耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统的制作方法

1.本发明涉及油田开采地面工程及能源综合利用技术领域，尤其涉及一种耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统。


背景技术：

2.随着全球对气候变化的日益关注，碳减排已提上日程，中央经济工作会议上已明确提出了“3060”目标，这对稠油开采行业也提出了新的目标，即如何实现在保障油气开采的前提下进一步降碳提效。
3.世界主流的稠油热采工艺中，需要将大量的高温高压蒸汽注入油层进行加热，以降低稠油的粘度，形成油水混合物采出，后经油水分离得到最终产物。这一过程所消耗的高温高压蒸汽通过注汽炉产生，每开采一吨稠油，需耗费大约8吨蒸汽，而油田注汽炉必须利用传统化石燃料产生蒸汽，是油田碳排放的重要来源。油田地区的降碳提效必须从优化注汽锅炉系统的能源配置入手。
4.考虑到油田作业区占地面积广，风、光资源充分的现实情况，如何充分利用新能源替代传统化石能源，开发基于新能源结合传统能源综合利用的新型油田注汽系统是十分迫切的目标，对油田的可持续化生产意义重大。
5.稠油热采根据油藏不同，主要通过太阳能光热转化等新能源利用方式直接加热工质产生蒸汽，包括太阳能光热转化蒸汽吞吐、太阳能光热转化蒸汽驱、太阳能光热转化热水驱等方式。
6.太阳能光热转化蒸汽吞吐，即采用太阳能光热转化的方法先向油井注入一定量的蒸汽，关井一段时间，待蒸汽的热能向油层扩散后，再开井生产的一种开采重油的增产方法。蒸汽吞吐开采工艺的主要原理是通过使用蒸汽来提高被采油田的油品的温度来增加油藏的流动性从而便于开采，整个全部的开采过程有物理学、化学、热力学等多个学科交叉参与的。
7.太阳能光热转化蒸汽驱，即向一口或者多口井中持续地注入热蒸汽，将地下原油加热并流向多口生产井，从生产井将原油持续开采出来的方法，其中所注入的蒸汽通过太阳能光热转化得到。
8.太阳能光热转化热水驱，即采用太阳能集热方式加热水，将热水注入油井提高地层的温度，降低原油的粘度。
9.太阳能光热转化直接加热工质产生蒸汽的方法，主要存在以下缺陷：
10.太阳能光热转化蒸汽吞吐缺点是通常仅仅能动用和开采近井地带的稠油，各个井区间存在大量的死油区，随着储油量和地层能量的降低，该项技术的采油效果和经济效益会逐次降低，所以这种技术开采到一定程度时应该转换其他的开采方式来取得更高的经济效率。此外太阳能光热转化具有周期性、波动大的天然特点，太阳辐照度呈现间断和极不稳定的状态，这给油田地区的太阳能集热直接生产蒸汽的规模化应用增加了难度。
11.太阳能光热转化蒸汽驱的缺点是在开采初始阶段的驱油效果会受到地层和温度
场的限制，往往需要经过比较长的时间注入蒸汽后，油井才会增产。投资维护成本高，需要占用大量的土地，并铺设复杂的管线。同时，必须很好地解决太阳能光热转化的蓄能问题，稠油热采注汽系统加上储能装置后，将极大增加投资和维护成本。同时太阳能定日镜系统造价昂贵，在一次投资中占据很大比重。
12.太阳能光热转化热水驱的缺点是热水含量较少，并不能作为有效热载体把热量带入油藏。缺乏实际运行的太阳能光热转化稠油热采项目，光热转化技术仍处于研究设计阶段。


技术实现要素：

13.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统，在满足油田注汽需求上，可以最大限度节能、降耗、减排。
14.根据本发明实施例的耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统，其特征在于，包括：
15.第一水泵装置；
16.第二水泵装置；
17.电锅炉，所述电锅炉与所述第一水泵装置相连，所述电锅炉用于接收所述第一水泵装置输出的水并加热，输出热水和蒸汽；
18.液体混合器，所述液体混合器分别与所述第二水泵装置和所述电锅炉相连，所述第二水泵装置输出的水和所述电锅炉输出的热水均进入所述液体混合器中并由所述液体混合器输出；
19.注汽炉，所述注汽炉与所述液体混合器相连，所述注汽炉用于接收所述液体混合器输出的水，产生并输出蒸汽；
20.蒸汽混合器，所述蒸汽混合器分别与所述电锅炉和所述注汽炉相连，所述电锅炉输出的蒸汽和所述注汽炉输出的蒸汽均进入所述蒸汽混合器并由所述蒸汽混合器输出；
21.过热器，所述过热器与所述蒸汽混合器相连，用于接收所述蒸汽混合器输出的蒸汽并将所述蒸汽混合器输出的蒸汽加热成所需的高温高压的蒸汽并输送至油井；
22.第一蒸汽管路，所述第一蒸汽管路用于将所述电锅炉产生的蒸汽直接输送至油井。
23.根据本发明实施例的耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统，具有如下的优点：第一、由于电锅炉采用电加热第一水泵装置输入的水，电锅炉的用电可以为如油田区域的光电和风电等再生能源的电，包括不能入网的光电和风电等的弃电。由于光电和风电波动性大，当电力供应满足要求时，可采用电锅炉生产高温高压蒸汽进入蒸汽混合器，而当电力供应不足时，可通过电锅炉生产热水，热水通过液体混合器进一步进入注汽炉加热成为蒸汽，这样可以将油田地区不能入网的低碳新能源电力如光电、风电充分利用起来，可以大大地减少电力浪费，同时可以最大限度地节约化石燃料，减少二氧化碳的排放。第二、发挥注汽炉灵活调峰的优势，既能满足油田的注汽需求，又能减少化石燃料的使用。第三、通过设置蒸汽混合器和液体混合器，将新能源产生的不稳定蒸汽转变为稠油热采中的稳定汽源，保障稠油生产。第四，通过设置第一蒸汽管路，当电锅炉产生的高温高压蒸汽为稳定
汽源时，可以直接将稳定汽源输送至油井。总之，本发明实施例的耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统可以在满足油田注汽需求上，可以最大限度节能、降耗、减排，同时也降低了成本。
24.根据本发明的一个实施例，所述电锅炉与所述蒸汽混合器之间通过第二蒸汽管路相连，所述第一蒸汽管路的一端与所述第二蒸汽管路连通。
25.根据本发明的一个实施例，所述电锅炉还与排污管相连。
26.根据本发明的一个实施例，所述电锅炉有多个，多个所述电锅炉采用并列或/和串联方式布置。
27.根据本发明的一个实施例，所述电锅炉为高温高压的电加热锅炉。
28.根据本发明的一个实施例，所述电锅炉的供电来自光电或/和风电，或来自电网的工业用电。
29.根据本发明的一个实施例，所述液体混合器为实现高温高压水混合的热力设备，所述蒸汽混合器为用于实现高温高压蒸汽混合的热力设备。
30.根据本发明的一个实施例，所述第一水泵装置输出的水为不含正溶解特性盐离子和负溶解特性盐离子的清水，或者为不含负溶解特性盐离子但含有正溶解特性盐离子的软化盐水；所述第二水泵装置输出的水为不含正溶解特性盐离子和负溶解特性盐离子的清水，或者为不含负溶解特性盐离子但含有正溶解特性盐离子的软化盐水。
31.根据本发明的一个实施例，所述注汽炉为直流注汽炉。
32.根据本发明的一个实施例，所述过热器为屏式过热器。
33.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
34.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
35.图1为本发明实施例的耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统的示意图。
36.附图标记：
37.耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统1000
38.第一水泵装置1
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第二水泵装置2
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电锅炉3
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液体混合器4
39.注汽炉5
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蒸汽混合器6
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过热器7
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第一蒸汽管路8
40.第二蒸汽管路9 排污管10
具体实施方式
41.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
42.下面结合图1来描述根据本发明实施例的耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统1000。
43.根据本发明实施例的耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统1000，包括第一水泵装置1、第二水泵装置2、电锅炉3、液体混合器4、注汽炉5、蒸汽混合器6、过热器7和第一蒸汽管路8。其中，电锅炉3与第一水泵装置1相连，电锅炉3用于接收第一水泵装置1输出的水并加热，输出热水和蒸汽；液体混合器4分别与第二水泵装置2和电锅炉3相连，第二水泵装置2输出的水和电锅炉3输出的热水均进入液体混合器4中并由液体混合器4输出；注汽炉5与液体混合器4相连，注汽炉5用于接收液体混合器4输出的水，产生并输出蒸汽；蒸汽混合器6分别与电锅炉3和注汽炉5相连，电锅炉3输出的蒸汽和注汽炉5输出的蒸汽均进入蒸汽混合器6并由蒸汽混合器6输出；过热器7与蒸汽混合器6相连，用于接收蒸汽混合器6输出的蒸汽并将蒸汽混合器6输出的蒸汽加热成所需的高温高压的蒸汽并输送至油井；第一蒸汽管路8用于将电锅炉3产生的蒸汽直接输送至油井。
44.可以理解的是，第一水泵装置1的主要作用是向电锅炉3输送作为加热工质的水，电锅炉3对输入的水进行加热，使水升温生产出热水和蒸汽。电锅炉3主要是利用电加热水，电锅炉3的用电可以是不能入网的低碳新能源电力，如油田地区的光电、风电等弃电，也就是说，油田地区的弃电可以被充分利用起来，当然，电锅炉3也可以采用工业用电等其他一切适用于电锅炉3的电源。由于油田地区的风电和光电受风和光的影响，可能有时电力比较充足，有时电力不足，电力波动性比较大。当电力供应满足要求时，可采用电锅炉3生产高温高压蒸汽进入蒸汽混合器6或通过第一蒸汽管路8输直接送至油井；当电力供应不足时，可采用电锅炉3生产热水，热水进入液体混合器4中缓存，再进入注汽炉5加热成为蒸汽。液体混合器4的主要作用是用于接收电锅炉3输出的热水以及第二水泵装置2输出的水，起缓存作用，液体混合器4在同一时间可以只接收电锅炉3输出的热水或只接收第二水泵装置2输出的水，还可以同时接收电锅炉3输出的热水和第二水泵装置2输出的水。注汽炉5使用化石燃料燃烧来加热水以生产出蒸汽。蒸汽混合器6的主要作用是用于接收电锅炉3输出的蒸汽以及注汽炉5输出的蒸汽，起缓存作用，蒸汽混合器6在同一时间可以只接收电锅炉3输出的蒸汽或只接收注汽炉5输出的蒸汽，还可以同时接收电锅炉3输出的蒸汽和注汽炉5输出的蒸汽。由于一般情况下，蒸汽混合器6中的蒸汽的温度达不到油井所需的高温高压蒸汽的温度和压力，因此，蒸汽混合器6中的蒸汽还需经过过热器7进一步加热升温升压，使得过热器7输出的高温高压蒸汽满足油井的要求。
45.根据本发明实施例的耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统1000，具有如下的优点：第一、由于电锅炉3采用电加热第一水泵装置输入的水，电锅炉的用电可以为如油田区域的光电和风电等再生能源的电，包括不能入网的光电和风电等的弃电。由于光电和风电波动性大，当电力供应满足要求时，可采用电锅炉3生产高温高压蒸汽进入蒸汽混合器6，而当电力供应不足时，可通过电锅炉3生产热水，热水通过液体混合器4进一步进入注汽炉5加热成为蒸汽，这样可以将油田地区不能入网的低碳新能源电力如光电、风电充分利用起来，可以大大地减少电力浪费，同时可以最大限度地节约化石燃料，减少二氧化碳的排放。第二、发挥注汽炉5灵活调峰的优势，既能满足油田的注汽需求，又能减少化石燃料的使用。第三、通过设置蒸汽混合器6和液体混合器4，将新能源产生的不稳定蒸汽转变为稠油热采中的稳定汽源，保障稠油生产。第四，通过设置第一蒸汽管路8，当电锅炉3产生的高温高压蒸汽为稳定汽源时，可以直接将稳定汽源输送至油井。总之，本发明实施例的耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统1000可以在满足油田注汽需求上，可以最大限度节
能、降耗、减排，同时也降低了成本。
46.根据本发明的一个实施例，电锅炉3与蒸汽混合器6之间通过第二蒸汽管路9相连，第一蒸汽管路8的一端与第二蒸汽管路9连通。可以理解的是，在电锅炉3与蒸汽混合器6之间设置第二蒸汽管路9，通过第二蒸汽管路9可以将电锅炉3的蒸汽输送至蒸汽混合器6中，而第一蒸汽管路8的一端与第二蒸汽管路9连通，这样可以避免在电锅炉3上另外再设蒸汽接口，方便第一蒸汽管路8的布局。
47.根据本发明的一个实施例，电锅炉3还与排污管10相连，这样可以定期地将电锅炉3内的污物排出。
48.根据本发明的一个实施例，电锅炉3有多个，多个电锅炉3采用并列或/和串联方式布置，也就是说，电锅炉3的个数及布置方式可以根据实际需求进行布局。
49.根据本发明的一个实施例，电锅炉3为高温高压的电加热锅炉。例如，电加炉要求满足约350℃的高温和13.5mpa的高压。
50.根据本发明的一个实施例，电锅炉3的供电来自光电或/和风电，或来自电网的工业用电。也就是说，可以将油田区域的光电和风电等再生能源电，包括不能入网的光电和风电等弃电充分利用起来，或者根据实际需要，也可以采用来自电网的工业用电或者其他一切适用于电锅炉3的电力。
51.根据本发明的一个实施例，液体混合器4为实现高温高压水混合的热力设备，液体混合器4可以为集箱、联箱、压力容器混合器等；蒸汽混合器6为用于实现高温高压蒸汽混合的热力设备，蒸汽混合器6可以为集箱、联箱、压力容器混合器等。
52.根据本发明的一个实施例，第一水泵装置1输出的水为不含正溶解特性盐离子和负溶解特性盐离子的清水，或者为不含负溶解特性盐离子但含有正溶解特性盐离子的软化盐水。这里需要说明一下，正溶解特性盐离子包括但不限于钠离子、钾离子；负溶解特性盐离子包括但不限于镁离子、钙离子。由于清水或软化盐水中不含镁离子、钙离子等，电锅炉3加热时，可以避免电锅炉3内水垢沉积而造成对电锅炉3的受热面的腐蚀和传热恶化，从而避免发生爆管等事故。
53.第二水泵装置2输出的水为不含正溶解特性盐离子和负溶解特性盐离子的清水，或者为不含负溶解特性盐离子但含有正溶解特性盐离子的软化盐水。这里需要说明一下，正溶解特性盐离子包括但不限于钠离子、钾离子；负溶解特性盐离子包括但不限于镁离子、钙离子。在注汽炉5中，注汽炉5的给水允许含有一定量的正溶解特性盐离子，由于完全除去正溶解特性盐离子成本很高，因此，允许第二水泵装置2输出的水中含有盐离子的好处是可以降低成本。
54.根据本发明的一个实施例，注汽炉5为直流注汽炉。这是因为直流注汽炉具有如下的优点，第一、可以节省钢材。直流注汽炉没有汽包，并可采用小直径蒸发管，使钢材消耗量明显下降。第二、直流注汽炉起、停时间短。直流注汽炉没有厚壁的汽包，在起、停时，需要加热、冷却的时问短，从而缩短了起、停时间。第三、制造、运输、安装方便。第四、受热面布置灵活。工质在管内强制流动，有利于传热及适合炉膛形状而灵活布置。第五、适用于高压和超高压运行(大于6.0mpa)。
55.直流注汽炉包括但不限于燃煤注汽锅炉、燃气注汽锅炉、燃油注汽锅炉或多种注汽锅炉的组合。
56.根据本发明的一个实施例，过热器7为屏式过热器。屏式过热器具有如下的特点：第一、吸收部分炉内辐射热，能有效地降低了炉膛出口烟温，防止对流过热器结渣。第二、出口烟窗处的屏间距离大，稀疏布置的管屏起了凝结熔渣的作用。第三、屏过能在1000～1300℃烟温区内可靠的工作，与对流过热器相比，烟温提高，传热温差增大，传热强度高，受热面积可减少。第四、屏过以辐射为主，与对流过热器联合使用，可改善汽温变化特性。
57.还需要说明的是，第一水泵装置1和第二水泵装置2均包括常用泵和备用泵，当常用泵发生故障时，可以启用备用泵，保证耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统1000的正常运行。耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统1000中的管路包括常用管路和备用管路，当常用管路发生故障例如泄漏时，可以启用备用管路，保证耦合电锅炉产生蒸汽及热水的油田注汽锅炉系统1000的正常运行。管路上设置必要的阀门和增压泵，这是因为管路阀门的必要性在于控制流量通断和流量大小，例如，当某一常用管路发生故障时能及时关闭该发生故障的常用管路上的阀门，开启备用管路上的阀门；增压泵的必要性在于维持系统压力平衡，不至于发生倒吸、回流等事故。
58.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
59.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。