CN209670958U - 一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，包括与油井连接的燃料化石注汽锅炉，油井还与计量站或联合站连接，还包括小型压水堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、一号中间换热器、二号中间换热器，所述一号中间换热器、二号中间换热器串接在一起，所述小型压水堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、二号中间换热器进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接一号中间换热器进汽口，所述二号中间换热器出汽口连接燃料化石注汽锅炉进汽口，本实用新型采用小型压水堆提供高、低压的饱和蒸汽或过热蒸汽，用于采油过程中加热油层中原油或者用于地面管线中掺热输油。

Description

一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统

技术领域

本实用新型涉及油田采油技术，尤其是一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统。

背景技术

随着世界范围内稠油开采规模的不断扩大，注蒸汽开采稠油作为一种成熟工艺已越来越引起人们的重视。稠油热采是目前世界上规模最大的提高原油采收率工程项目，该技术自问世以来，已经有了突飞猛进的发展，形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD、热水驱等技术为代表的技术框架。

注汽锅炉是现在油田中应用最广泛的蒸汽注入设备，其将水转化为干度为75％的湿饱和蒸汽，注入井下，对油层进行加热，以降低原油粘度，从而提高采收率。目前燃料主要包括原油、天然气、水煤浆等，因此注汽锅炉分为烧原油注汽锅炉、烧天然气注汽锅炉、烧煤注汽锅炉。然而近期随着国际油价的下跌，有效缩减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。燃油燃气蒸汽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，面临着巨大的环保压力。因此，油田注汽锅炉的技术更新成为大势所趋。

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。本实用新型采用压水堆技术，它是目前世界上最普遍采用的核电堆型。其主要特点是利用堆容器—压力壳和冷却剂环路系统、设备包容带放射性的一回路介质。利用主泵使冷却剂循环带出堆芯热量；利用蒸汽发生器使二回路水介质，由给水变成蒸汽，从而推动汽轮发电机组输出电能。

本实用新型专利主要针对一种小型压水堆与常规化石燃料锅炉联合制备油田采用用高品质蒸汽进行描述。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，小型压水堆提供高、低压的饱和蒸汽或过热蒸汽，用于采油过程中加热油层中原油或者用于地面管线中掺热输油。

本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：

该基于小型压水堆的核能制汽采油系统包括与油井连接的燃料化石注汽锅炉，油井还与计量站或联合站连接，还包括小型压水堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、一号中间换热器、二号中间换热器，所述一号中间换热器、二号中间换热器串接在一起，所述小型压水堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、二号中间换热器进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接一号中间换热器进汽口，燃料化石注汽锅炉出汽口连接油井。

本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：

所述乏汽减压装置出汽口还直接连接计量站或联合站。

所述燃料化石注汽锅炉自身的燃烧腔还连接化石燃料通道、空气通道。

所述乏汽减压装置出汽口还通过二号调节阀连接一号中间换热器，二号中间换热器出汽口连接一号中间换热器进汽口。

所述一号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压水堆蒸汽发生器进水口。

所述乏汽减压装置出汽口通过一号调节阀连接除氧器进口。

所述一号中间换热器进水口通过二号汽动给水泵连接燃料化石注汽锅炉给水管，一号中间换热器出水口连接二号中间换热器进水口，二号中间换热器出水口连接燃料化石注汽锅炉进水口。

所述一号中间换热器或二号中间换热器包括换热壳以及设置在换热壳内腔中的弯曲换热管，换热壳上开设换热器进汽口和换热器出汽口，换热管两端分别为换热器进水口和换热器出水口。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

小型压水堆提供高、低压的饱和蒸汽或过热蒸汽，用于采油过程中加热油层中原油或者用于地面管线中掺热输油。采用小型压水堆由于产生的主蒸汽参数较低(典型压水堆二回路蒸汽压力最高6.9MPa，温度284℃，而采用用注入蒸汽压力从浅层油藏2MPa到超深层26MPa，典型注汽压力8-22MPa)，并不能直接发生8MPa以上蒸汽，本实用新型采用小型压水堆联合化石能源锅炉方式来满足注汽需要，主要是利用小型压水堆产量的大量的低参数的热能来提供从常温水升温阶段的显热部分的热能，后端还需要配置化石燃料注汽锅炉，将热水进一步加热产生高压蒸汽(8-26MPa)，用于采油过程中加热油层中原油，而小型压水堆直接产生的低参数的热能可以通过乏汽母管降压，降低到1MPa以下，用于地面管线中掺热输油。其中从小型压水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多级加热器方式进行升温，然后进入化石燃料注汽锅炉，加压升温到油田采油用蒸汽。

所述的在供热制汽回路与小型压水堆一回路间必须设置中间回路，小型压水堆蒸汽发生器产生的蒸汽限制在中间回路内进行热力循环，防止小型压水堆蒸汽发生器产生可能带有污染的介质水扩散。

第一回路：核岛侧蒸汽发生器产生的蒸汽送往一号中间换热器与二号中间换热器，经放热形成的冷凝水由凝结水泵及水处理后打入除氧器，继续被新蒸汽送至除氧器的热源蒸汽加热至饱和除氧，最后经给水泵送入蒸汽发生器，形成常规岛回路。结构见附图1。

第二回路：经水处理的注汽锅炉给水，分别通过给水泵、一号中间换热器、二号中间换热器升温，然后送入天然气注汽锅炉加热汽化形成高压蒸汽，送至最远3km采油注汽井侧。结构见附图1。

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，排汽都进入乏汽母管与部分主蒸汽混合后为除氧器与一号中间换热器提供热源蒸汽，同时为油田采出的产液进行加热升温，解决输送过程中原油降温输送阻力大的难题。结构见附图1。

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”。压水堆是其主要特点是利用堆容器——压力壳和冷却剂环路系统、设备包容带放射性的一回路介质。利用主泵使冷却剂循环带出堆芯热量；利用蒸汽发生器使二回路水介质，由给水变成蒸汽，从而推动汽轮发电机组输出电能；利用稳压器稳定系统压力。以中国广核集团的ACPR50小型压水堆，堆芯热功率200MW，在二回路产生压力温度为4.68MPa、297.2℃的过热蒸汽。

本实用新型通过小型压水堆与常规化石燃料锅炉联合制备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。以中国广核集团的ACPR50小型压水堆，在二回路产生压力温度为4.68MPa、297.2℃的过热蒸汽，按照引入小型压水堆核能供热后，计算产生压力为12MPa的蒸汽，经加热器焓升为1030.5kJ/kg，注汽锅炉焓升1579.2kJ/kg，稠油热采制汽与传统相比，节约39.5％的化石能源。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构流程图。

图中：小型压水堆蒸汽发生器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；

燃料化石注汽锅炉给水管11，二号汽动给水泵12，燃料化石注汽锅炉13，化石燃料通道(煤，天然气，原油)14，空气通道15，一号油井16,二号油井17，三号油井18，计量站或联合站19。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，包括与油井的注汽管连接的燃料化石注汽锅炉13，油井还通过输油管道与计量站或联合站19连接，还包括小型压水堆蒸汽发生器1、乏汽减压装置2、一号中间换热器5、二号中间换热器6，所述一号中间换热器、二号中间换热器串接在一起，所述小型压水堆蒸汽发生器1出汽口同时连接乏汽减压装置2进汽口、二号中间换热器6进汽口，所述乏汽减压装置2出汽口连接一号中间换热器5进汽口，所述二号中间换热器出汽口连接燃料化石注汽锅炉进汽口，燃料化石注汽锅炉出汽口连接油井。

注汽锅炉是一种通过化石能源加热锅炉中盘管中的水或蒸汽的装置，属于本领域内的常规技术。通过辐射换热和对流换热的方式，将从二号中间换热器升温后的高温水或蒸汽进一步升温达到油井注汽用的蒸汽压力、蒸汽温度，然后在输送到油井上进行使用。锅炉内的流程是燃料化石燃烧后产生的高温烟气和火苗共同加热锅炉内盘管中的高温水或蒸汽，也相当于换热器的结构。

另外，如果从二号中间换热器换热后的高温水或蒸汽能够满足注汽井需要的高的温度和压力数值，也可以直接将二号中间换热器换热后的高温水或蒸汽直接输送到油井。

所述乏汽减压装置出汽口还直接连接计量站或联合站，或者乏汽减压装置出汽口还直接连接油井和计量站之间的输油管道上。

所述燃料化石注汽锅炉13自身的燃烧腔还连接化石燃料通道14、空气通道15。

所述乏汽减压装置2出汽口还通过二号调节阀4连接一号中间换热器5，二号中间换热器6出汽口连接一号中间换热器5进汽口。

所述一号中间换热器5出汽口通过凝结水泵7连接除氧器8进口，除氧器出口通过一号汽动给水泵9连接小型压水堆蒸汽发生器1进水口。

所述乏汽减压装置2出汽口通过一号调节阀3连接除氧器8进口。

所述一号中间换热器5进水口通过二号汽动给水泵12连接燃料化石注汽锅炉给水管11，一号中间换热器5出水口连接二号中间换热器6进水口，二号中间换热器6出水口连接燃料化石注汽锅炉13进水口。

所述一号中间换热器或二号中间换热器包括换热壳以及设置在换热壳内腔中的弯曲换热管，换热壳上开设换热器进汽口和换热器出汽口，换热管两端分别为换热器进水口和换热器出水口。其中一号中间换热器或二号中间换热器，这种结构的换热器均为现有技术，直接应用即可。

从小型压水堆蒸汽发生器1出来的4.68MPa、297.2℃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，如果输油管道长、原油粘度高，则需要引入小型压水堆蒸汽发生器1出来低压蒸汽伴掺产液进行输送到计量站、联合站。

如附图1所示，包括第一回路，第二回路。第一回路：小型压水堆蒸汽发生器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：燃料化石注汽锅炉给水管11，二号汽动给水泵12，一号中间换热器5，二号中间换热器6，燃料化石注汽锅炉13，化石燃料(煤，天然气，原油)14，空气15，一号油井16,二号油井17，三号油井18，计量站或联合站19。

第一回路中小型压水堆蒸汽发生器1产生的蒸汽小部分流到乏汽减压装置2中，大部分流到二号中间换热器6中，然后流到一号中间换热器5，再接着流到凝结水泵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输送回小型压水堆蒸汽发生器1中，小部分流到乏汽减压装置2中的蒸汽，通过两个调节阀分别为除氧器8和一号中间换热器5提供热源蒸汽，保证其正常工作，两部分蒸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。

第二回路中燃料化石注汽锅炉给水管11来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，最后流到燃料化石注汽锅炉13中，通过化化石燃料通道14来的石燃料(煤，天然气，原油)与空气通道15来的空气的燃烧提供的热量，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16，二号油井17，三号油井18等井中进行原油的加热。针对特殊高粘、超深井从地层中采出的产出液随着流动，温度降低，粘度升高，流动性变差，无法正常流到计量站或联合站19中去，此时，通过从乏汽减压装置2减压出来的低压高温蒸汽以适当的压力混掺入产液中，提高产液温度，降低原油粘度，提高产液的流动能力，保证正常流到计量站或联合站19中去。

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。

小型压水堆提供高、低压的饱和蒸汽或过热蒸汽，用于采油过程中加热油层中原油或者用于地面管线中掺热输油。采用小型压水堆由于产生的主蒸汽参数较低(典型压水堆二回路蒸汽压力最高6.9MPa，温度284℃，而采用用注入蒸汽压力从浅层油藏2MPa到超深层26MPa，典型注汽压力8-22MPa)，并不能直接发生8MPa以上蒸汽，本实用新型采用小型压水堆联合化石能源锅炉方式来满足注汽需要，主要是利用小型压水堆产量的大量的低参数的热能来提供从常温水升温阶段的显热部分的热能，后端还需要配置化石燃料注汽锅炉，将热水进一步加热产生高压蒸汽(8-26MPa)，用于采油过程中加热油层中原油，而小型压水堆直接产生的低参数的热能可以通过乏汽母管降压，降低到1MPa以下，用于地面管线中掺热输油。其中从小型压水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多级加热器方式进行升温，然后进入化石燃料注汽锅炉，加压升温到油田采油用蒸汽。

所述的在供热制汽回路与小型压水堆一回路间必须设置中间回路，小型压水堆蒸汽发生器产生的蒸汽限制在中间回路内进行热力循环，防止小型压水堆蒸汽发生器产生可能带有污染的介质水扩散。

第一回路：核岛侧蒸汽发生器产生的蒸汽送往一号中间换热器与二号中间换热器，经放热形成的冷凝水由凝结水泵及水处理后打入除氧器，继续被新蒸汽送至除氧器的热源蒸汽加热至饱和除氧，最后经给水泵送入蒸汽发生器，形成常规岛回路。结构见附图1。

第二回路：经水处理的注汽锅炉给水，分别通过给水泵、一号中间换热器、二号中间换热器升温，然后送入天然气注汽锅炉加热汽化形成高压蒸汽，送至最远3km采油注汽井侧。结构见附图1。

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，排汽都进入乏汽母管与部分主蒸汽混合后为除氧器与一号中间换热器提供热源蒸汽，同时为油田采出的产液进行加热升温，解决输送过程中原油降温输送阻力大的难题。结构见附图1。

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”。

压水堆是其主要特点是利用堆容器——压力壳和冷却剂环路系统、设备包容带放射性的一回路介质。利用主泵使冷却剂循环带出堆芯热量；利用蒸汽发生器使二回路水介质，由给水变成蒸汽，从而推动汽轮发电机组输出电能；利用稳压器稳定系统压力。以中国广核集团的ACPR50小型压水堆，堆芯热功率200MW，在二回路产生压力温度为4.68MPa、297.2℃的过热蒸汽。

本实用新型通过小型压水堆与常规化石燃料锅炉联合制备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。以中国广核集团的ACPR50小型压水堆，在二回路产生压力温度为4.68MPa、297.2℃的过热蒸汽，按照引入小型压水堆核能供热后，计算产生压力为12MPa的蒸汽，经加热器焓升为1030.5kJ/kg，注汽锅炉焓升1579.2kJ/kg，稠油热采制汽与传统相比，节约39.5％的化石能源。

在本实用新型的描述中，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实用新型，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实用新型的限制。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，包括与油井连接的燃料化石注汽锅炉，油井还与计量站或联合站连接，其特征在于，还包括小型压水堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、一号中间换热器、二号中间换热器，所述一号中间换热器、二号中间换热器串接在一起，所述小型压水堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、二号中间换热器进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接一号中间换热器进汽口，燃料化石注汽锅炉出汽口连接油井。

2.根据权利要求1所述的一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，其特征在于，所述乏汽减压装置出汽口还直接连接计量站或联合站。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，其特征在于，所述燃料化石注汽锅炉自身的燃烧腔还连接化石燃料通道、空气通道。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，其特征在于，所述乏汽减压装置出汽口还通过二号调节阀连接一号中间换热器，二号中间换热器出汽口连接一号中间换热器进汽口。

5.根据权利要求4所述的一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，其特征在于，所述一号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压水堆蒸汽发生器进水口。

6.根据权利要求2或5所述的一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，其特征在于，所述乏汽减压装置出汽口通过一号调节阀连接除氧器进口。

7.根据权利要求2或5所述的一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，其特征在于，所述一号中间换热器进水口通过二号汽动给水泵连接燃料化石注汽锅炉给水管，一号中间换热器出水口连接二号中间换热器进水口，二号中间换热器出水口连接燃料化石注汽锅炉进水口。

8.根据权利要求1或2所述的一种基于小型压水堆的核能制汽采油系统，其特征在于，所述一号中间换热器或二号中间换热器包括换热壳以及设置在换热壳内腔中的弯曲换热管，换热壳上开设换热器进汽口和换热器出汽口，换热管两端分别为换热器进水口和换热器出水口。