元提供热能，利用光伏单元转换成电能储存到储能单元，既可以利用光伏单元提供电能，也可以利用储能单元提供电能，从而能够将光伏和光热有机结合提供能源，进而有效利用太阳能满足边远井的生产需求，降低能源的供给成本，降低开采成本。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.请参考图1所示，本发明提供一种边远井能源供给系统，包括生产单元1、储能单元3、光伏单元4以及光热单元2。其中，生产单元1包括边远井开采时，在采油工作中所应用的主要生产设备，例如储油罐11、抽油机12等等。光伏单元4包括若干光伏组件41，光伏组件41可以吸收太阳能并转换成电能，光伏组件41转换的直流电经过变压或逆变处理，变为可被用电设备使用的直流或交流电，发电巅峰时段发出多余的电量将会被储能单元3吸收存储，作为后备能源，在无光的时段给用电设备提供能量供给。光热单元2包括若干集热组件21，集热组件21可以吸收太阳能并转换成换热流体的热能。储能单元3可以采用化学电池或机械电池等等，能够储存电能，采用电池作为储能单元3对于边远井的储能是最有条件实现
的，同时也是最高效的解决方案，在夜间光伏组件41不发电时，作为储能单元3的电池可输出直流电，通过逆变器逆变后变为可为设备供能的交流电，作为光热和光伏的替代能源持续的为边远井的生产提供能源支持。光伏单元4与储能单元3连接，该连接方式使得光伏单元4转换的电能能够输送到储能单元3进行存储，同时，储能单元3的电能也可以供给光伏单元4所需求的电能(例如电动驱动光伏组件41的偏角的改变等等)。光伏单元4也可以与用电设备相连，即光伏单元4发出的电不经储存而直接利用。储能单元3分别与生产单元1、光热单元2和光伏单元4连接，即储能单元3所储存的电能能够供给到生产单元1、光热单元2和光伏单元4。光热单元2与生产单元1连接，光热单元2利用太阳能加热得到的换热流体可以流向生产单元1，为生产单元1提供热能。根据光伏单元4和光热单元2的本身属性，只有在白天晴好的天气下才能有效的利用太阳能转换成电能或热能，由此，通过储能单元3的引入，可以将白天晴好的天气下的太阳能转换成电能储存在储能单元3内，在阴天或夜间为边远井系统的顺利运行提供所需电能，同时，无论天气情况如何、无论是白天还是夜间，储能单元3都可以为监控系统、控制系统等运行提供电能，尤其是光伏单元4转换的电能不能满足使用需求或无法转换电能的时间段。本发明利用光热单元2向生产单元1提供热能，利用光伏单元4转换成电能储存到储能单元3，再利用储能单元3向生产单元1、光热单元2和光伏单元4提供电能，从而能够将光伏和光热有机结合提供能源，形成一体化的供能系统，进而能够有效利用太阳能满足边远井的生产需求，降低能源的供给成本，降低开采成本。
35.生产单元1可以包括储油罐11，储油罐11内设置有热交换器，热交换器可以以盘管的形式设置在储油罐11内，由于开采的原油较稠，不利于流动，通过热交换器的设置能够提高稠油的温度，便于稠油的存储和运输。光热单元2通过管路连接热交换器，管路内填充有换热流体，光热单元2加热后的换热流体经管道泵22增压，通过热交换器与储油罐11内的存储流体(例如稠油)进行热交换，主要用于加热存储流体，为了便于进行热交换，还可以在热交换器的盘管上增加散热片，以增大换热面积，提高换热效率。盘管式的热交换器的设置可以避免直接将电加热装置设置在储油罐11内，避免了电加热容易漏电的弊端。
36.在储油罐11的外部可以布置有电加热带，在设置时可以采用保温岩棉进行保温处理，降低能量散失、加热不均匀造成的能量浪费；并且与储油罐11的罐壁进行绝缘处理，避免漏电，从而，可作为光热单元2在夜间温度降低到低限无法提供热能的补充供能。电加热带可以与储能单元3电连接，也就是说，电加热带的能量来源可以为储能单元3，而储能单元3储存的是光伏单元4转换的电能，因此，电加热带可以利用光伏单元4的能量，即利用太阳能，并且不限时间、不限天气状况。
37.本发明在储油罐11内设置有热交换器，通过光热单元2能够利用热交换器向储油罐11供给热能，同时，在储油罐11外布置有电加热带，通过储能单元3能够利用电加热带向储油罐11供给热能，从而，在光照充足的白天可以直接利用光热单元2将太阳能转换成热能，在晚上或光照不足的白天可以利用储能单元3所储存的由光伏单元4转换的电能供给热能，进而可以利用太阳能满足所有时间段对于热能的需求，为稠油的存储和运输提供了安全稳定的热能。
38.生产单元1还可以包括抽油机12，抽油机12与储能单元3电连接，也就是说，抽油机12除了能够直接利用光伏单元4所转换的电能外，还可以利用储能单元3所储存的电能，当然，根据抽油机12的需求，可以提供直流电或经过逆变器处理后的交流电，实现抽油机12的
启动、停止、运行。
39.还可以包括控制系统和监控系统，控制系统和监控系统均与储能单元3电连接，同样的，控制系统和监控系统除了能够直接利用光伏单元4所转换的电能外，还可以利用储能单元3所储存的电能，并且，根据控制系统和监控系统的需求，可以提供直流电或经过逆变器处理后的交流电。通过为抽油机12的监控系统提供能量，监控系统可以利用太阳能顺利运行，利用监控系统可以得到抽油机12的运行参数，再利用变频技术能够对抽油机12的冲次进行调整，抽油机12的变频控制可有效的节约能源，提供能源的高效利用，进而进一步达到节能的目的。
40.储能单元3和控制系统的核心控制单元可以撬装，便于移动，本发明的边远井能源供给系统的各项设备均可以进行转移，光伏单元4和光热单元2可以重复应用且使用寿命长，一旦所开采的边远井出油量过低，可将现有设备转移至其他边远井进行再次安装和应用。
41.监控系统可以包括温度监测系统、功率监控系统以及视频监控系统等等。其中，温度监测系统用于监测光热单元2内换热流体及储油罐11内存储流体的温度，通过对比两温度的大小，以改变换热流体的运行状态，实现利用换热流体向存储流体进行传热的目的。功率监控系统用于监控抽油机12的功率并为抽油机12的变频控制提供依据。视频监控系统用于实时对现场的生产状态进行直观的监控，能够对温度监测系统、功率监控系统等无法发现的问题，及时发现并派遣维修人员进行解决，形成完善的监控体系。因此，通过应用物联网技术，解决了边远井巡检路途遥远的问题。即通过应用物联网技术，将各项智能控制的参数远传至监控端，还可将现场实时画面传送至监控端，实现实时监控，解决边远井巡井路途遥远的问题，减少巡井的次数。
42.光热单元2具体可以包括集热组件21以及与集热组件21连接的双轴追光系统，集热组件21可以采用槽式集热器，通过双轴追光系统可以调整槽式集热器的角度，以更好的利用太阳光照转换热量，双轴追光系统与储能单元3电连接，双轴追光系统除了能够直接利用光伏单元4所转换的电能外，还可以利用储能单元3提供双轴追光系统运行的能源。本发明能够利用储能单元3提供双轴追光系统运行所需能源，完成运行和归位动作，从而能够利用光伏单元4转换的能源提供光热单元2所需的能源，进而能够最大化的利用太阳能。
43.控制系统可以包括驱动双轴追光系统动作的电机、驱动换热流体流动的管道泵22以及改变抽油机12供电频率的变频器等等。温度监测系统监测到光热单元2内换热流体及储油罐11内存储流体的温度，通过对比两个温度参数，决定是启动或停止换热流体的循环，具体的，当储油罐11内储存流体温度大于光热单元2内换热流体温度时，停止管道泵22进而停止换热流体的循环，反之，启动管道泵22进而启动换热流体的循环。另外，可以对比储油罐11内储存流体温度、储油罐11内储存流体预设最低温度及光热单元2换热流体温度，决定是否启动电加热带给储油罐11进行加热，在储油罐11内储存流体温度低于预设的最低温度值及光热单元2的换热流体的温度时，启动电加热带进行加热，否则，断开电加热带停止利用电加热。
44.由此，本发明通过上述智能化的控制系统和监控系统的设置和利用，使得能源的利用更加充分，能够进一步减少人力资源的使用，提高经济效益。实现集热组件21的双轴追光系统、换热流体的驱动、温度智能控制、抽油机12的功率监控，抽油机12的变频控制、现场
监控系统能源供给等。通过上述控制系统的实现，双轴追光系统可减少余弦损失，使能源的利用更加充分。
45.本发明还提供一种边远井能源供给方法，可以应用前文记载的边远井能源供给系统，具体的，可以包括以下内容：
46.根据边远井的储油量及各设备的用电情况等实际需求选择合适的光伏单元4和和储能单元3。
47.利用光热单元2将太阳能转换成热能，该热能可以以换热流体作为介质进行存储，并通过管道和管道泵22输送到相应的应用位置，例如储油罐11进行应用；同时，可利用监控系统和控制系统实现对管道泵22及其换热流体的流动，以能够实现对储油罐11内储存流体的顺利加热或保温，保证采油工作的顺利进行。
48.利用光伏单元4将太阳能转换成电能并储存到储能单元3，光伏单元4所转换的电能可以根据需要直接输送直流或经过逆变器后输送交流到应用位置，例如储油罐11的电加热带、管道泵22、抽油机12等等；再将过量的电能储存到储能单元3内进行备用或夜间应用。
49.将光热单元2转换的热能应用到生产单元1，主要在于供给生产单元1的储油罐11，以便于稠油的存储和运输。在光热单元2所转换的热能不能满足需求时，可以由光伏单元4直接提供电能或利用储能单元3提供电能，经电加热带转换成热能并应用到生产单元1。
50.在光伏单元4所转换的电能不能满足生产需求时，可以将储能单元3的电能供给到生产单元1和/或光热单元2，具体的，可以根据用电量进行适应性的调整和电力分配。
51.本发明在边远井生产过程中，合理的结合光伏和光热技术，给边远井的生产和原油的存储直到运输前的环节提供全套的供能解决方案。利用槽式集热器等集热组件21配合双轴追光系统为现场原油存储提供热能。利用光伏单元4和储能单元3不仅可为抽油机12提供交流电力供给，还可为槽式集热器的双轴追光系统、控制系统、监控系统等提供能源供给。
52.当有大风、连续阴天等天气情况发生时，可以根据气象监测得到的数据确认某一时段的风向、风速，将当风速超过设定的值时，控制系统会对光伏组件41和集热组件21进行调整，具体的，利用储能单元3向控制系统提供能量，当风速超过设定的值时，控制系统发出指令控制伺服(步进)电机调整集热组件21和光伏组件41的角度，集热组件21和光伏组件41与地面水平且侧边与风向相同，减小受力面积，使集热组件21和光伏组件41能够抵抗大风等非理想环境条件的影响，避免基础载荷过大发生位移或损坏。另外，在无阳光的天气情况下，还可以利用控制系统停止双轴追光系统的运行，以节约能源的消耗。
53.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。