CN112963212A - 油田汽电联产的低碳能源利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油田汽电联产的低碳能源利用系统，包括第一水泵装置、第二水泵装置、电加热设备、液体混合器、化石燃料注汽炉、蒸汽混合器、过热器和新能源电站，电加热设备与第一水泵装置相连；液体混合器分别与第二水泵装置和电加热设备相连；化石燃料注汽炉与液体混合器相连；蒸汽混合器分别与电加热设备和化石燃料注汽炉相连；过热器与蒸汽混合器相连；新能源电站用于提供电力给电加热设备。本发明协同利用油田地区的光能、风能等低碳清洁能源实现油田汽电联产，以达到同时解决弃风弃电问题和实现油田低碳热采稠油的目标。

Description

油田汽电联产的低碳能源利用系统
技术领域
本发明涉及油田低碳能源综合利用技术领域，尤其涉及一种油田汽电联产的低碳能源利用系统。
背景技术
随着我国“30碳达峰60零碳排放”战略的提出，节能降碳已成为能源生产及消费领域的重要议题。油田是工业用能用汽生产大户，尤其稠油开采过程中，需要使用大量的化石燃料生产蒸汽以开采稠油，每开采1吨稠油，需要8吨蒸汽，将耗费约0.8吨原煤和约500立方天然气，对应产生1～2吨的二氧化碳排放，这给油田稠油生产中带来了很大的碳减排压力，必须加以解决。
随着风、光等新能源技术的不断进步，风光电力建造成本下降显著，在未来将得到更大规模的利用。在油田地区存在大量闲置难以利用的土地，适合建立风、光发电装置，新能源的产出也能够有效降低碳排放。然而，风、光新能源周期性强、波动性大的特点，使得风、光新能源产生的电力难以被电网消纳，全国每年新能源平均弃电率超过15％，这一难题在短时间内难以改变。如何将新能源与现有的油田化石用能系统相结合，实现弃电消纳，进而达到低碳排放的目标，对于油田绿色低碳生产具有重要意义。以新疆油田为例，新疆地区不少风机、光伏设备长期处于闲置状态，弃风弃光现象严重。2020年，新疆弃风电量107亿千瓦时、弃光电量21.4亿千瓦时，弃风、弃光率分别为23％、16％，为全国最高。如果能够高效地将新疆地区低碳清洁能源应用于稠油开采，则新疆地区“弃风、弃电”可生产超过1700万吨蒸汽，这对于保障稠油开采，实现全疆范围新能源优化配置具有重要意义，是未来低碳清洁能源发展的一个重要方向。
当前，太阳能光热转化注汽系统是低碳清洁能源在稠油热采系统利用的主流方向。太阳能光热转换是借助聚光反射器将太阳光汇聚到太阳能集热器，利用集热器循环加热储能介质(如导热油、熔盐等)，通过储能介质与水换热产生高温高压蒸汽用于稠油热采，进而实现能量的转化利用。太阳能光热转换稠油热采系统按功能划分，主要包括：太阳能聚光集热系统、蓄热储能系统、蒸汽发生系统、注气采油系统和公用工程系统五部分。根据聚光方式的不同，集热系统又分为槽式、塔式、蝶式、菲涅尔式四种形式，其中槽式和塔式太阳能集热系统是光热转换的主流技术。
现有太阳能光热转化注汽技术主要有以下弊端和不足：1)太阳能光热转化热效率不均衡：由于太阳能具有周期性强和不确定性大的特点，单纯利用其生产蒸汽会造成汽源波动大的问题，无法满足稠油开采需要。2)投资维护成本高：太阳能光热投资成本超过10000元/千瓦，热工质管路维修成本高，生产蒸汽成本过高，油田用户无法承受。3)光热发电占地面积大：光热电站需要占用大量的土地，铺设复杂的管线，实际油田中已铺设了大量的采油管路，无法低成本铺设光场及热力管线。4)缺乏实际运行的工业项目：基于热效率不均衡和经济性不足两方面主要原因，太阳能光热转化稠油热采技术应用在国内尚无实际运行工业项目，仍处于研究设计阶段。
发明内容
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油田汽电联产的低碳能源利用系统，协同利用油田地区的光能、风能等低碳清洁能源实现油田汽电联产，以达到同时解决弃风弃电问题和实现油田低碳热采稠油的目标。
根据本发明实施例的油田汽电联产的低碳能源利用系统，包括：
第一水泵装置；
第二水泵装置；
电加热设备，所述电加热设备与所述第一水泵装置相连，所述电加热设备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；
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加热设备相连，所述第二水泵装置输出的水和所述电加热设备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；
化石燃料注汽炉，所述化石燃料注汽炉与所述液体混合器相连，所述化石燃料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；
蒸汽混合器，所述蒸汽混合器分别与所述电加热设备和所述化石燃料注汽炉相连，所述电加热设备输出的蒸汽和所述化石燃料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；
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；
新能源电站，所述新能源电站用于提供电力给所述电加热设备。
根据本发明实施例的油田汽电联产的低碳能源利用系统，具有如下的优点：第一、采用电加热设备灵活供汽。当电力供应满足要求时，可采用电加热设备生产高温高压蒸汽进入蒸汽混合器，而当电力供应不足时(如新能源电站产电不足、用户端需求增大等情况)，可通过电加热设备生产热水，热水通过液体混合器进一步进入化石燃料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、风电利用起来，可以大大地减少电力浪费和最大限度地降低化石燃料的使用。第二、将新能源电力与化石燃料共同作为蒸汽生产中的能量来源，利用化石燃料注汽炉调峰能力强的特点弥补新能源电站的电力周期性强、波动性大的缺点，实现系统综合用能，降低二氧化碳排放。第三、充分利用蒸汽管路及热水管路高热惯性特点，通过设置蒸汽混合器及液体混合器，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。
总之，本发明实施例的油田汽电联产的低碳能源利用系统，可以解决油田地区新能源弃电问题，将油田地区不能入网的低碳新能源电力如光电、风电等用于电加热设备供电。同时，充分发挥化石燃料注汽炉灵活调峰的优势，注汽不足的部分通过化石燃料炉补充，既能满足油田的注汽需求，又能减少化石燃料的使用。在满足油田注汽需求上，最大限度节能、降耗、减排，实现汽电联产。
根据本发明的一个实施例，所述电加热设备与所述第一水泵装置之间、所述液体混合器与所述第二水泵装置之间、所述液体混合器与所述电加热设备之间、所述化石燃料注汽炉与所述液体混合器之间、所述蒸汽混合器与所述电加热设备之间、所述蒸汽混合器与所述化石燃料注汽炉之间、所述过热器与所述蒸汽混合器之间以及所述过热器与所述油井之间均通过管路相连。
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。
根据本发明的一个实施例，所述电加热设备有多个，多个所述电加热设备采用并联或/和串联方式布置。
根据本发明的一个实施例，所述电加热设备还与排污管相连。
根据本发明的一个实施例，所述电加热设备为高温高压的电加热锅炉。
根据本发明的一个实施例，所述电加热设备生产的热水和蒸汽的压力高于所述化石燃油注汽炉的运行压力，以保证所述电加热设备生产的热水单向流入所述液体混合器以及保证所述电加热设备生产的蒸汽单向流入所述蒸汽混合器。
根据本发明的一个实施例，所述蒸汽混合器内设有汽液分离的装置。
根据本发明的一个实施例，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。
根据本发明的一个实施例，还包括变电站和电网；所述变电站接受来自所述新能源电站的电力，所述变电站的电力一部分直接用于供给所述电加热设备，一部分输送至所述电网，一部分供给用户用电；所述电网的电力一部分直接用于电加热设备，一部分供给用户用电。
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
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：
图1为本发明实施例的油田汽电联产的低碳能源利用系统的示意图。
附图标记：
第一水泵装置1 电加热设备2 蒸汽混合器3 过热器4
第二水泵装置5 液体混合器6 化石燃料注汽炉7
新能源电站8 变电站9 电网10
具体实施方式
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。
下面结合图1来描述根据本发明实施例的油田汽电联产的低碳能源利用系统。
如图1所示，根据本发明实施例的油田汽电联产的低碳能源利用系统，包括第一水泵装置1、第二水泵装置5、电加热设备2、液体混合器6、化石燃料注汽炉7、蒸汽混合器3、过热器4和新能源电站8。其中，电加热设备2与第一水泵装置1相连，电加热设备2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6分别与第二水泵装置5和电加热设备2相连，第二水泵装置5输出的水和电加热设备2输出的热水均进入液体混合器6中并由液体混合器6输出；化石燃料注汽炉7与液体混合器6相连，化石燃料注汽炉7用于接收液体混合器6输出的水，产生并输出蒸汽；蒸汽混合器3分别与电加热设备2和化石燃料注汽炉7相连，电加热设备2输出的蒸汽和化石燃料注汽炉7输出的蒸汽均进入蒸汽混合器3并由蒸汽混合器3输出；过热器4与蒸汽混合器3相连，用于接收蒸汽混合器3输出的蒸汽并将蒸汽混合器3输出的蒸汽加热成所需的高温高压的蒸汽并输送至油井；新能源电站8用于提供电力给电加热设备2。
可以理解的是，第一水泵装置1的主要作用是向电加热设备2输送作为加热工质的水，电加热设备2对输入的水进行加热，使水升温生产出热水或蒸汽。由于电加热设备2主要是利用新能源电站8提供的电力，该电力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。由于新能源电站的电力受风或光的影响，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，可采用电加热设备2生产高温高压蒸汽进入蒸汽混合器3；当电力供应不足时，例如新能源电站8产电不足或用户端用电需求增大等情况下，可采用电加热设备2生产热水，热水进入液体混合器6中缓存，再进入化石燃料注汽炉7加热成为蒸汽。第二输水泵装置5的主要作用是向液体混合器6输送水，进而通过液体混合器6输送至化石燃料注汽炉7加热成为蒸汽。需要说明的是，液体混合器6的主要作用是用于接收电加热设备2输出的热水以及第二水泵装置5输出的水，起缓存作用，液体混合器6在同一时间可以只接收电加热设备2输出的热水或只接收第二水泵装置5输出的水，还可以同时接收电加热设备2输出的热水和第二水泵装置5输出的水。化石燃料注汽炉7使用化石燃料例如燃用媒、石油、天然器、生物质等含碳燃料燃烧来加热水以生产出蒸汽。蒸汽混合器3的主要作用是用于接收电加热设备2输出的蒸汽以及化石燃料注汽炉7输出的蒸汽，起缓存作用，蒸汽混合器3在同一时间可以只接收电加热设备2输出的蒸汽或只接收化石燃料注汽炉7输出的蒸汽，还可以同时接收电加热设备2输出的蒸汽和化石燃料注汽炉7输出的蒸汽。由于一般情况下，蒸汽混合器3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3中的蒸汽还需经过过热器4进一步加热升温升压，使得过热器4输出的高温高压蒸汽满足油井的要求。
根据本发明实施例的油田汽电联产的低碳能源利用系统，具有如下的优点：第一、采用电加热设备2灵活供汽。当电力供应满足要求时，可采用电加热设备2生产高温高压蒸汽进入蒸汽混合器3，而当电力供应不足时(如新能源电站8产电不足、用户端需求增大等情况)，可通过电加热设备2生产热水，热水通过液体混合器6进一步进入化石燃料注汽炉7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、风电利用起来，可以大大地减少电力浪费和最大限度地降低化石燃料的使用。第二、将新能源电力与化石燃料共同作为蒸汽生产中的能量来源，利用化石燃料注汽炉7调峰能力强的特点弥补新能源电站8的电力周期性强、波动性大的缺点，实现系统综合用能，降低二氧化碳排放。第三、充分利用蒸汽管路及热水管路高热惯性特点，通过设置蒸汽混合器3及液体混合器6，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。
总之，本发明实施例的油田汽电联产的低碳能源利用系统，可以解决油田地区新能源弃电问题，将油田地区不能入网的低碳新能源电力如光电、风电等用于电加热设备2供电。同时，充分发挥化石燃料注汽炉7灵活调峰的优势，注汽不足的部分通过化石燃料炉7补充，既能满足油田的注汽需求，又能减少化石燃料的使用。在满足油田注汽需求上，最大限度节能、降耗、减排，实现汽电联产。
根据本发明的一个实施例，电加热设备2与第一水泵装置1之间、液体混合器6与第二水泵装置5之间、液体混合器6与电加热设备2之间、化石燃料注汽炉7与液体混合器6之间、蒸汽混合器3与电加热设备2之间、蒸汽混合器3与化石燃料注汽炉7之间、过热器4与蒸汽混合器3之间以及过热器4与油井之间均通过管路相连。优选的，第一水泵装置1和第二水泵装置5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，保证油田汽电联产的低碳能源利用系统的正常运行；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，保证油田汽电联产的低碳能源利用系统的正常运行。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。
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，电加热设备2加热时，可以避免电加热设备2内水垢沉积而造成对电加热设备2的受热面的腐蚀和传热恶化，从而避免发生爆管等事故。
根据本发明的一个实施例，电加热设备2有多个，多个电加热设备2采用并联(如图1所示)或/和串联方式布置，也就是说，电加热设备2的个数及布置方式可以根据实际需求进行布局。
根据本发明的一个实施例，电加热设备2还与排污管(图中未示出)相连，这样可以定期地将电加热设备2内的污物排出。
根据本发明的一个实施例，电加热设备2为高温高压的电加热锅炉。例如，电加热锅炉要求满约350℃的高温和13.5MPa的高压。优选的，电加热锅炉为电阻锅炉或电极锅炉。
根据本发明的一个实施例，电加热设备2生产的热水和蒸汽的压力高于化石燃油注汽炉7的运行压力，以保证电加热设备2生产的热水单向流入液体混合器6以及保证电加热设备2生产的蒸汽单向流入蒸汽混合器3。这样，可以保证油田汽电联产的低碳能源利用系统的正常运行。
根据本发明的一个实施例，蒸汽混合器3内设有汽液分离的装置。这样，当蒸汽混合器3内有一部分蒸汽冷凝成液体时，这部分液体可以被收集起来。优选的，蒸汽混合器3为锅炉汽包、汽液旋风分离器或高压蒸汽集箱。这是因为锅炉汽包、汽液旋风分离器或高压蒸汽集箱内设有汽液分离装置。
根据本发明的一个实施例，化石燃料注汽炉为汽包锅炉、直流锅炉、自然循环锅炉、强制循环锅炉。
根据本发明的一个实施例，第二水泵装置5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。在化石燃料注汽炉7中，化石燃料注汽炉7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5输出的水中含有盐离子的好处是可以降低成本。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，还包括变电站9和电网10；变电站9接受来自新能源电站8的电力，变电站9的电力一部分直接用于供给电加热设备2，一部分输送至电网10，一部分供给用户用电；电网10的电力一部分直接用于电加热设备2，一部分供给用户用电。这样，给电加热设备2的供电更加灵活。
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。
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。

Claims (10)

1.一种油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，包括：
第一水泵装置；
第二水泵装置；
电加热设备，所述电加热设备与所述第一水泵装置相连，所述电加热设备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；
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加热设备相连，所述第二水泵装置输出的水和所述电加热设备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；
化石燃料注汽炉，所述化石燃料注汽炉与所述液体混合器相连，所述化石燃料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；
蒸汽混合器，所述蒸汽混合器分别与所述电加热设备和所述化石燃料注汽炉相连，所述电加热设备输出的蒸汽和所述化石燃料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；
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；
新能源电站，所述新能源电站用于提供电力给所述电加热设备。
2.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，所述电加热设备与所述第一水泵装置之间、所述液体混合器与所述第二水泵装置之间、所述液体混合器与所述电加热设备之间、所述化石燃料注汽炉与所述液体混合器之间、所述蒸汽混合器与所述电加热设备之间、所述蒸汽混合器与所述化石燃料注汽炉之间、所述过热器与所述蒸汽混合器之间以及所述过热器与所述油井之间均通过管路相连。
3.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，所述电加热设备有多个，多个所述电加热设备采用并联或/和串联方式布置。
5.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，所述电加热设备还与排污管相连。
6.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，所述电加热设备为高温高压的电加热锅炉。
7.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，所述电加热设备生产的热水和蒸汽的压力高于所述化石燃油注汽炉的运行压力，以保证所述电加热设备生产的热水单向流入所述液体混合器以及保证所述电加热设备生产的蒸汽单向流入所述蒸汽混合器。
8.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，所述蒸汽混合器内设有汽液分离的装置。
9.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，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。
10.根据权利要求1所述的油田汽电联产的低碳能源利用系统，其特征在于，还包括变电站和电网；所述变电站接受来自所述新能源电站的电力，所述变电站的电力一部分直接用于供给所述电加热设备，一部分输送至所述电网，一部分供给用户用电；所述电网的电力一部分直接用于电加热设备，一部分供给用户用电。
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