一种地热耦合太阳能的原油加热系统及方法与流程

本发明属于太阳能光热，适用于原油的采集输送，具体涉及到一种地热耦合太阳能的原油加热系统及方法。

背景技术：

1、我国大多数油田开采出来的原油凝固点高、黏度大、含蜡量高、流动性差，大多数属于高粘易凝原油，因此为了便于远距离输送，在原油集输工艺中，从油井中开采出的原油一般需要加热后，黏度降低才可以向外输送。目前可以采用的油田加热炉形式主要以水套式加热炉、相变式加热炉、火筒式加热炉和管式加热炉为主，这些加热炉虽然具有灵活、便于管理、安全可靠等特点，但是这些加热炉一般以燃烧燃油、天然气为主，耗能大，成本高昂，单体容量偏低，热负荷0.4mw以下的加热炉占加热炉总量的七成以上，同时运行热效率偏低，燃烧化石能源的排烟温度较高，热效率平均值只有80％左右，造成天然气、燃油等能源的严重浪费。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种地热耦合太阳能的原油加热系统及方法，该方法在利用太阳辐射的同时，对油田伴生中低温地热资源进行充分开发，用于原油加热，降低原油黏度，提高原油流动性，便于原油的远距离运输。本发明可以同时达到节能、增效的目的。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

3、一种地热耦合太阳能的原油加热系统，包括光热储能模块和原油加热模块；

4、其中，光热储能模块包括集热器、热罐、冷罐和升温换热器，集热器的出口与热罐的入口相连通，热罐的出口与升温换热器的热侧入口相连通，升温换热器的热侧出口与冷罐的入口相连通，冷罐的出口与集热器的入口相连通；

5、原油加热模块包括加热器与井下换热器，井下换热器的出口与升温换热器的冷侧入口相连通，升温换热器的冷侧出口与加热器的热侧入口相连通。

6、进一步的，加热器的热侧出口经co2储气罐、co2循环泵与井下换热器的入口相连通。

7、进一步的，集热器的出口与热罐的入口之间设置第一工质泵和阀门。

8、进一步的，集热器的类型为槽式、塔式、蝶式与线性菲涅尔式中的一种或多种。

9、进一步的，热罐、冷罐与co2储气罐的材质为不锈钢材质、碳钢材质、玻璃钢材质、有机复合材质一种或几种。

10、进一步的，升温换热器与加热器的类型为管壳式换热器、板式换热器、翅片管换热器、印刷电路板式换热器中的一种或几种。

11、进一步的，压缩机为变频压缩机；压缩机形式为活塞式、螺杆式、离心式、滑片式与涡旋式中的一种；

12、井下换热器的形式为u型埋管、同心圆管或螺旋管中一种或几种。

13、一种基于如上所述的系统的地热耦合太阳能的原油加热方法，包括以下步骤：

14、驱动冷罐中储能工质经集热器1吸收太阳的光热，并将高温的储能工质储存于热罐中；驱动热罐中的高温储能工质流经升温换热器的热侧，将热量传递给升温换热器冷侧的第二原油加热模块的加热工质，降温后的储能工质储存于冷罐中；将co2储气罐中的循环工质升至超临界状态后，进入井下换热器加热，温度升至50～70℃，然后进入的升温换热器冷侧，吸收升温换热器的储能工质中的热量，co2循环工质温度升至120～200℃，再进入加热器热侧，将热量传递给加热器冷侧的原油，实现原油加热的目的；

15、co2循环工质加压升至超临界状态后，进入井下换热器加热，温度升至50～70℃，然后进入升温换热器，co2循环工质温度升至120～200℃，再进入加热器加热原油。

16、进一步的，储能工质为熔盐、水、导热油、空气与二氧化碳中的一种。

17、进一步的，循环工质为超临界态二氧化碳；co2储气罐的工作压力为5～6mpa，工作温度为20～40℃。

18、本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：

19、本发明利用原油加热模块中的井下换热器，吸收油田伴生中低温地热资源中的热量，利用光热储能模块，将太阳能储存并传递给co2循环工质，最终用于加热原油。与现有加热炉模式的原油加热系统相比，本发明不消耗化石能源，成本较低，热效率高，可以有效的减少碳排放且没有环境污染的风险。本发明耦合了光热储能和地热资源，可以保证在不同工况下，加热原油的热量供应连续稳定，极大地提高了原油加热系统的可靠性。本发明的耦合了光热储能和地热资源的原油加热系统，可以根据原油的加热负荷随时调控，调节手段灵活多变，同时各模块相互独立，互不干扰，便于对该系统的维护与检修。

技术特征：

1.一种地热耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，包括光热储能模块和原油加热模块；

2.根据权利要求1所述的地热耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，加热器(7)的热侧出口经co2储气罐(8)、co2循环泵(10)与井下换热器(9)的入口相连通。

3.根据权利要求2所述的地热耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，集热器(1)的出口与热罐(3)的入口之间设置第一工质泵(2)和阀门。

4.根据权利要求1所述的地热耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，集热器(1)的类型为槽式、塔式、蝶式与线性菲涅尔式中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的地热耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，热罐(3)、冷罐(4)与co2储气罐(8)的材质为不锈钢材质、碳钢材质、玻璃钢材质、有机复合材质一种或几种。

6.根据权利要求1所述的地热耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，升温换热器(4)与加热器(7)的类型为管壳式换热器、板式换热器、翅片管换热器、印刷电路板式换热器中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的地热耦合太阳能的原油加热系统，其特征在于，压缩机(10)为变频压缩机；压缩机(10)形式为活塞式、螺杆式、离心式、滑片式与涡旋式中的一种；

8.一种基于如权利要求1所述的系统的地热耦合太阳能的原油加热方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种根据权利要求8所述的地热耦合太阳能的原油加热方法，其特征在于，储能工质为熔盐、水、导热油、空气与二氧化碳中的一种。

10.一种根据权利要求8所述的地热耦合太阳能的原油加热方法，其特征在于，循环工质为超临界态二氧化碳；co2储气罐(8)的工作压力为5～6mpa，工作温度为20～40℃。

技术总结
本发明公开一种地热耦合太阳能的原油加热系统及方法，包括光热储能模块和原油加热模块；光热储能模块包括集热器、热罐、冷罐和升温换热器，集热器的出口与热罐的入口相连通，热罐的出口与升温换热器的热侧入口相连通，升温换热器的热侧出口与冷罐的入口相连通，冷罐的出口与集热器的入口相连通；原油加热模块包括加热器与井下换热器，井下换热器的出口与升温换热器的冷侧入口相连通，升温换热器的冷侧出口与加热器的热侧入口相连通。本发明的耦合了光热储能和地热资源的原油加热系统，可以根据原油的加热负荷随时调控，调节手段灵活多变，同时各模块相互独立，互不干扰，便于对该系统的维护与检修。

技术研发人员：吴帅帅,张一帆,张纯,杨玉,吴家荣,乔永强,蒋世希,李晓照,杨乐
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12