CN102086967B - 一种用于原油伴热的地源热泵系统 - Google Patents

一种用于原油伴热的地源热泵系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及原油集输加热领域，尤其指一种用地热为热源，对原油伴热的加热系统。其特征在于：该系统主要包括地源热泵系统和原油伴热系统两部分；所述的地源热泵系统主要由地热井、热泵机组、蓄热水箱和换热器组成，所述的原油伴热系统主要包括直接从油井过来的管路连接分离器，从分离器分别出来的三方向管路分别是原油管路、蒸汽管路和油气水混合管路连接中转站；地源热泵系统的热交换部分分别设置在原油伴热系统的直接从油井过来的管路、分离器、原油管路和油气水混合管路上。本发明的目的是解决现有技术污染严重，大量消耗一次性能源的缺点。

Description

一种用于原油伴热的地源热泵系统
技术领域：本发明涉及原油集输加热领域，尤其指一种用地热为热源，对原油伴热的加热系统。
背景技术：目前在石油开采过程中，为了防止原油结焦，往往需要对输送管道中的原油进行伴热。现有的伴热技术主要采用火炉加热方法，使用的是水套加热炉。水套加热炉主要由水套、火筒、火嘴、沸腾管和走油盘管五部分组成，用在油井井场给油井产出的油气加温降粘。这种加热炉为压力容器，需要额外采取技术手段防爆，同时由于以油、气为燃料，使用过程中会造成严重污染，使用过程中对燃油的消耗也很大，不利于环保。
目前有些文献也有采取地热为热源伴热系统的报道，但地热热源伴热系统都是在联合站、中转站之后的油气水分离中采用的设想，而具体的实施还没有一家能够进行，且也没有从油井直接采出的原油伴热等这方面的报道。
发明内容：
本发明采用地源热泵技术替代现有加热炉技术实现对原油的伴热，解决现有技术污染严重，大量消耗一次性能源的缺点。
本发明是通过以下技术方案实施的：
一种用于原油伴热的地源热泵系统，其特征在于：该系统主要包括地源热泵系统和原油伴热系统两部分；所述的地源热泵系统主要由地热井、热泵机组、蓄热水箱和换热器组成，其中地热井中的地埋管通过管路与热泵机组连接，热泵机组通过管路与蓄热水箱连接，蓄热水箱通过管路与换热器连接；所述的原油伴热系统主要包括直接从油井过来的管路连接分离器，从分离器分别出来的三方向管路分别是原油管路、蒸汽管路和油气水混合管路连接中转站；地源热泵系统的热交换部分分别设置在原油伴热系统的直接从油井过来的管路、分离器、原油管路和油气水混合管路上。
考虑到地源热泵的效率，应当在原油伴热系统的分离器处由独立的地源热泵系统直接和通过地罐、缓冲罐连接。
考虑到地源热泵的效率，一个原油伴热系统需要三个独立的地源热泵机组连接，第一地源热泵机组设置在直接从油井过来的管路上，第二地源热泵机组设置在分离器处，第三地源热泵机组设置在通往中转站的油气水混合管路。
地源热泵系统的地热井采用单井回灌结构。
地埋管采用双U型PE管材，单孔孔深100米，需12孔以上满足需要。
本发明与现有技术相比，采用地源热泵技术进行原油伴热具有如下优点：
1、能源利用效率高：能源利用效率比燃油燃气锅炉效率大大提升，提高热效率22%；
2、运行成本低：本装置初投资方面比常规锅炉高，但在运行时减少一次性能源（原油和天然气）的消耗，运行费用大大减少，所以可以在很短的时间内通过运行费用的节约而收回初投资；
3、环保效果显著：原油和天然气的燃烧大幅度减少，燃烧效率提高，废气的排放也大幅度降低；
4、安全可靠：因为没有明火存在，因此该系统运行稳定，无任何安全隐患。
5、本技术不仅可以作为原油的油气水分离提供热源，而且对超稠原油的输送也可以提供足够的热源。
附图说明：
图1为现有技术中原油伴热系统示意图；
图2为地源热泵系统的主要结构示意图；
图3为地源热泵机组运行示意图；
附图标记说明：
1：分离器、2：阀门、3：地罐、4：缓冲罐、5：循环泵、6：流量计、7：第二地源热泵机组、8：换热器、9：第一地源热泵机组、10：第三地源热泵机组、11：地埋管、12：热泵机组、13：蓄热水箱、14：中转站、15：原油输送管道、16：水套炉、17：火管炉、19：原油管路、20：蒸汽管路、21：油气水混合管路、22：直接从油井过来的管路。
具体实施方式：
地源热泵技术是近些年发展起来的高环保技术。地源热泵是指通过消耗少量（25～30%）高品位能量（电能），将地下水大量不可直接利用的低品位热能（9～12℃）变成可直接利用的高品位热能（60～90℃）的装置。即热泵从环境中提取热量用于供热。
石油开采过程中需要对原油进行输送和油水分离，这个过程会产生大量30-40℃的含油污水。因此，可以利用高温地源热泵机组，提取30-40℃的含油污水中热量，提供75-80℃的使用热水，来替代现有技术中的水套加热炉来实现对原油的伴热。
本发明一种用于原油伴热的地源热泵系统，它主要包括地源热泵系统和原油伴热系统两部分；所述的地源热泵系统主要由地热井、热泵机组12、蓄热水箱13和换热器8组成，见图3所示；其中地热井中的地埋管11通过管路与热泵机组12连接，热泵机组12通过管路与蓄热水箱13连接，蓄热水箱13通过管路与换热器8连接。附图3中地埋管11设置在一个矩形的形状中，该矩形代表单个水井结构，通过单井回灌结构也可实现热源的提供。单井回灌能最大限度地减少占地面积，同时，热效率对原油输送和油水分离也更高实现。此外，该矩形也可以视为承装从油井开采出来的30-40℃含油污水的容器，用于自身的热源供应。
所述的原油伴热系统主要包括直接从油井过来的管路22连接分离器1，从分离器1分别出来的三方向管路分别是原油管路19、蒸汽管路20和油气水混合管路21连接中转站14；地源热泵系统的热交换部分要分别设置在原油伴热系统的直接从油井过来的管路22、分离器1、原油管路19和油气水混合管路21上。
下面结合附图对本发明进行具体描述。
图1为现有技术中原油伴热系统示意图，如图所示，现有技术中采用的是水套炉17和火管炉16进行伴热，存在明火、不安全，耗能大等方面的弊端。
图2为地源热泵系统示意图，如图所示，用地源热泵机组替代现有技术中的水套炉和火管炉，具体为：第一个地源热泵机组9连接直接从油井过来的管路22，对直接从油井提升上来的原油输送起加热作用；分离器1对原油的油水分离起关键作用，所以要用单独的第二地源热泵机组7通过地罐3和缓冲罐4与分离器1连接。地罐3和缓冲罐4能够稳定地提供热能。从分离器1出来的油气水混合管路21连接第三地源热泵机组10，分别送到中转站14，为输送管路提供热源。图2中的换热器8是第一地源热泵机组9或第三地源热泵机组10中的换热器。
一套原油伴热系统采用一套地源热泵系统就可以实现发明目的，如果如图2所示，和一套原油伴热系统采用三套地源热泵系统，实施效果更好。
图3为地源热泵机组运行示意图，地埋管11采用双U型PE管材，单孔孔深100米，需12孔以上满足需要。
本发明在辽河油田古三中转站曙古1号井实施，原中转站采用3台火管炉和1台燃气炉，对原油进行集输加热，每天耗气总量约为5624 m3，原油集输量每天约为1200 m3，进口温度37℃，出口温度45℃，含水率为88%。现该工程设计采用水源热泵替代燃气炉对原油进行集输加热，并对站内约72 m3的原油进行伴热，低温热源利用地下浅层水的热能。
根据曙古（1号井）的原油抽采记录的有关参数如下：
抽采量平均为25.63 m3，最大26.1 m3，按26.1 m3计算；
原油品物性参数表：
Figure 2010105514431100002DEST_PATH_IMAGE001
从目前效果看，节省热效率22%，性能稳定，符合国家规定。

Claims (5)

1.一种用于原油伴热的地源热泵系统，其特征在于：该系统主要包括地源热泵系统和原油伴热系统两部分；所述的地源热泵系统主要由地热井、热泵机组（12）、蓄热水箱（13）和换热器（8）组成，其中地热井中的地埋管（11）通过管路与热泵机组（12）连接，热泵机组（12）通过管路与蓄热水箱（13）连接，蓄热水箱（13）通过管路与换热器（8）连接；所述的原油伴热系统主要包括直接从油井过来的管路（22）连接分离器（1），从分离器（1）分别出来的三方向管路分别是原油管路（19）、蒸汽管路（20）和油气水混合管路（21）连接中转站（14）；地源热泵系统的热交换部分要分别设置在原油伴热系统的直接从油井过来的管路（22）、分离器（1）、原油管路（19）和油气水混合管路（21）上。
2.根据权利要求1所述一种用于原油伴热的地源热泵系统，其特征在于：考虑到地源热泵的效率，应当在原油伴热系统的分离器（1）处由独立的地源热泵系统直接和通过地罐（3）、缓冲罐（4）连接。
3.根据权利要求1所述一种用于原油伴热的地源热泵系统，其特征在于：考虑到地源热泵的效率，一个原油伴热系统需要三个独立的地源热泵系统连接，第一地源热泵系统（9）设置在直接从油井过来的管路（22）上，第二地源热泵系统（7）设置在分离器（1）处，第三地源热泵系统（10）设置在通往中转站（14）的油气水混合管路（21）。
4.根据权利要求1所述一种用于原油伴热的地源热泵系统，其特征在于：地源热泵系统的地热井采用单井回灌结构。
5.根据权利要求1所述一种用于原油伴热的地源热泵系统，其特征在于：
地埋管（11）采用双U型PE管材，单孔孔深100米，需12孔以上满足需要。
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