CN103967465B - 地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置及其加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置及其加热方法，包括电气连接的太阳能电源部和声波部，声波部包括发射声波的若干个发射单元、介质基板以及将两者固定连接成一体的连接架，其中，声波部设置于地下油井的稠油层与水层之间的交界面处，太阳能电源部与发射单元电气连接并向其供电，发射单元产生声波束，该声波束沿垂直于介质基板板面的方向传播，依次通过水层的水介质、介质基板、稠油层的油介质后进入稠油油液内部并通过声振动加热稠油使其整体温度逐渐升高。本发明有效利用了太阳能这一绿色能源用于地下稠油和页岩油开采，其次又消除了声波反射损耗，节约能耗的同时也提高了加热的效率。

Description

地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置及其加热方法

技术领域

本发明涉及页岩油气和稠油探采领域，尤指一种地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置及其加热方法。

背景技术

稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。通常把地面密度大于0.943、地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油，因为稠油的密度大，也叫做重油。在油层温度下，脱气原油黏度大于l0000毫帕•秒的原油称为特稠原油。稠油的温度越低，其粘度越高，越不利于开采。稠油的含水量也低，黏度随温度变化，改变显著，如温度增加8～9，黏度可减少一半。因此，对稠油的开采、输送，多用热力降低其黏度，方法包括蒸气驱动、热油循环、火烧油层等，但考虑此类普遍加热的形式对能源是个浪费（例如：现有的向地下输入蒸汽将油液热溶化的方法，其缺点是加热的盲目性，地层对巨大热量的无用消耗成为浪费），从综合效益的总体考虑还无法普及。当然也可采用掺入稀油、乳化、加入活性剂而降低其黏度的方式，只不过长此以往，化学污染及环境问题又可能掺入进来，使情况进一步复杂化。

其他方面，对于长期以来的老旧油井而言，优质的轻质的油气早已开采完毕，剩下的均是比重相对较大的稠油或页岩油，这些沉于井下的油液体积巨大，且处于地下深处温度低粘稠度大，以现有技术要将其抽至地面则是一个复杂而艰难课题。其中，温度的提高和粘度降低成为主要的两个因素，为了兼顾满足节约与可流动性这两个方面的最低要求，就需要找到一个中间平衡点，既保证油流上升过程中始终保持可维持流动的最低温度，又降低油流加热以外的热能耗。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种环保、节能、高效的地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，本发明的另一目的是提供一种地下矿物油类太阳能声波反射层加热方法。

为实现上述目的，本发明地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，包括电气连接的太阳能电源部和声波部，声波部包括发射声波的若干个发射单元、介质基板以及将两者固定连接成一体的连接架，其中，声波部设置于地下油井的稠油层与水层之间的交界面处，太阳能电源部与发射单元电气连接并向其供电，发射单元产生声波束，该声波束沿垂直于介质基板板面的方向传播，依次通过水层的水介质、介质基板、稠油层的油介质后进入稠油油液内部并通过声振动加热稠油使其整体温度逐渐升高。

进一步，所述声波部的重心位于所述介质基板内，所述声波部的平均比重大小介于水和稠油之间。

进一步，所述介质基板为片状结构，介质基板设置于所述交界面处，在距片状结构设定距离的位置上对应设置有若干个所述发射单元。

进一步，所述声波束在通过所述水层的水介质、所述介质基板、所述稠油层的油介质的不同介质界面间发生两次反射。

进一步，所述介质基板、水和稠油的声介质常数以及所述介质基板厚度相匹配设置，以使所述不同介质界面间的两次反射满足反射波的相消条件。

进一步，所述发射单元所发声波频段包括次声到超声的不同频段；若干所述发射单元可在同一平面受控同步发射平面波。

进一步，所述太阳能电源部包括按前后顺序串连连接的若干太阳能电池板、若干汇流装置及电源管理装置。

一种利用上述地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，来工作的地下矿物油类太阳能声波反射层加热方法，具体为：

1）先向地下油井的稠油层下注水；

2）将声波部设置于地下油井的稠油层与水层之间的交界面处；

3）若干太阳能电池板工作通过汇流装置将电力输送给电源管理装置，并进行声波发射的电源转换，转换后供给发射单元工作并产生声波束；

4）声波束由发射单元上的声波波导导引沿垂直于介质基板板面的方向传播，依次通过水层的水介质、介质基板、稠油层的油介质；

5）声波进入稠油油液内部后，通过声振动加热稠油使其整体温度逐渐升高。

本发明有效利用了太阳能这一绿色能源用于地下稠油和页岩油开采，其次又消除了声波反射损耗，节约能耗的同时也提高了加热的效率。

附图说明

图1为本发明的声波部结构示意图；

图2为本发明的工作原理和过程示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1、2所示，本发明地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，包括电气连接的电源部(图中未示)和声波部6。

电源部设置于地面，本发明中，电源部为太阳能电源部，电源部(图中未示)设置为按前后顺序串连连接的若干太阳能电池板(图中未示)、若干汇流装置(图中未示)及电源管理装置(图中未示)。

声波部6包括发射声波的若干个发射单元11、介质基板12以及将两者固定连接成一体的连接架13。介质基板12用于隔离稠油层2和水层1，介质基板12为片状结构，在距片状结构一定距离的若干位置上对应设置有若干个发射单元11。声波部6的重心位于介质基板12内，其平均比重大小介于水和稠油之间。水层1为地下油井中的地下水层，或者为抽油前向地下油井中注水所形成的水层。

发射单元11由太阳能电源部供电后将发射出声波束，发射单元11所发声波频段包括次声到超声的不同频段，若干发射单元11可在同一平面受控同步发射合成的平面波。声波束在通过水层1的水介质、介质基板12、稠油层2的油介质的不同介质界面间发生两次反射。介质基板12、水和稠油的声介质常数以及介质基板12厚度相匹配设置，以使所述不同介质界面间的两次反射满足反射波的相消条件。

本发明地下矿物油类太阳能声波反射层加热方法，具体为：

1）先向地下油井3的稠油层2下注水；

2）将声波部6设置于地下油井的稠油层2与水层1之间的交界面4处；

3）若干太阳能电池板工作通过汇流装置将电力输送给电源管理装置，并进行声波发射的电源转换，转换后供给发射单元11工作并产生声波束；

4）声波束由发射单元11上的声波波导导引沿垂直于介质基板12板面的方向传播，依次通过水层1的水介质、介质基板12、稠油层2的油介质；

5）声波进入稠油油液内部后，通过声振动加热稠油使其整体温度逐渐升高。

本发明在开采稠油和页岩油的过程中利用太阳能所发电力产生声波，在油液底部与水的接触面上设置介质层，再利用二次反射相消原理将所产生声波从水层通过介质层入射进入油液，使声波的能量无损耗地直接用于油液的声波加热，借以提高对油液加热的效率并相对降低无功热损耗。稠油层通过声振动加热后，其整体的粘滞性减小、流动改善、更易于管道输运。

Claims (8)

1.地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，其特征在于，包括电气连接的太阳能电源部和声波部，声波部包括发射声波的若干个发射单元、介质基板以及将两者固定连接成一体的连接架，其中，声波部设置于地下油井的稠油层与水层之间的交界面处，太阳能电源部与发射单元电气连接并向其供电，发射单元产生声波束，该声波束沿垂直于介质基板板面的方向传播，依次通过水层的水介质、介质基板、稠油层的油介质后进入稠油油液内部并通过声振动加热稠油使其整体温度逐渐升高；所述声波部的重心位于所述介质基板内。

2.如权利要求1所述的地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，其特征在于，所述声波部的平均比重大小介于水和稠油之间。

3.如权利要求1所述的地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，其特征在于，所述介质基板为片状结构，介质基板设置于所述交界面处，在距片状结构设定距离的位置上对应设置有若干个所述发射单元。

4.如权利要求1所述的地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，其特征在于，所述声波束在通过所述水层的水介质、所述介质基板、所述稠油层的油介质的不同介质界面间发生两次反射。

5.如权利要求4所述的地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，其特征在于，所述介质基板、水和稠油的声介质常数以及所述介质基板厚度相匹配设置，以使所述不同介质界面间的两次反射满足反射波的相消条件。

6.如权利要求4所述的地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，其特征在于，所述发射单元所发声波频段包括次声到超声的不同频段；若干所述发射单元在同一平面受控同步发射平面波。

7.如权利要求1所述的地下矿物油类太阳能声波反射层加热装置，其特征在于，所述太阳能电源部包括按前后顺序串连连接的若干太阳能电池板、若干汇流装置及电源管理装置。

8.一种利用权利要求1-7任一所述的加热装置对地下矿物油类太阳能声波反射层加热的方法，具体为：

1）先向地下油井的稠油层下注水；

2）将声波部设置于地下油井的稠油层与水层之间的交界面处；

3）若干太阳能电池板工作通过汇流装置将电力输送给电源管理装置，并进行声波发射的电源转换，转换后供给发射单元工作并产生声波束；

4）声波束由发射单元上的声波波导导引沿垂直于介质基板板面的方向传播，依次通过水层的水介质、介质基板、稠油层的油介质；

5）声波进入稠油油液内部后，通过声振动加热稠油使其整体温度逐渐升高。