CN201034026Y - 油田井口用水源热泵供热装置 - Google Patents

Abstract

一种油田井口用水源热泵供热装置，包括井口介质传输管、连通集输站的换热介质输出管、连接水源热泵机组的水源换热器及其组装在集热井井管内的抽水潜水泵和回灌水管，其技术要点是：井口介质传输管及与集输站连通的换热介质输出管分别连接介质加热器的换热介质入、出口端，热泵机组的高热循环管路连通介质加热器内的加热管，集热井井管内的回灌水层底部设置由主、副叶轮构成的双流道无堵塞叶轮及组装在电机轴的末端固定搅拌器的自动控制强力排污泵，泵体出口端通过浑浊水吸管连接井管外的沉降池。它结构设计合理，操作简便，采用可再生能源，无环境污染，明显节约一次性能源，显著降低运行成本和维护费用，提高油井运行稳定性和安全可靠性。

Description

油田井口用水源热泵供热装置

技术领域

本实用新型涉及一种油井采集的原油、水、气混合介质用的加热升温装置，特别是一种利用水源热泵集热技术和换热器来替代水套炉加热油井采集的混合介质的油田井口用水源热泵供热装置。也可作为其它调温场所的冷热源。

背景技术

目前，在油田采油现场的油井井口采集的原油、水、气混合介质及其集输站(联合站)，需要将混合介质加热升温，以防流经井口装置或集输站的混合介质粘结或冻凝，来确保输油管线畅通。传统加热装置一般采用燃煤、燃油、燃气的水套炉或电加热的方式来实现混合介质的加热升温。这不仅造成大量的有限资源燃料、电能的浪费，而且水套炉燃烧器等加热装置还会带来危及设备和人身安全的隐患，燃料燃烧不充分既浪费资源，又严重的环境污染。因此，对水套炉的改造已成为科技人员努力攻关的主要课题。尽管水源热泵集热技术的开发利用已在供暖、养殖、种殖等行业得到推广应用，但受其水源热泵机组的集热井的结构存在的易堵塞缺陷的限制，该项技术推广受到影响，至今还未能在油田得到使用。这种集热技术是以水为介质，采用水源热泵机组来实现对地热资源的提取，而且不会消耗和污染被提取热量的水资源，也不会造成地质结构的改变，是一种将地热采集技术与成熟的热泵技术集合在一起的换热技术。水源热泵机组就是利用集热井对地下水进行热交换的集能装置。水源热泵机组的集热井按其回灌的设置分布，可分为单管井(即在同一口管井中完成抽水、回灌任务)和多管井(即一口管井抽水、多口管井回灌)。单管井主要是在受地形、地质条件的限制不能另设回灌井的情况下设置的，这虽然可节省打回灌井的费用，但是其打井深度和回灌条件的要求较高，井管内抽水、回灌水之间需要设置隔离条件较高的密封装置，密封不好会影响对地下水的热量提取，造成水资源热量的浪费。在有条件的地方设置多管井，多管井的回灌井设置的多，回水效率高，可是打井的费用也高。现有热泵机组的各种集热井的回灌部分因井管中的沉砂、悬浮污物的堵塞，不仅会导致提热后的回水不能及时回灌或根本无法回灌，而且影响集热井的正常运行，同时不可避免地会造成移砂、地面塌陷、污染环境、水资源热量的浪费等后果。国内、外曾针对上述问题提出一些解决堵塞的技术方案，如公告号为CN2606868Y的“一种地热水开采及回灌系统”，采用对井回灌开采，即抽水管井、回灌管井的双管井模式，但其回灌水系统较为复杂，不能解决井管堵塞的问题。公告号为2646629Y的“自控式地热水回灌装置”，在单管井的筒体壁上径向分布3～12个内置出水轴杆的圆孔，这些出水轴杆上有与阀门连动的连接杆。阀门控制抽水和回灌，通过增加出水轴孔的出水孔和筒壁上的圆孔的数量及层数来提高回灌效率，其出水轴杆的结构复杂，加工比较困难，仍然解决不了井管堵塞的问题。公告号为CN2742349Y的“对井模式开采地下水使用能量后的尾水回灌过滤系统”，包括在开采井与回灌井之间安装多级过滤组，每级过滤组由三～七个过滤器组成。公告号为CN1306226C的“用于地热第三系砂岩回灌的井口系统”，主要采用两级以并联方式构成的粗过滤器组和精过滤器组与加压回灌泵和强制排气罐串接组成回灌系统。公开号为CN1844796A的“双井轮换抽灌的换能装置”，包括双井和安装在双井中的井管、潜水泵以及与潜水泵连通的换能器，井管安装在双井内。工作时，抽水井内形成低压室，回灌井内形成高压室，地下水在双井高、低压力差的作用下，于双井之间及周边的各层地下砂层中作回转循环运动。上述公开的对井回灌、阀门控制回灌、尾水回灌过滤系统、双井压力差回灌等措施，因对回灌水层底部沉积的细砂和附在管壁上的悬浮物无法彻底清除，且结构设计比较复杂，故不仅增加了运行成本和维护费用，而且防堵效果不好，井管堵塞还会造成单管井或回灌井的报废，限制了其推广，因此，也影响其在油田采油井的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种油田井口用水源热泵供热装置，它整体结构设计合理，操作简便，能从根本上解决现有技术中存在的能源浪费和限制水源热泵集热技术的发展等问题，采用可再生能源，无环境污染，明显节约一次性能源，显著降低运行成本和维护费用，提高油井运行稳定性和安全可靠性。

本实用新型的目的是这样实现的：该装置包括井口介质传输管、连通集输站的换热介质输出管、连接热泵机组的水源换热器及其组装在集热井井管内的抽水潜水泵和回灌水管，其技术要点是：所述井口介质传输管连接介质加热器的换热介质入口端，换热介质出口端连接与集输站连通的换热介质输出管，所述水源热泵机组的高热循环管路连通介质加热器内的加热管，集热井井管内的回灌水层底部设置自动控制强力排污泵，在所述排污泵的泵体内集成由主、副叶轮构成的双流道无堵塞叶轮，组装有主、副叶轮的电机轴的末端固定搅拌器，所述搅拌器置于排污泵基座进水腔内的隔板下方的通道内，泵体出口端通过浑浊水吸管连接井管外的沉降池。

由于本实用新型是在现有加热油井采集的混合介质的水套炉结构基础上，利用水源热泵集热技术和常用的换热器导热来替代水套炉加热，整体结构设计合理，所以很容易实现。集热时，井内的抽水潜水泵抽出的井水温约为12℃左右，经水源换热器导热后，采用本申请人设计的“防堵塞自动排污回灌装置”将已被提取热量的井水进行回灌，回灌水与地热源换热后，再从热井中抽至水源换热器导热，不断完成循环供热，这就从根本上解决了传统水套炉存在的能源浪费和运行安全隐患以及水源热泵集热井存在的井管堵塞等诸多问题。该装置将水源换热器提取的热量送到水源热泵机组，因水源热泵机组的高热循环管路连通介质加热器内的加热管，故可将介质加热器内的的由换热介质入口端传输的井口介质加热到设定温度，然后再将被加热的井口介质从介质加热器的换热介质出口端，通过换热介质输出管传输到集输站。该装置采用可再生的水源热能，取消水套炉用的油、煤、气等燃料，明显节约一次性能源。其采用常规的自动化控制技术，使操作更加简便，明显降低运行成本和维护费用，完全消除燃料燃烧不充分产生的烟尘及其燃烧器使用不当带来的危及设备和人身安全的隐患等，无环境污染，显著提高油井运行稳定性和安全可靠性。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。

图1是本实用新型的一种I型结构示意图。

图2是本实用新型的一种II型结构示意图。

图3是图1和图2中的自动控制强力排污泵的一种结构示意图。

图中序号说明：1集输站、2换热介质输出管、3井口介质传输管、4抽油机井口、5介质加热器、6机房、7水源热泵机组、8水源换热器、9浑浊水吸管、10沉降池、11自动控制强力排污泵、12抽水井井管、13隔离密封、14抽水潜水泵、15回灌水管、16回灌井井管、17隔板、18基座、19泵体、20主叶轮、21副叶轮、22油室、23电机轴、24电机、25主电缆、26控制电缆、27油水探头、28双端面机械密封、29搅拌器。

具体实施方式

根据图1～3详细说明本实用新型的具体结构。该装置采用成熟的热泵集热技术和常用换热器的集热方式，来替代现有油井传统的水套炉加热装置，其可以根据现有水源热泵机组集热井的规格和使用需要，设计成I型结构和II型结构。图1所示的是I型结构示意图，将自动控制强力排污泵安装在集热井为抽水井的井管内的回灌水层底部。图2所示的是II型结构示意图)。它包括组装在机房6中的热泵机组7和水源换热器8、介质加热器5、与抽油机井口4连通的井口介质传输管3、连通集输站1的换热介质输出管2、组装在集热井抽水井管12内的抽水潜水泵14和隔离密封13、组装在抽水井管12内或回灌井井管16内的“防堵塞自动排污回灌装置”(已由本申请人同时申请专利)的自动控制强力排污泵11、回灌水管15以及沉降池10等件。其中水源热泵机组7和水源换热器8、介质加热器5、抽水潜水泵14、自动控制强力排污泵11等的规格、型号可根据实际使用要求采用市售产品或专业厂生产的定型配套产品，也可以用户要求设计。井口介质传输管3连接介质加热器5的换热介质入口端，换热介质出口端连接与集输站1连通的换热介质输出管2。由常用的蒸发器、压缩机、冷凝器和循环泵等组成的水源热泵机组7的高热循环管路连通介质加热器5内的加热管(图中未示出)进、出口端。“防堵塞自动排污回灌装置”的设置在集热井抽水井管12内或回灌井井管16内的回灌水层底部的自动控制强力排污泵11，在泵体19内集成由主叶轮20、副叶轮21构成的双流道无堵塞叶轮。组装有主叶轮20、副叶轮21的电机轴23的末端固定搅拌器29。搅拌泵29置于排污泵基座18进水腔内的隔板17下方的通道内。泵体19出口端通过浑浊水吸管9连接井管外的带有滤网的沉降池10。因“防堵塞自动排污回灌装置”可以有效地防止回灌井堵塞，故不仅可以延长该类集热井的使用寿命，而且能明显减少多管井所用的回灌井的数量，进一步节约集热井的运行成本和维护费用。

本实用新型的油田井口用水源热泵供热装置，其使用操作步骤与现有水源热泵机组及其集热井、换热器的要求相同。它适用范围比较广泛，既可以用于新建单井采集的混合介质加热，也可以用于旧单井的传统加热装置的改造。其水源热泵机组7和介质加热器5还可以用于集输站1的传统加热装置的改造，水源热泵机组7也可以用于集输站1的油水分离的污水余热回收。

Claims (1)

1.一种油田井口用水源热泵供热装置，包括井口介质传输管、连通集输站的换热介质输出管、连接热泵机组的水源换热器及其组装在集热井井管内的抽水潜水泵和回灌水管，其特征在于：所述井口介质传输管连接介质加热器的换热介质入口端，换热介质出口端连接与集输站连通的换热介质输出管，所述水源热泵机组的高热循环管路连通介质加热器内的加热管，集热井井管内的回灌水层底部设置自动控制强力排污泵，在所述排污泵的泵体内集成由主、副叶轮构成的双流道无堵塞叶轮，组装有主、副叶轮的电机轴的末端固定搅拌器，所述搅拌器置于排污泵基座进水腔内的隔板下方的通道内，泵体出口端通过浑浊水吸管连接井管外的沉降池。

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