CN111441755A - 基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，包括与油井连接的采油用注汽换热器，还包括小型快堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、中间换热器，所述小型快堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、采油用注汽换热器蒸汽侧的进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接中间换热器进汽口，所述中间换热器出汽口连接采油用注汽换热器进汽口。还包括移动机构。本发明通过小型金属快堆提供高压的饱和蒸汽或过热蒸汽，直接用于采油过程中加热油层中原油来满足稠油热采注汽需要，整体装置做成撬装装置，采用拖车的方式进行移动。
Description
技术领域
本发明涉及油田采油技术，具体地说是一种基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统。
背景技术
稠油在世界油气资源中占有很大比重，而高效开采稠油,使其成为可动用储量,是石油工业一直努力的方向。热力采油作为目前稠油开发最主要手段,通过向油层注入高温高压蒸汽，提升油层温度,降低稠油粘度,从而实现稠油开发生产。然而近期随着国际油价的下跌，如何有效降低开发成本成了石油行业必须考虑的问题。稠油热采注汽系统成本占稠油热采成本的65％以上。传统的化石燃料锅炉需要不间断的提供燃料来满足注入蒸汽压力的要求，不但成本较高，而且燃烧后会产生二氧化碳、二氧化硫等有害气体，严重污染环境，面临着巨大的经济及环保压力。
采用核能制汽是一种可行性的替代方法，核能是指通过原子核的裂变或聚变而获得能量，与化石燃料相比，核能是非常清洁的能源，不会排放有害物质，污染环境。而稠油开采恰恰需要大量的高品质的蒸汽，采用核能制汽的方式，可以部分或者完全替代传统化石燃料的锅炉方式产生蒸汽，减少环境污染。通过专利查询，目前核能主要用于发电，如CN201610500080，一种基于采用核能发电的系统；用于制氢，如CN201610115011,核电站高温气冷堆发电制氢制淡水三联产系统及其方法；用于海水淡化，如CN200710099364,一种核能海水淡化耦合设备及其方法。没有查到用于油田开发需要的直接制蒸汽采用的专利，因此属于空白。
小型核能反应堆是电功率小于300MW的核反应堆动力装置，小型堆的发展有望使核能为稠油热采提供更为清洁和廉价的热能用于稠油热采。铅基快堆是继热中子裂变反应堆型之外的另一种范畴的核裂变反应堆，迄今已有40多年的发展历史。快堆需要保持堆芯有高的平均中子能量(～0.25MeV，相当于热中子能量的一百万倍)，在堆芯不设慢化剂。核裂变依靠快中子使易裂变核燃料产生可控持续的链式核反应。在堆芯快中子条件下，快堆特别有利于核燃料的增殖，裂变释放的多余快中子被堆芯中的再生核燃料吸收，生成新的易裂变核素；从堆芯活性区泄漏出的快中子，被外围再生区中的再生核燃料吸收，也生成新的易裂变核素，致使快中子堆转换比大于1，为了减少裂变燃料的积压和缩短核燃料的增殖周期(倍增时间)，必须要提高反应堆的比功率(kW/kg核燃料)，因此快堆堆芯要比热中子堆小得多。一座百万千瓦电功率快堆堆芯直径仅约2米，高约1米，其比功率约为压水堆的3倍，具有小型化、移动化的优点。
乏汽减压装置为一种蒸汽减压装置，为现有技术，直接购得应用即可。
本发明专利主要针对一种小型金属快堆与直接生产油田采用用高品质蒸汽进行描述。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，小型金属快堆提供高压的饱和蒸汽或过热蒸汽，直接用于采油过程中加热油层中原油来满足稠油热采注汽需要，整体装置做成撬装装置，采用拖车的方式进行移动。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，包括与油井连接的采油用注汽换热器，还包括小型快堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、中间换热器，所述小型快堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进口、采油用注汽换热器蒸汽侧的进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接中间换热器进汽口，所述中间换热器出汽口连接采油用注汽换热器进汽口。
还包括移动机构，所述移动机构包括托盘、托盘支柱、轮胎、箱体，所述托盘底部安装托盘支柱、轮胎，托盘上表面安装箱体，所述小型快堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、中间换热器均安装在托盘上且均位于箱体内部。
所述乏汽减压装置出汽口之一连接采油用注汽换热器进汽口。
所述中间换热器至少包括两个相串联的中间换热器，每个中间换热器均与乏汽减压装置之间连接调节阀。
所述中间换热器出汽口通过凝结水泵连接除氧器进口，除氧器出口通过一号汽动给水泵连接小型快堆蒸汽发生器进水口；所述凝结水泵、除氧器、一号汽动给水泵均安装在托盘上且均位于箱体内部。
所述乏汽减压装置出汽口之一连接除氧器进口。
所述中间换热器出汽口通过二号汽动给水泵连接采油用注汽换热器给水管，二号汽动给水泵安装在托盘上且均位于箱体内部。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
小型金属快堆提供高压的饱和蒸汽或过热蒸汽，直接用于采油过程中加热油层中原油，也就是说本发明直接目的是加热油层中原油，以便于间接的采油。采用小型快堆产生的注蒸汽参数较高，可以直接用于稠油热采注汽(二回路蒸汽压力最高26MPa，温度388.92℃)，可以满足从浅层油藏2MPa到中深层26MPa以下注汽需要。本发明采用小型快堆直接产生高温高压蒸汽的方式来满足稠油热采注汽需要，主要是利用小型快堆产量的高品质的热能通过一级换热系统，将常温水加热并产生高温高压蒸汽(最高26MPa，温度388.92℃)，用于采油过程中加热油层中原油。其中从小型快堆出来的蒸汽在第一回路中循环，提升常温给水的热能，并回到小型堆的蒸汽发生器中。第二回路中常温给水通过一级加热器方式进行加压升温，达到满足油田采油用蒸汽品质，整体装置做成撬装装置，采用拖车的方式进行移动。
在供热制汽回路与小型堆的蒸汽发生器一回路间必须设置中间回路，小型堆的蒸汽发生器产生的蒸汽限制在中间回路内进行热力循环，防止小型堆的蒸汽发生器产生可能带有污染介质水进行播。
第一回路：快堆核能蒸汽发生器出来的新蒸汽为采油蒸汽发生器提供热源蒸汽，同时通过减压分别为一号中间换热器、二号中间换热器提供热源蒸汽，以逐步提高制汽给水的温度，放热后冷凝形成的疏水经水处理进入除氧器，被新蒸汽热源加热，最终经给水泵返回蒸汽发生器，完成循环。
第二回路：经水处理的制汽给水经给水泵、一号中间换热器、2#换热器、采油蒸汽换热器逐级升温，形成饱和蒸汽，然后经分离后的干蒸汽，可以通过主蒸汽再热，形成过热蒸汽，输送至3km以内油井，或长输送其它区块油井蒸汽网。
系统未考虑发电，两个回路的给水泵均采用汽动泵，一方面消纳部分富余蒸汽，另外提高热力系统经济性。两台给水泵汽机均采用主蒸汽供汽，排汽都进入排汽母管与部分主蒸汽混合后为除氧器、1#与二号中间换热器提供热源蒸汽。
快堆采用液态铅铋等合金作为反应堆冷却剂，如铅基快堆由于采用铅铋合金作为冷却剂，这种合金在液态下具有极高的比热容，使得该堆型功率密度极高，甚至比压水堆还要高得多，在同样的热功率输出的情况下，铅基快堆堆芯体积可以极大地缩小，这种优势非常有利于反应堆的小型化，陆上移动式反应堆堆型，这将极大地提高小型堆应用的灵活性和机动性，能够更好地适应于机动采油。能够输出超临界蒸汽温度高达520℃以上，经过换热后能够直接产出符合参数要求的蒸汽，经过长距离输送到注汽区块中心。
通过小型液体金属快堆直接生产油田采油用高品质蒸汽的方式，可以大幅减少化石能源的消耗，并大幅节能减排。快堆采用液态铅铋等合金作为反应堆冷却剂，如铅基快堆堆芯热功率100MW，在二回路产生520℃的高能热水。根据上述方案输出热功率和其他参数，计算产生三档压力分别为(17.55MPa，434℃)，(21.35MPa，450℃),(26.35MPa,469℃)的起点蒸汽，并通过长距离输送到注汽区块的中心进行注汽。
附图说明
图1为本发明的基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统的结构流程图；
图2为本发明的基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统移动模块设计图；
图3为图2的俯视图。
图中：小型快堆蒸汽发生器1，乏汽减压装置2，一号调节阀3，二号调节阀4，一号中间换热器5，二号中间换热器6，凝结水泵7，除氧器8，一号汽动给水泵9；
三号调节阀10，采油用注汽换热器给水管11，二号汽动给水泵12，采油用注汽换热器13，一号油井14,二号油井15，三号油井16，，托盘支柱19，轮胎20，托盘21，箱体22。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，包括与油井连接的采油用注汽换热器，还包括小型快堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、中间换热器，所述小型快堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进口、采油用注汽换热器蒸汽侧的进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接中间换热器进汽口，所述中间换热器出汽口连接采油用注汽换热器进汽口。
还包括移动机构，所述移动机构包括托盘、托盘支柱、轮胎、箱体，所述托盘底部安装托盘支柱、轮胎，托盘上表面安装箱体，所述小型快堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、中间换热器均安装在托盘上且均位于箱体内部。
所述乏汽减压装置出汽口连接采油用注汽换热器进汽口。
所述中间换热器至少包括两个相串联的中间换热器，每个中间换热器均与乏汽减压装置之间连接调节阀。
所述中间换热器出汽口通过凝结水泵连接除氧器进口，除氧器出口通过一号汽动给水泵连接小型快堆蒸汽发生器进水口；所述凝结水泵、除氧器、一号汽动给水泵均安装在托盘上且均位于箱体内部。
所述乏汽减压装置出汽口之一连接除氧器进口。
所述中间换热器出汽口通过二号汽动给水泵连接采油用注汽换热器给水管，二号汽动给水泵安装在托盘上且均位于箱体内部。
如附图1所示，包括第一回路，第二回路。第一回路：小型快堆蒸汽发生器1，乏汽减压装置2，一号调节阀3，二号调节阀4，一号中间换热器5，二号中间换热器6，凝结水泵7，除氧器8，一号汽动给水泵9。第二回路：三号调节阀10，采油用注汽换热器给水管11，二号汽动给水泵12，采油用注汽换热器13，一号油井14,二号油井15，三号油井16。
第一回路中小型快堆蒸汽发生器1(可以是钠堆，铅基堆等金属液态堆)产生的蒸汽按一定比例分层三部分，分别给乏汽减压装置2、采油用注汽换热器13提供不同温度、压力蒸汽，用来提升采油用注汽换热器给水的温度，达到注汽用蒸汽要求。
其中，一部分14.1MPa、571℃的高温高压蒸汽用来提升蒸汽温度，通过采油用注汽换热器13，进一步提升蒸汽温度，换热后降低的乏汽流到乏汽减压装置2中去。另一部分蒸汽直接流到乏汽减压装置2中，分别流到二号中间换热器6中和一号中间换热器5中，从二号中间换热器6中流体也流回一号中间换热器5中，共同流到凝结水泵7中，打压输送到除氧器8中进行除氧，消除氧腐蚀。然后在通过一号汽动给水泵9输送回小型快堆蒸汽发生器1中。从乏汽减压装置2中的流出的部分蒸汽，通过调节阀3为除氧器8提供热源蒸汽，保证其正常工作。二部分蒸汽乏汽最后都混合流回到小型压水堆蒸汽发生器1中，形成闭合循环。
第二回路中采油用注汽换热器给水管11中的水流到二号汽动给水泵12中进行增压，然后流到一号中间换热器5升温，接着流到二号中间换热器6中继续升温，然后流到采油用注汽换热器13中继续加热，达到满足注汽要求的高品质的蒸汽，然后根据各井设计的不同排量流入到像一号油井14，二号油井15，三号油井16等井中进行原油的加热。
从中小型快堆蒸汽发生器出来的14.1MPa、571℃的过热蒸汽通过中间换热器加热化石燃料注汽锅炉的给水升压到8-22MPa的饱和或过热蒸汽，加热后的蒸汽通过注汽管网流到注汽井中并加热油层，停注焖井放喷后，油井产液通过自喷或抽吸方式流入采油输油管道。
如附图2、图3所示，包括小型快堆蒸汽发生器1，圆形直径2.2m，高1.8m，乏汽减压装置2，长宽高为2*1*1.8m，除氧器8，长宽高为1.6*1.5*1.8m，一号汽动给水泵9，长宽高为0.5*1.5*1.0m，一号中间换热器5，长宽高为2.2*0.8*1.8m，二号中间换热器6，长宽高为2.2*0.8*1.8m，二号汽动给水泵12，长宽高为0.5*1.5*1.0m，凝结水泵7，长宽高为1*1.5*1.2m，采油用注汽换热器13，长宽高为2.2*2*1.8m，四根托盘支柱19，轮胎20，托盘21，箱体22。其上连接关系见附图1。
小型金属快堆提供高压的饱和蒸汽或过热蒸汽，直接用于采油过程中加热油层中原油。采用小型快堆产生的注蒸汽参数较高，可以直接用于稠油热采注汽(二回路蒸汽压力最高26MPa，温度388.92℃)，可以满足从浅层油藏2MPa到中深层26MPa以下注汽需要。本发明采用小型快堆直接产生高温高压蒸汽的方式来满足稠油热采注汽需要，主要是利用小型快堆产量的高品质的热能通过一级换热系统，将常温水加热并产生高温高压蒸汽(最高26MPa，温度388.92℃)，用于采油过程中加热油层中原油。其中从小型快堆出来的蒸汽在第一回路中循环，提升常温给水的热能，并回到小型堆的蒸汽发生器中。第二回路中常温给水通过一级加热器方式进行加压升温，达到满足油田采油用蒸汽品质，整体装置做成撬装装置，采用拖车的方式进行移动。
在供热制汽回路与小型堆的蒸汽发生器一回路间必须设置中间回路，小型堆的蒸汽发生器产生的蒸汽限制在中间回路内进行热力循环，防止小型堆的蒸汽发生器产生可能带有污染介质水进行播。
第一回路：快堆核能蒸汽发生器出来的新蒸汽为采油蒸汽发生器提供热源蒸汽，同时通过减压分别为一号中间换热器、二号中间换热器提供热源蒸汽，以逐步提高制汽给水的温度，放热后冷凝形成的疏水经水处理进入除氧器，被新蒸汽热源加热，最终经给水泵返回蒸汽发生器，完成循环。
第二回路：经水处理的制汽给水经给水泵、一号中间换热器、2#换热器、采油蒸汽换热器逐级升温，形成饱和蒸汽，然后经分离后的干蒸汽，可以通过主蒸汽再热，形成过热蒸汽，输送至3km以内油井，或长输送其它区块油井蒸汽网。
系统未考虑发电，两个回路的给水泵均采用汽动泵，一方面消纳部分富余蒸汽，另外提高热力系统经济性。两台给水泵汽机均采用主蒸汽供汽，排汽都进入排汽母管与部分主蒸汽混合后为除氧器、1#与二号中间换热器提供热源蒸汽。
所述的小型堆是国际原子能机构(IAEA)将电功率小于300MW的核反应堆动力装置定义为“小型核反应堆”，简称“小型堆”。
所述的中广核研究院与中科院近物所共同开展的10MW次临界铅铋快堆为基础。
快堆采用液态铅铋等合金作为反应堆冷却剂，如铅基快堆由于采用铅铋合金作为冷却剂，这种合金在液态下具有极高的比热容，使得该堆型功率密度极高，甚至比压水堆还要高得多，在同样的热功率输出的情况下，铅基快堆堆芯体积可以极大地缩小，这种优势非常有利于反应堆的小型化，陆上移动式反应堆堆型，这将极大地提高小型堆应用的灵活性和机动性，能够更好地适应于机动采油。能够输出超临界蒸汽温度高达520℃以上，经过换热后能够直接产出符合参数要求的蒸汽，经过长距离输送到注汽区块中心。
通过小型液体金属快堆直接生产油田采油用高品质蒸汽的方式，可以大幅减少化石能源的消耗，并大幅节能减排。快堆采用液态铅铋等合金作为反应堆冷却剂，如铅基快堆堆芯热功率100MW，在二回路产生520℃的高能热水。根据上述方案输出热功率和其他参数，计算产生三档压力分别为(17.55MPa，434℃)，(21.35MPa，450℃),(26.35MPa,469℃)的起点蒸汽，并通过长距离输送到注汽区块的中心进行注汽。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，包括与油井连接的采油用注汽换热器，其特征在于，还包括小型快堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、中间换热器，所述小型快堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、采油用注汽换热器蒸汽侧的进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接中间换热器进汽口，所述中间换热器出汽口连接采油用注汽换热器进汽口。
2.根据权利要求1所述的基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，其特征在于，还包括移动机构，所述移动机构包括托盘、托盘支柱、轮胎、箱体，所述托盘底部安装托盘支柱、轮胎，托盘上表面安装箱体，所述小型快堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、中间换热器均安装在托盘上且均位于箱体内部。
3.根据权利要求1或2所述的基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，其特征在于，所述乏汽减压装置出汽口之一连接采油用注汽换热器进汽口。
4.根据权利要求1或2所述的基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，其特征在于，所述中间换热器至少包括两个相串联的中间换热器，每个中间换热器均与乏汽减压装置之间连接调节阀。
5.根据权利要求2所述的基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，其特征在于，所述中间换热器出汽口通过凝结水泵连接除氧器进口，除氧器出口通过一号汽动给水泵连接小型快堆蒸汽发生器进水口；所述凝结水泵、除氧器、一号汽动给水泵均安装在托盘上且均位于箱体内部。
6.根据权利要求2或5所述的基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，其特征在于，所述乏汽减压装置出汽口之一，连接除氧器进口。
7.根据权利要求2或5所述的基于小型金属快堆的移动核能制汽采油系统，其特征在于，所述中间换热器出汽口通过二号汽动给水泵连接采油用注汽换热器给水管，二号汽动给水泵安装在托盘上且均位于箱体内部。
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2019
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