CN104747151A - 用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统 - Google Patents

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CN104747151A CN201310749777.3A CN201310749777A CN104747151A CN 104747151 A CN104747151 A CN 104747151A CN 201310749777 A CN201310749777 A CN 201310749777A CN 104747151 A CN104747151 A CN 104747151A
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姚志豪
张亚南
张义堂
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    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Abstract

本发明涉及一种用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，包括太阳镜场、吸热系统；其中，待加热的水从吸热系统的入口进入吸热系统，实时跟踪太阳位置的太阳镜场将所采集的太阳光聚焦到吸热系统上，水在吸热系统内流动并不断地被加热，最后变成蒸汽从吸热系统的出口流出，所得到的蒸汽能被直接用于稠油热采。本发明的太阳能产蒸汽系统可直接产蒸汽或间接产蒸汽，带有储热系统时可实现太阳落山后持续产蒸汽，运行时间长，具有节能环保无污染的特点，同时还能与常规燃料互补运行。

Description

用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统
技术领域
本发明涉及稠油热采领域，特别涉及一种用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统。
背景技术
稠油是指黏度大于50毫帕·秒，或在油层温度下脱气原油黏度为1000～10000毫帕·秒的高黏度重质原油。地球上的稠油资源非常丰富，预计占到全球石油储量的三分之二。我国有着十分丰富的稠油资源，据统计，我国陆上稠油资源约占石油总资源量的20%以上，探明与控制储量约为40亿吨，目前在12个盆地发现了70多个稠油油田，我国每年稠油产量约占原油总产量的10%。
稠油热采技术是目前稠油开发的主要手段，它能够有效升高油层温度，降低稠油粘度，使稠油易于流动，从而将稠油采出。稠油热采技术的具体实现手段有多种，包括蒸汽吞吐采油技术、蒸汽驱采油技术、蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD）、热水驱采油技术、火烧油层采油技术和电磁加热技术等。上述技术中，蒸汽吞吐采油技术最为常用，目前我国约有80%-90%的稠油产量是通过蒸汽吞吐采油技术实现的。蒸汽驱采油技术、蒸汽辅助重力泄油技术是蒸汽吞吐采油技术的补充，这些技术能够进一步提高油田中稠油的采收率。蒸汽吞吐采油技术、蒸汽驱采油技术、蒸汽辅助重力泄油技术、热水驱采油技术中，都需要对水加热，以产生蒸汽或热水。目前，油田通常都采用燃烧煤、石油或天然气的方式对水加热，得到所需要的蒸汽或热水。此外，开采所得到的稠油也需要维持在一定的温度，以保持其在传输、存储过程中的流动性。据调查，在油田的采油、集输等过程中，产出的天然气中至少有20%左右消耗在原油加热与处理中。这是对天然气资源的极大消耗，还导致温室气体的大量排放和“雾霾”天气的形成。
稠油热采技术对所使用的蒸汽有较高的要求，一般需要300℃以上的饱和蒸汽或过热蒸汽，现有技术中利用太阳能产生蒸汽的装置所生成的蒸汽通常无法达到这一要求。例如，公开号为CN102913893A的中国专利申请公布了一种利用太阳能和风能联合蒸汽发生装置，该系统采用真空集热管和风能搅拌致热装置加热水，系统结构复杂，而且只适合建在太阳资源和风能资源较好的地区，应用范围小。公开号为CN1254053A的中国专利申请提出了一种利用太阳能集热管束加热水后注入油层采油的方法，由于该方法所得到的加热后产物为温度较低的热水而非蒸汽，因此若要满足稠油热采的需要，必须提供大量的热水，这不仅会造成水资源的浪费，而且采油效率也不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中缺乏能够利用太阳能生成用于稠油热采蒸汽的装置的缺陷，从而提供一种用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，包括太阳镜场1、吸热系统2；其中，
待加热的水3从所述吸热系统2的入口进入所述吸热系统2，实时跟踪太阳位置的太阳镜场1将所采集的太阳光聚焦到所述吸热系统2上，水3在所述吸热系统2内流动并不断地被加热，最后变成蒸汽4从吸热系统2的出口流出，所得到的蒸汽4能被直接用于稠油热采。
上述技术方案中，还包括辅助锅炉5，所述辅助锅炉5位于传输蒸汽4的管路上，用于生成蒸汽4或对已有的蒸汽4做进一步的加热。
上述技术方案中，还包括高温储热罐6、低温储热罐7、吸热介质-水换热器8；其中，
存储在所述低温储热罐7中的处于低温状态的吸热介质9从所述吸热系统2的入口进入吸热系统2，实时跟踪太阳位置的太阳镜场1将所采集的太阳光聚焦到吸热系统2上，吸热介质9在吸热系统2内流动并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质9从吸热系统2的出口流出；处于高温状态的吸热介质9首先存储在高温储热罐6中以防止热量的散失；在需要的时候，处于高温状态的吸热介质9从高温储热罐6中提取出来并进入吸热介质-水换热器8，在该吸热介质-水换热器8中处于高温状态的吸热介质9与水3进行换热，从而产生高温高压的蒸汽4，该蒸汽4能被直接用于稠油热采；换热后的吸热介质9又变回低温状态，从吸热介质-水换热器8返回到低温储热罐7内，在需要的时候又能从低温储热罐7中提取出来，再次进入太阳镜场1和吸热系统2进行循环。
上述技术方案中，还包括辅助锅炉5，所述辅助锅炉5位于所述吸热介质-水换热器8蒸汽出口外的传输蒸汽4的管路上，用于生成蒸汽4或对已有的蒸汽4做进一步的加热。
上述技术方案中，还包括吸热介质-储热介质换热器10；其中，
处于低温状态的吸热介质9从所述吸热系统2的入口进入吸热系统2，实时跟踪太阳位置的太阳镜场1将所采集的太阳光聚焦到吸热系统2上，吸热介质9在吸热系统2内流动并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质9从吸热系统2的出口流出；处于高温状态的吸热介质9一方面直接进入吸热介质-水换热器8，在该吸热介质-水换热器8中与水3换热，产生高温高压的蒸汽4，该蒸汽4能被直接用于稠油热采，换热后的吸热介质9又变回低温状态，从吸热介质-水换热器8返回到吸热系统2进行循环；另一方面，被加热的吸热介质9进入吸热介质-储热介质换热器10，与来自低温储热罐7的储热介质11进行换热，储热介质11被加热后进入高温储热罐6进行储热，参与换热的吸热介质9返回吸热系统2进行循环，在需要时，来自高温储热罐6的处于高温状态的储热介质11与处于低温状态的吸热介质9通过吸热介质-储热介质换热器10换热，产生处于高温状态的吸热介质9，该处于高温状态的吸热介质9再进入吸热介质-水换热器9与水3进行换热，产生高温高压的蒸汽4用于稠油热采。
上述技术方案中，还包括辅助锅炉5，所述辅助锅炉5位于所述吸热介质-水换热器8蒸汽出口外的传输蒸汽4的管路上，用于生成蒸汽4或对已有的蒸汽4做进一步的加热。
上述技术方案中，所述太阳镜场1是槽式聚光镜场或塔式定日镜场或碟式聚光镜场或菲涅尔式聚光镜场。
上述技术方案中，所述吸热系统2的入口处安装有用于调节水流量的流量调节阀。
上述技术方案中，所述高温储热罐6和低温储热罐7有不同的设计储热温度；所述高温储热罐6和低温储热罐7各有一个或多个，当有多个高温储热罐6时，每个高温储热罐6的设计储热温度各自相同或不同；当有多个低温储热罐7时，每个低温储热罐7的设计储热温度各自相同或不同。
上述技术方案中，所述吸热介质-水换热器8的吸热介质入口处与水入口处均有流量调节阀，分别调节进入所述吸热介质-水换热器8的吸热介质9的流量以及进入吸热介质-水换热器8的水3的流量，进而调节吸热介质-水换热器8出口的蒸汽4的参数。
上述技术方案中，所述吸热介质9为导热油或熔融盐或空气或固体颗粒，所述固体颗粒包括碳化硅、氮化硅、碳颗粒。
上述技术方案中，所述储热介质11为包括熔融盐、砂石在内的成本低、储热效果好的材料。
本发明的优点在于：
本发明的太阳能产蒸汽系统可直接产蒸汽或间接产蒸汽，带有储热系统时可实现太阳落山后持续产蒸汽，运行时间长，具有节能环保无污染的特点，同时还能与常规燃料互补运行。按需求设计系统的结构，可获得油田中稠油热采所需要的高温高压蒸汽。
附图说明
图1为一个实施例中本发明的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统的结构示意图；
图2为另一个实施例中本发明的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统的结构示意图；
图3为在图2所示实施例基础上做进一步改进的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统的结构示意图；
图4为又一个实施例中本发明的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统的结构示意图；
图5为在图4所示实施例基础上做进一步改进的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统的结构示意图。
图面说明
1太阳镜场    2吸热系统
3水          4蒸汽
5辅助锅炉    6高温储热罐
7低温储热罐  8吸热介质-水换热器
9吸热介质    10吸热介质-储热介质换热器
11储热介质
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
图1为本发明的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统的一个实施例，该系统包括太阳镜场1、吸热系统2以及辅助锅炉5；其中，待加热的水3从所述吸热系统2的入口进入吸热系统2，实时跟踪太阳位置的太阳镜场1将所采集的太阳光聚焦到吸热系统2上，水3在所述吸热系统2内流动并不断地被加热，最后变成蒸汽4从吸热系统2的出口流出，所得到的蒸汽4可直接用于稠油热采；所述辅助锅炉5位于传输蒸汽4的管路上，用于生成蒸汽4或对已有的蒸汽4做进一步的加热。
本实施例中的太阳镜场1为槽式聚光镜场，在其他实施例中，所述太阳镜场1也可以是塔式定日镜场、碟式聚光镜场、或菲涅尔式聚光镜场。
所述吸热系统2为集热管或吸热器。吸热系统2的入口处设有流量调节阀，通过该流量调节阀可调节水3的流量，进而调节蒸汽4的参数，如蒸汽4的流量、温度、压力等。
所述的辅助锅炉5可以为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废热（余热）锅炉等。如果太阳辐射不足而导致从吸热系统2的出口出来的蒸汽4的参数无法满足稠油热采的要求，可通过辅助锅炉5对蒸汽4继续加热，以提高蒸汽4的参数，如温度和压力等；辅助锅炉5还可在太阳落山后维持蒸汽4的持续生产。当然，在其他实施例中，根据实际情况，本发明的太阳能产蒸汽系统也可不包含辅助锅炉，这样有助于降低成本。
图2为本发明的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统的另一个实施例，该系统包括太阳镜场1、吸热系统2、高温储热罐6、低温储热罐7、吸热介质-水换热器8；其中，存储在低温储热罐7中的处于低温状态的吸热介质9从吸热系统2的入口进入吸热系统2，实时跟踪太阳位置的太阳镜场1将所采集的太阳光聚焦到吸热系统2上，吸热介质9在吸热系统2内流动并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质9从吸热系统2的出口流出；处于高温状态的吸热介质9首先存储在高温储热罐6中以防止热量的散失；在需要的时候，处于高温状态的吸热介质9从高温储热罐6中提取出来并进入吸热介质-水换热器8，在该吸热介质-水换热器8中处于高温状态的吸热介质9与水3进行换热，从而产生高温高压的蒸汽4，该蒸汽4可直接用于稠油热采；换热后的吸热介质9又变回低温状态，从吸热介质-水换热器8返回到低温储热罐7内，在需要的时候又可从低温储热罐7中提取出来，再次进入太阳镜场1和吸热系统2进行循环。
本实施例中的太阳镜场1为槽式聚光镜场，在其他实施例中，所述太阳镜场1也可以是塔式定日镜场、或碟式聚光镜场、或菲涅尔式聚光镜场。
所述高温储热罐6和低温储热罐7用于实现热量的存储，它们一般具有不同的设计储热温度。高温储热罐6和低温储热罐7的数量分别可以为一个或多个，当有多个高温储热罐6时，每个高温储热罐6的设计储热温度可以相同也可以不同；当有多个低温储热罐7时，每个低温储热罐7的设计储热温度可以不同也可以不同。所述高温储热罐6和低温储热罐7储存的热量可以实现太阳落山后系统持续产蒸汽，大容量的高温储热罐6和低温储热罐7可以实现系统的24小时不间断产蒸汽。此外，高温储热罐6和低温储热罐7的使用还有助于稳定吸热介质-水换热器8所生成的蒸汽4的参数，避免图1所示实施例中的系统所产生的蒸汽4的参数随太阳辐射波动较大的缺陷。
所述吸热介质-水换热器8的吸热介质入口处与水入口处均有流量调节阀，可分别调节进入吸热介质-水换热器8的吸热介质9的流量以及进入吸热介质-水换热器8的水3的流量，进而调节吸热介质-水换热器8出口的蒸汽4参数。吸热介质9可以为导热油、熔融盐、空气或固体颗粒等。
图3中的实施例为在图2所示实施例基础上所做的进一步改进，在该实施例中，本发明的系统还包括辅助锅炉5，所述辅助锅炉5位于吸热介质-水换热器8蒸汽出口外的传输蒸汽4的管路上，用于生成蒸汽4或对已有的蒸汽4做进一步的加热。辅助锅炉5的应用有助于应对突发情况，如连续多日的阴雨天气、太阳镜场1或吸热系统2故障等，保证稠油热采的顺利进行。
图4为本发明的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统的又一个实施例，该系统包括太阳镜场1、吸热系统2、高温储热罐6、低温储热罐7、吸热介质-水换热器8、吸热介质-储热介质换热器10；其中，处于低温状态的吸热介质9从吸热系统2的入口进入吸热系统2，实时跟踪太阳位置的太阳镜场1将所采集的太阳光聚焦到吸热系统2上，吸热介质9在吸热系统2内流动并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质9从吸热系统2的出口流出；处于高温状态的吸热介质9一方面可以直接进入吸热介质-水换热器8，在该吸热介质-水换热器8中与水3换热，从而产生高温高压的蒸汽4，该蒸汽4可直接用于稠油热采，换热后的吸热介质9又变回低温状态，从吸热介质-水换热器8返回到吸热系统2进行循环；另一方面，被加热的吸热介质9进入吸热介质-储热介质换热器10，与来自低温储热罐7的储热介质11进行换热，储热介质11被加热后进入高温储热罐6进行储热，参与换热的吸热介质9返回吸热系统2进行循环，当太阳落山后，来自高温储热罐6的处于高温状态的储热介质11与处于低温状态的吸热介质9通过吸热介质-储热介质换热器10换热，产生处于高温状态的吸热介质9，该处于高温状态的吸热介质9再进入吸热介质-水换热器9与水3进行换热，产生高温高压的蒸汽4用于稠油热采。
本实施例中的太阳镜场1为槽式聚光镜场，在其他实施例中，所述太阳镜场1也可以是塔式定日镜场、或碟式聚光镜场、或菲涅尔式聚光镜场。
所述高温储热罐6和低温储热罐7用于实现热量的存储，它们一般具有不同的设计储热温度。高温储热罐6和低温储热罐7的数量分别可以为一个或多个，当有多个高温储热罐6时，每个高温储热罐6的设计储热温度可以相同也可以不同；当有多个低温储热罐7时，每个低温储热罐7的设计储热温度可以相同也可以不同。
所述吸热介质9为导热油、熔融盐、空气或固体颗粒，固体颗粒可以为碳化硅、氮化硅、碳颗粒等。
所述储热介质11为熔融盐、砂石，或其他成本低、储热效果好的材料。与图2和图3所示实施例中的系统相比，该实施例对储热介质11的使用有助于降低整个系统的储热成本。
图5中的实施例为在图4所示实施例基础上所做的进一步改进，在该实施例中，本发明的系统还包括辅助锅炉5，所述辅助锅炉5位于吸热介质-水换热器8出口外的传输蒸汽4的管路上，用于生成蒸汽4或对已有的蒸汽4做进一步的加热。辅助锅炉5的应用有助于应对突发情况，如连续多日的阴雨天气、太阳镜场1或吸热系统2故障等，保证稠油热采的顺利进行。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，包括太阳镜场（1）、吸热系统（2）；其中，
待加热的水（3）从所述吸热系统（2）的入口进入所述吸热系统（2），实时跟踪太阳位置的太阳镜场（1）将所采集的太阳光聚焦到所述吸热系统（2）上，水（3）在所述吸热系统（2）内流动并不断地被加热，最后变成蒸汽（4）从吸热系统（2）的出口流出，所得到的蒸汽（4）能被直接用于稠油热采。
2.根据权利要求1所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，还包括辅助锅炉（5），所述辅助锅炉（5）位于传输蒸汽（4）的管路上，用于生成蒸汽（4）或对已有的蒸汽（4）做进一步的加热。
3.根据权利要求1所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，还包括高温储热罐（6）、低温储热罐（7）、吸热介质-水换热器（8）；其中，
存储在所述低温储热罐（7）中的处于低温状态的吸热介质（9）从所述吸热系统（2）的入口进入吸热系统（2），实时跟踪太阳位置的太阳镜场（1）将所采集的太阳光聚焦到吸热系统（2）上，吸热介质（9）在吸热系统（2）内流动并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质（9）从吸热系统（2）的出口流出；处于高温状态的吸热介质（9）首先存储在高温储热罐（6）中以防止热量的散失；在需要的时候，处于高温状态的吸热介质（9）从高温储热罐（6）中提取出来并进入吸热介质-水换热器（8），在该吸热介质-水换热器（8）中处于高温状态的吸热介质（9）与水（3）进行换热，从而产生高温高压的蒸汽（4），该蒸汽（4）能被直接用于稠油热采；换热后的吸热介质（9）又变回低温状态，从吸热介质-水换热器（8）返回到低温储热罐（7）内，在需要的时候又能从低温储热罐（7）中提取出来，再次进入太阳镜场（1）和吸热系统（2）进行循环。
4.根据权利要求3所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，还包括辅助锅炉（5），所述辅助锅炉（5）位于所述吸热介质-水换热器（8）蒸汽出口外的传输蒸汽（4）的管路上，用于生成蒸汽（4）或对已有的蒸汽（4）做进一步的加热。
5.根据权利要求3所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，还包括吸热介质-储热介质换热器（10）；其中，
处于低温状态的吸热介质（9）从所述吸热系统（2）的入口进入吸热系统（2），实时跟踪太阳位置的太阳镜场（1）将所采集的太阳光聚焦到吸热系统（2）上，吸热介质（9）在吸热系统（2）内流动并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质（9）从吸热系统（2）的出口流出；处于高温状态的吸热介质（9）一方面直接进入吸热介质-水换热器（8），在该吸热介质-水换热器（8）中与水（3）换热，产生高温高压的蒸汽（4），该蒸汽（4）能被直接用于稠油热采，换热后的吸热介质（9）又变回低温状态，从吸热介质-水换热器（8）返回到吸热系统（2）进行循环；另一方面，被加热的吸热介质（9）进入吸热介质-储热介质换热器（10），与来自低温储热罐（7）的储热介质（11）进行换热，储热介质（11）被加热后进入高温储热罐（6）进行储热，参与换热的吸热介质（9）返回吸热系统（2）进行循环，在需要时，来自高温储热罐（6）的处于高温状态的储热介质（11）与处于低温状态的吸热介质（9）通过吸热介质-储热介质换热器（10）换热，产生处于高温状态的吸热介质（9），该处于高温状态的吸热介质（9）再进入吸热介质-水换热器（9）与水（3）进行换热，产生高温高压的蒸汽（4）用于稠油热采。
6.根据权利要求5所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，还包括辅助锅炉（5），所述辅助锅炉（5）位于所述吸热介质-水换热器（8）蒸汽出口外的传输蒸汽（4）的管路上，用于生成蒸汽（4）或对已有的蒸汽（4）做进一步的加热。
7.根据权利要求1-6任一所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，所述太阳镜场（1）是槽式聚光镜场或塔式定日镜场或碟式聚光镜场或菲涅尔式聚光镜场。
8.根据权利要求1-6任一所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，所述吸热系统（2）的入口处安装有用于调节水流量的流量调节阀。
9.根据权利要求3-6任一所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，所述高温储热罐（6）和低温储热罐（7）有不同的设计储热温度；所述高温储热罐（6）和低温储热罐（7）各有一个或多个，当有多个高温储热罐（6）时，每个高温储热罐（6）的设计储热温度各自相同或不同；当有多个低温储热罐（7）时，每个低温储热罐（7）的设计储热温度各自相同或不同。
10.根据权利要求3-6任一所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，所述吸热介质-水换热器（8）的吸热介质入口处与水入口处均有流量调节阀，分别调节进入所述吸热介质-水换热器（8）的吸热介质（9）的流量以及进入吸热介质-水换热器（8）的水（3）的流量，进而调节吸热介质-水换热器（8）出口的蒸汽（4）的参数。
11.根据权利要求3-6任一所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，所述吸热介质（9）为导热油或熔融盐或空气或固体颗粒，所述固体颗粒包括碳化硅、氮化硅、碳颗粒。
12.根据权利要求5或6所述的用于稠油热采的太阳能产蒸汽系统，其特征在于，所述储热介质（11）为包括熔融盐、砂石在内的成本低、储热效果好的材料。
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