CN209025658U - 一种油田矿井余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油田矿井余热利用系统，包括接力热管式采油系统、油田矿井深层余热提取系统和油田矿井污水余热利用系统。接力热管式采油系统包括数段热管式采油管和热管锚杆；油田矿井深层余热提取系统包括供电系统和供热水系统，供电系统包括深层余热热管采集系统、第一换热器和发电系统，第一换热器与供热水系统连接；油田矿井污水余热利用系统包括原油外输管道、储油罐、第二换热器、热泵机组和地板辐射管，原油外输管道与储油罐连接，原油外输管道、储油罐、第二换热器、地板辐射管均与热泵机组连接，热泵机组与发电系统连接。本实用新型利用油田矿井余热，实现了余热合理利用；可以提高采油效率，减轻油井热害、污水等问题，节能环保。

Description

一种油田矿井余热利用系统

技术领域

本实用新型属于油田矿井余热利用技术领域，具体是涉及一种油田矿井余热利用系统。

背景技术

随着全球石油需求量的剧增及常规油气资源的消耗殆尽，稠油粘度大、流动性差，因此开采难度大，稠油的开采成为石油工业不得不面临的一个难题。目前国内、外大多采用加热开采的方式，由于稠油的黏温特性和井筒结构的散热损失，在流动过程中，稠油温度降低，黏度升高，流动性变差，使得稠油的运输、储存比较困难；且油田矿井热环境问题、污水处理问题也日益成为制约油田矿井有效开采的重要因素。一方面现有油田采油技术与油井余热资源利用并没有很好的结合；另一方面油田矿井污水的合理处理也没有得到很好的实施。这就使得研究新型能源、优化采油系统、合理利用污水显得尤为必要。现有地热资源的利用多采用地埋管利用水进行热量的交换，造成热耗散比较严重、需水量大、底层热量不能很好的利用等问题，而且热能利用率较低。集油田矿井开采、污水利用与地热资源协同化发展刚刚起步，相关研究还需进一步探究，因此，设计一种油田矿井余热利用系统非常有必要。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种油田矿井余热利用系统，该系统最大限度地利用油田矿井余热，利用井筒深层稠油高温提高井筒上部稠油温度、提取油田矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活用热水和提取油田矿井污水余热对原油外输管道、储油罐维温及室内进行供暖，从而实现了余热最大化利用；同时有助于提高采油效率，减轻油井热害、污水带来的严重问题，节能环保，结构简单。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种油田矿井余热利用系统，其特征在于：包括利用井筒深层稠油高温提高井筒上部稠油温度的接力热管式采油系统、提取油田矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活用热水的油田矿井深层余热利用系统和提取油田矿井污水余热对原油外输管道、储油罐维温及室内进行供暖的油田矿井污水余热利用系统，所述接力热管式采油系统包括首尾相连的热管式采油管和热管锚杆；所述油田矿井深层余热利用系统包括供电系统和供热水系统，所述供电系统包括依次连接的辅以热管锚杆的深层余热热管采集系统、第一换热器和发电系统，所述第一换热器与供热水系统连接；所述油田矿井污水余热利用系统包括原油外输管道、储油罐、第二换热器、热泵机组和地板辐射管，所述原油外输管道与储油罐连接，所述原油外输管道、储油罐、第二换热器和地板辐射管均与热泵机组连接，所述地板辐射管设置在房屋室内地面下，所述热泵机组与发电系统连接。

上述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述热管式采油管包括套管、油管、热管和热管锚杆，所述热管同心设置在油管内，所述油管同心设置在套管内，两者之间为油套环空，所述热管锚杆与套管一侧连接。

上述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述热管内部上部为气体工质，下部为液体工质，所述热管上部与其对应外侧的油管、油套环空、套管共同构成热管式采油管蒸发段，所述热管下部与其对应外侧的油管、油套环空、套管共同构成热管式采油管冷凝段。

上述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述热管锚杆包括托板、杆体、真空腔、吸液芯、工作液和螺纹头，所述螺纹头与托板一侧连接，所述托板另一侧与杆体连接，所述杆体上下两侧夹层为吸液芯，内部为真空腔，所述真空腔内含有工作液。

上述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述深层余热热管采集系统包括热管锚杆、热管外壳、内置套管、泡沫铁镍材料、蒸汽通道和冷凝水通道，所述内置套管同心设置在热管外壳内，所述内置套管的上端开口、下端与热管外壳的底部焊接密实，所述泡沫铁镍材料焊接在内置套管与热管外壳的下部之间，所述蒸汽通道的一端与热管外壳的上端连通，所述冷凝水通道的一端与热管外壳的上部连通，所述蒸汽通道的另一端和冷凝水通道的另一端均与第一换热器的蒸发端连接，所述热管锚杆连接在热管外壳两侧，所述接力热管式采油系统的热管锚杆和深层余热热管采集系统的热管锚杆临近一侧紧靠，所述热管外壳竖直设置且底部位于深层油田矿井区内，所述内置套管位于油田矿井区的热管外壳内，所述蒸汽通道和冷凝水通道均位于矿井区外。

上述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述内置套管的上部直径小于内置套管的下部直径，所述内置套管的下部与其对应外侧的热管外壳、热管锚杆段共同构成深层热管蒸发段，所述内置套管的上部与其对应外侧的热管外壳段共同构成深层热管绝热段。

上述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述供热水系统包括储水罐、自来水进水管和生活用水设施，所述自来水进水管上安装有开关阀，所述自来水进水管与储水罐的冷水进口连接，所述生活用水设施与储水罐的热水出口通过管道连接，所述储水罐一侧热水进口和冷水出口均通过管道与第一换热器连接。

上述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述发电系统包括蒸发器、膨胀机、发电机、内回热器、冷凝器和工质泵，所述蒸发器、膨胀机、内回热器、冷凝器和工质泵通过管道依次连接，所述内回热器通过管道与蒸发器连接，所述工质泵通过管道与内回热器连接，所述膨胀机与发电机连接，所述发电机与热泵机组连接且为热泵机组供电，所述蒸发器的热源进口和冷凝水出口均通过管道与第一换热器的冷凝端连接。

上述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述油田矿井污水余热利用系统包括污水进水管、污水出水管、原油外输管道、储油罐、第二换热器、热泵机组和地板辐射管，所述污水进水管和污水出水管一端均与第二换热器连接，所述污水进水管另一端与热管式采油管连接，所述污水出水管另一端一部分回注地下，一部分水处理排放，所述第二换热器通过管道与热泵机组下部连接，所述原油外输管道为双层套管，两端环部密封，所述原油外输管道一端与储油罐连接，另一端与热管式采油管连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型采用热管锚杆辅助接力热管采油，利用井筒深层稠油高温的同时降低油井温度，并提高井筒上部稠油温度，提高采油效率，减少采油成本；同时能克服超长热管携带极限，接力式热管采油管与超长新型热管可协同作用又可单独作用。

2、本实用新型采用超长新型热管并配置热管锚杆取热，保证采油区温度均衡且能起到支护作用，同时无需任何动力即可将深层油井余热及地热采集提取用于发电及供热，减少热泵机组在建筑中的能耗，且能满足日常生活热水需求。

3、本实用新型利用油田矿井污水的热量，对其进行余热回收，回收的热量经过热泵机组一部分为原油运输管道和储油罐维温，保证稠油具有流动性；另一部分为建筑物室内供暖，提供舒适的生活环境。

4、本实用新型采用地板辐射空调形式供热，高效节能、无噪音、无吹风感、冷热均匀，结构简单、系统节能，可以为室内营造更健康舒适的环境。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型接力热管式采油管构造原理图。

图3为本实用新型深层余热热管采集系统的结构示意图。

图4为本实用新型发电系统的结构示意图。

图5为本实用新型热管锚杆结构示意图。

图6为本实用新型接力热管式采油管和深层余热热管采集系统的关联示意图。

附图标记说明：

1-接力热管式采油系统；2-深层余热热管采集系统；

2-1-蒸汽通道； 2-2-冷凝水通道； 2-3-泡沫铁镍材料；

2-4-热管外壳； 2-5-内置套管； 2-6-深层热管绝热段；

2-7-深层热管蒸发段； 3-第一换热器； 4-发电系统；

4-1-发电机； 4-2-蒸发器 4-3-膨胀机；

4-4-内回热器； 4-5-冷凝器； 4-6-工质泵；

5-热管锚杆； 5-1-托板； 5-2-杆体；

5-3-真空腔； 5-4-吸液芯； 5-5-工作液；

5-6-螺纹头； 6-供电系统； 7-供热水系统；

7-1-储水罐； 7-2-生活用水设施； 8-自来水进水管；

8-1-开关阀； 9-地板辐射管； 10-热泵机组；

11-第二换热器； 12-污水进水管； 13-污水出水管；

14-油田矿井污水余热利用系统； 15-储油罐； 16-原油外输管道；

17-热管式采油管； 17-1-套管； 17-2-油套环空；

17-3-油管； 17-4-热管； 17-5-气体工质；

17-6-液体工质； 17-7-热管式采油管冷凝段； 17-8-热管式采油管蒸发段

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括利用井筒深层稠油高温提高井筒上部稠油温度的接力热管式采油系统、提取油田矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活用热水的油田矿井深层余热利用系统和提取油田矿井污水余热对原油外输管道、储油罐维温及室内进行供暖的油田矿井污水余热利用系统，所述接力热管式采油系统(1)包括首尾相连的热管式采油管(17)和热管锚杆(5)；所述油田矿井深层余热利用系统包括供电系统 (6)和供热水系统(7)，所述供电系统(6)包括依次连接的辅以热管锚杆(5)的深层余热热管采集系统(2)、第一换热器(3)和发电系统(4)，所述第一换热器(3) 与供热水系统(7)连接；所述油田矿井污水余热利用系统(14)包括原油外输管道(16)、储油罐(15)、第二换热器(11)、热泵机组(10)和地板辐射管(9)，所述原油外输管道(16)与储油罐(15)连接，所述原油外输管道(16)、储油罐(15)、第二换热器(11)和地板辐射管(9)均与热泵机组(10)连接，所述地板辐射管(9)设置在房屋室内地面下，所述热泵机组(10)与发电系统(4)连接。

如图2所示，所述热管式采油管(17)包括套管(17-1)、油管(17-3)、热管(17-4) 和热管锚杆(5)，所述热管(17-4)同心设置在油管(17-3)内，所述油管(17-3)同心设置在套管(17-1)内，两者之间为油套环空(17-2)，所述热管锚杆(5)与套管(17-1) 一侧连接。

通过热管锚杆(5)吸取地层和深层余热热管采集系统(2)中热管锚杆(5)的热量，提高油管(17-3)下部稠油温度，热管(17-4)将下部稠油热量传递至油管(17-3)上部稠油，使其更好的通过原油外输管道(16)输送出去。

如图2所示，所述热管(17-4)内部上部为气体工质(17-5)，下部为液体工质(17-6)，所述热管(17-4)上部与其对应外侧的油管(17-3)、油套环空(17-2)、套管(17-1) 共同构成热管式采油管蒸发段(17-8)，所述热管(17-4)下部与其对应外侧的油管(17-3)、油套环空(17-2)、套管(17-1)共同构成热管式采油管冷凝段(17-7)。

如图5所示，所述热管锚杆(5)包括托板(5-1)、杆体(5-2)、真空腔(5-3)、吸液芯(5-4)、工作液(5-5)和螺纹头(5-6)，所述螺纹头(5-6)与托板(5-1)一侧连接，所述托板(5-1)另一侧与杆体(5-2)连接，所述杆体(5-2)上下两侧夹层为吸液芯(5-4)，内部为真空腔(5-3)，所述真空腔(5-3)内含有工作液(5-5)。

工作液(5-5)从岩层内吸收热量转化为蒸汽向托板(5-1)侧流动，传递热量后冷凝回流至另一端，以此往复循环传递热量。

如图3所示，所述深层余热热管采集系统(2)包括热管锚杆(5)、热管外壳(2-4)、内置套管(2-5)、泡沫铁镍材料(2-3)、蒸汽通道(2-1)和冷凝水通道(2-2)，所述内置套管(2-5)同心设置在热管外壳(2-4)内，所述内置套管(2-5)的上端开口、下端与热管外壳(2-4)的底部焊接密实，所述泡沫铁镍材料(2-3)焊接在内置套管(2-5) 与热管外壳(2-4)的下部之间，所述蒸汽通道(2-1)的一端与热管外壳(2-4)的上端连通，所述冷凝水通道(2-2)的一端与热管外壳(2-4)的上部连通，所述蒸汽通道(2-1) 的另一端和冷凝水通道(2-2)的另一端均与第一换热器(3)的蒸发端连接，所述热管锚杆(5)连接在热管外壳(2-4)两侧，所述接力热管式采油系统(1)的热管锚杆(5) 和深层余热热管采集系统(2)的热管锚杆(5)临近一侧紧靠，所述热管外壳(2-4)竖直设置且底部位于深层油田矿井区内，所述内置套管(2-5)位于油田矿井区的热管外壳 (2-4)内，所述蒸汽通道(2-1)和冷凝水通道(2-2)均位于矿井区外。

热管外壳(2-4)蒸发端在深层矿井区吸收余热，工质吸热汽化为蒸汽形式，由于内置套管(2-5)和泡沫铁镍的存在，蒸汽形式工质携带热量快速通过蒸汽通道(2-1)传至热管外壳(2-4)的冷凝端，第一换热器(3)的蒸发端吸热，利用热量进行有机朗肯循环发电，至此完成发电过程，而热管外壳(2-4)内的工质冷凝放热液化，液体工质通过冷凝水通道(2-2)传至热管外壳(2-4)的底部蒸发端继续吸热循环往复，从而源源不断将深层矿井余热提取进行发电。

如图3所示，所述内置套管(2-5)的上部直径小于内置套管(2-5)的下部直径，所述内置套管(2-5)的下部与其对应外侧的热管外壳(2-4)段、热管锚杆(5)共同构成深层热管蒸发段(2-7)，所述内置套管(2-5)的上部与其对应外侧的热管外壳(2-4) 段共同构成深层热管绝热段(2-6)。

如图1所示，所述供热水系统(7)包括储水罐(7-1)、自来水进水管(8)和生活用水设施(7-2)，所述自来水进水管(8)上安装有开关阀(8-1)，所述自来水进水管 (8)与储水罐(7-1)的冷水进口连接，所述生活用水设施(7-2)与储水罐(7-1)的热水出口通过管道连接，所述储水罐(7-1)一侧热水进口冷水出口均通过管道与第一换热器(3)连接。

供热水系统(7)中，自来水送入储水罐(7-1)中与第一换热器(3)进行换热，保证全年生活热水供应充足，且高效利用系统热量。

如图4所示，所述发电系统(4)包括蒸发器(4-2)、膨胀机(4-3)、发电机(4-1)、内回热器(4-4)、冷凝器(4-5)和工质泵(4-6)，所述蒸发器(4-2)、膨胀机(4-3)、内回热器(4-4)、冷凝器(4-5)和工质泵(4-6)通过管道依次连接，所述内回热器(4-4) 通过管道与蒸发器(4-2)连接，所述工质泵(4-6)通过管道与内回热器(4-4)连接，所述膨胀机(4-3)与发电机(4-1)连接，所述发电机(4-1)与热泵机组(10)连接且为热泵机组(10)供电，所述蒸发器(4-2)的热源进口和冷凝水出口均通过管道与第一换热器(3)的冷凝端连接。

第一换热器(3)的内部采用两部分换热构件，水水换热供给生活用水设施(7-2)所用，水气换热供给发电系统(4)发电所用蒸汽。

如图1所示，所述油田矿井污水余热利用系统(14)包括污水进水管(12)、污水出水管(13)、原油外输管道(16)、储油罐(15)、第二换热器(11)、热泵机组(10) 和地板辐射管(9)，所述污水进水管(12)和污水出水管(13)一端均与第二换热器(11) 连接，所述污水进水管(12)另一端与热管式采油管(17)连接，所述污水出水管(13) 另一端一部分回注地下，一部分水处理排放，所述第二换热器(11)通过管道与热泵机组(10)下部连接，所述原油外输管道(16)为双层套管，两端环部密封，所述原油外输管道(16)一端与储油罐(15)连接，另一端与热管式采油管(17)连接。

油田矿井污水经过污水进水管(12)在第二换热器(11)进行换热，经过污水出水管(13)一部分回注地下，一部分水处理排放。第二换热器(11)经热泵机组(10)换热升温，热泵机组(10)将热量分别为原油外输管道(16)和储油罐(15)维温及通过地板辐射管(9)为室内供暖。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种油田矿井余热利用系统，其特征在于：包括利用井筒深层稠油高温提高井筒上部稠油温度的接力热管式采油系统、提取油田矿井深层余热用于发电以供给建筑暖通设备及生活用热水的油田矿井深层余热利用系统和提取油田矿井污水余热对原油外输管道、储油罐维温及室内进行供暖的油田矿井污水余热利用系统，所述接力热管式采油系统(1)包括首尾相连的热管式采油管(17)和热管锚杆(5)；所述油田矿井深层余热利用系统包括供电系统(6)和供热水系统(7)，所述供电系统(6)包括依次连接的辅以热管锚杆(5)的深层余热热管采集系统(2)、第一换热器(3)和发电系统(4)，所述第一换热器(3)与供热水系统(7)连接；所述油田矿井污水余热利用系统(14)包括原油外输管道(16)、储油罐(15)、第二换热器(11)、热泵机组(10)和地板辐射管(9)，所述原油外输管道(16)与储油罐(15)连接，所述原油外输管道(16)、储油罐(15)、第二换热器(11)、地板辐射管(9)均与热泵机组(10)连接，所述地板辐射管(9)设置在房屋室内地面下，所述热泵机组(10)与发电系统(4)连接。

2.按照权利要求1所述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述热管式采油管(17)包括套管(17-1)、油管(17-3)、热管(17-4)和热管锚杆(5)，所述热管(17-4)同心设置在油管(17-3)内，所述油管(17-3)同心设置在套管(17-1)内，两者之间为油套环空(17-2)，所述热管锚杆(5)与套管(17-1)一侧连接。

3.按照权利要求2所述的矿井余热利用系统，其特征在于：所述热管(17-4)内上部为气体工质(17-5)，下部为液体工质(17-6)，所述热管(17-4)上部与其对应外侧的油管(17-3)、油套环空(17-2)、套管(17-1)共同构成热管式采油管蒸发段(17-8)，所述热管(17-4)下部与其对应外侧的油管(17-3)、油套环空(17-2)、套管(17-1)共同构成热管式采油管冷凝段(17-7)。

4.按照权利要求2所述的矿井余热利用系统，其特征在于：所述热管锚杆(5)包括托板(5-1)、杆体(5-2)、真空腔(5-3)、吸液芯(5-4)、工作液(5-5)和螺纹头(5-6)，所述螺纹头(5-6)与托板(5-1)一侧连接，所述托板(5-1)另一侧与杆体(5-2)连接，所述杆体(5-2)上下两侧夹层为吸液芯(5-4)，内部为真空腔(5-3)，所述真空腔(5-3)内部含有工作液(5-5)。

5.按照权利要求1所述的油田矿井余热利用系统，其特征在于：所述深层余热热管采集系统(2)包括热管锚杆(5)、热管外壳(2-4)、内置套管(2-5)、泡沫铁镍材料(2-3)、蒸汽通道(2-1)和冷凝水通道(2-2)，所述内置套管(2-5)同心设置在热管外壳(2-4)内，所述内置套管(2-5)的上端开口、下端与热管外壳(2-4)的底部焊接密实，所述泡沫铁镍材料(2-3)焊接在内置套管(2-5)与热管外壳(2-4)的下部之间，所述蒸汽通道(2-1)的一端与热管外壳(2-4)的上端连通，所述冷凝水通道(2-2)的一端与热管外壳(2-4)的上部连通，所述蒸汽通道(2-1)的另一端和冷凝水通道(2-2)的另一端均与第一换热器(3)的蒸发端连接，所述热管锚杆(5)连接在热管外壳(2-4)两侧，所述接力热管式采油系统(1)的热管锚杆(5)和深层余热热管采集系统(2)的热管锚杆(5)临近一侧紧靠，所述热管外壳(2-4)竖直设置且底部位于深层油田矿井区内，所述内置套管(2-5)位于油田矿井区的热管外壳(2-4)内，所述蒸汽通道(2-1)和冷凝水通道(2-2)均位于矿井区外。

6.按照权利要求5所述的矿井余热利用系统，其特征在于：所述内置套管(2-5)的上部直径小于内置套管(2-5)的下部直径，所述内置套管(2-5)的下部与其对应外侧的热管外壳(2-4)、热管锚杆(5)段共同构成深层热管蒸发段(2-7)，所述内置套管(2-5)的上部与其对应外侧的热管外壳(2-4)段共同构成深层热管绝热段(2-6)。

7.按照权利要求1所述的矿井余热利用系统，其特征在于：所述供热水系统(7)包括储水罐(7-1)、自来水进水管(8)和生活用水设施(7-2)，所述自来水进水管(8)上安装有开关阀(8-1)，所述自来水进水管(8)与储水罐(7-1)的冷水进口连接，所述生活用水设施(7-2)与储水罐(7-1)的热水出口通过管道连接，所述储水罐(7-1)一侧热水进口和冷水出口均通过管道与第一换热器(3)连接。

8.按照权利要求1所述的矿井余热利用系统，其特征在于：所述发电系统(4)包括蒸发器(4-2)、膨胀机(4-3)、发电机(4-1)、内回热器(4-4)、冷凝器(4-5)和工质泵(4-6)，所述蒸发器(4-2)、膨胀机(4-3)、内回热器(4-4)、冷凝器(4-5)和工质泵(4-6)通过管道依次连接，所述内回热器(4-4)通过管道与蒸发器(4-2)连接，所述工质泵(4-6)通过管道与内回热器(4-4)连接，所述膨胀机(4-3)与发电机(4-1)连接，所述发电机(4-1)与热泵机组(10)连接且为热泵机组(10)供电，所述蒸发器(4-2)的热源进口和冷凝水出口均通过管道与第一换热器(3)的冷凝端连接。

9.按照权利要求1所述的矿井余热利用系统，其特征在于：所述油田矿井污水余热利用系统(14)包括污水进水管(12)、污水出水管(13)、原油外输管道(16)、储油罐(15)、第二换热器(11)、热泵机组(10)和地板辐射管(9)，所述污水进水管(12)和污水出水管(13)一端均与第二换热器(11)连接，所述污水进水管(12)另一端与热管式采油管(17)连接，所述污水出水管(13)另一端一部分回注地下，一部分水处理排放，所述第二换热器(11)通过管道与热泵机组(10)下部连接，所述原油外输管道(16)为双层套管，两端环部密封，所述原油外输管道(16)一端与储油罐(15)连接，另一端与热管式采油管(17)连接。