CN211500734U - Sagd采出液余热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种SAGD采出液余热回收利用系统，所述系统包括：背压式蒸汽压降气轮发电机组，其包括背压式蒸汽轮机和第一发电机，所述背压式蒸汽轮机被配置为直接或间接接收来自SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽，从而带动所述第一发电机产生电力，并将所述高压蒸汽转化为低压蒸汽；以及ORC发电机组，其包括ORC膨胀机和第二发电机，所述ORC膨胀机被配置为直接或间接吸收来自所述背压式蒸汽压降气轮发电机组的所述低压蒸汽的热能，从而带动所述第二发电机产生电力，并将所述低压蒸汽转化为冷凝水。

Description

SAGD采出液余热回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及石油开采技术领域，具体涉及一种SAGD采出液余热回收利用系统。

背景技术

蒸汽辅助重力泄油(简称SAGD)技术是提高稠油、超稠油、高凝油采收率的一项前沿技术。SAGD技术可以大幅度提高采收率，同时也需要消耗大量的蒸汽。同时，SAGD生产过程中，还产生大量的采出液余热，给原油的脱水及集输带来了很大的困难。另外，如果这些余热不加以回收利用而直接外排，不但会导致能源的浪费，而且也会对周边环境造成“热”污染。此外，由于大量的余热得不到合理的利用，导致SAGD技术开采稠油的经济效益大大下降，从而使SAGD 采油技术推广变的十分艰难。

目前对采出液余热的回收利用多是直接与锅炉给水换热，虽然实现了一定程度上的回收应用，但是并未实现余热的梯级回收、充分利用的目标。

可见，本领域中需要改进的SAGD采出液余热回收利用解决方案。

实用新型内容

根据本实用新型的实施例，提供了一种SAGD采出液余热回收利用系统，包括：

背压式蒸汽压降气轮发电机组，其包括背压式蒸汽轮机和第一发电机，所述背压式蒸汽轮机被配置为直接或间接接收来自SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽，从而带动所述第一发电机产生电力，并将所述高压蒸汽转化为低压蒸汽；以及

ORC发电机组，其包括ORC膨胀机和第二发电机，所述ORC膨胀机被配置为直接或间接吸收来自所述背压式蒸汽压降气轮发电机组的所述低压蒸汽的热能，从而带动所述第二发电机产生电力，并将所述低压蒸汽转化为冷凝水。

根据本实用新型的实施例的技术方案，通过首先使用背压式蒸汽压降气轮发电机组转换来自SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽的饱和蒸汽压力能产生电力，降压后的低压蒸汽再由ORC膨胀机吸收其潜热来产生电力，蒸汽释出潜热后成为冷凝水，所述冷凝水可以回收再利用，实现了SAGD采出液余热的分级回收和较充分利用，解决了SAGD生产工艺中的水—热平衡矛盾问题，达到了整体高发电量效率及冷凝热水回收，获得了高经济效益、节能减碳及节水的综合效果。

附图说明

图1示出了现有的SAGD采出液处理工艺的示意图；以及

图2示出了根据本实用新型的实施例的一种SAGD采出液余热回收利用系统的示意图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本实用新型的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本实用新型。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本实用新型并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本实用新型，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。本说明书中涉及的各术语的含义一般为本领域中的通常含义，或者为本领域技术人员在阅读本说明书之后所正常理解的含义。本说明书中的用语“包括”、“包含”是开放式的，即除了所提及的各要素外，还可能包括其他未提及的要素。本说明书中的用语“第一”、“第二”等仅用于区分属于同一类的不同部件，而不表示这些部件之间在重要性、顺序等方面的任何区别。本说明书中的术语“高压蒸汽”、“低压蒸汽”仅具有彼此相对的意义，即“高压蒸汽”的压力大于“低压蒸汽”的压力，而其各自的数值范围可以为说明书中所例示的数值左右。

图1示出了现有的SAGD采出液处理工艺的示意图。如图1中所示，来自油区的SAGD采出液首先由蒸汽分离器分离出高温蒸汽，然后分为两部分，一部分经油-水换热器与三期软化水进行换热后进入1号联合站一段沉降罐进行沉降处理；另一部分由预脱水装置、热化学脱水装置进行脱水处理，所脱除的水经水- 水换热器与一期清水软化水进行换热后进入1号联合站除油罐，脱水处理后的采出液经另一油-水抽热器与来自水-水换热器的一期清水软化水进行换热后，进入1号联合站净化油罐；由蒸汽分离器分离出的蒸汽经汽-水换热器与作为锅炉给水的二期清水软化水进行换热后，再经过冷凝水缓冲罐，由冷凝水外输泵输送到1号联合站除油罐(当然，图1中所示的现有的SAGD采出液处理工艺的具体步骤、装置以及流量、湿度、压力等具体工艺参数数值仅仅是示例)。

可见，在现有的SAGD采出液处理工艺中，采用分离蒸汽直接与锅炉给水换热的方式来平衡蒸汽的余热，多余部分的余热采用冷水进行冷却，由于余热量过大，造成能量平衡与水平衡的矛盾，使得大量的采出液余热无法被充分回收利用。

为此，本实用新型的发明人通过运用先进的模拟技术，建立SAGD过程工艺模型，通过模型进行能量衡算，找出能耗分布状况，找出余热产生点，并根据计算确定余热的质和量，从而提出了本实用新型的SAGD采出液余热回收利用方案，实现了余热的梯级回收、高效利用的目的。

在本实用新型的SAGD采出液余热回收利用方案中，为了回收分离蒸汽的余热，解决水-热平衡矛盾，采用了背压式蒸汽压降气轮机发电联合中低温余热ORC (有机朗肯循环)发电技术，将中低温余热转化为高品质的电能。这样不但解决了生产的水—热平衡矛盾问题，回收了余热，还大大降低了生产运行成本，提供了部分生产用电。

现参照图2，其示出了根据本实用新型的实施例的一种SAGD采出液余热回收利用系统100的示意图。

如图2中所示，所述SAGD采出液余热回收利用系统100包括：

背压式蒸汽压降气轮发电机组110，其包括背压式蒸汽轮机111和第一发电机112，所述背压式蒸汽轮机111被配置为直接或间接接收来自SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽，从而带动所述第一发电机112产生电力，并将所述高压蒸汽转化为低压蒸汽；以及

ORC发电机组120，其包括ORC膨胀机121和第二发电机122，所述ORC膨胀机121被配置为直接或间接吸收来自所述背压式蒸汽压降气轮发电机组110 的所述低压蒸汽的热能，从而带动所述第二发电机122产生电力，并将所述低压蒸汽转化为冷凝水。

如图2中所示，例如，所述来自SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽(可包含伴生气)的温度可以为约165℃，压力可以为约0.6MPa(g)，温度可以为约1，流量可以为大于14.5t/h。所述背压式蒸汽轮机111的叶片在所述高压蒸汽的驱动下转动，从而带动所述第一发电机112发电。所述高压蒸汽经过所述背压式蒸汽轮机111后，转化为低温低压蒸汽。例如，所述低压蒸汽的温度可以为约126℃，压力可以为约0.14MPa(g)，湿度可以为约0.97，流量可以为约14.5t/h。

所述背压式蒸汽轮机111排出的所述低温低压蒸汽可以进一步被用于驱动所述ORC发电机组120，使所述低温低压蒸汽释放潜热后变为冷凝热水，并产生电力。

所述ORC发电机组120可包括ORC膨胀机121以及由其带动的第二发电机122。如本领域所知的，所述ORC膨胀机121可包括膨胀腔、叶轮、叶轮轴等，并可以进一步包括蒸发器123、冷凝器124和工质泵125。所述工质泵125例如可以为变频工质泵，其可以由一VFD(变频器)驱动。当所述背压式蒸汽轮机 111所排出的所述低温低压蒸汽进入所述ORC膨胀机121的蒸发器123后，将其热量传递给蒸发器131中的有机工质。所述有机工质可以是低沸点的有机工质，例如R245fa。所述有机工质吸热后相变蒸发为高压蒸汽，进入所述ORC膨胀机121的膨胀腔中膨胀做功，推动叶轮并带动叶轮轴转动，进而带动与叶轮轴相连的所述第二发电机122发电。所述有机工质在膨胀做工后进入冷凝器124，在冷凝器124中冷凝为液态，并由工质泵重新打回所述蒸发器123，完成有机工质的闭路循环。此外，在蒸发器123中，所述低温低压蒸汽在与所述有机工质换热后，变为冷凝水，并可存储在一冷凝水缓冲罐130中，以便于进一步地回收利用。所述冷凝器124可以与一冷却水管道连通，以便由冷却水进行降温。所述冷却水管道在另一端可与一空气冷凝器(未示出)，以便将来自冷凝器124的升温后的冷却水降温后重新传送到冷凝器124。

这样，通过首先使用背压式蒸汽压降气轮发电机组110转换来自SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽的饱和蒸汽压力能产生电力，降压后的低压蒸汽再由ORC膨胀机121吸收其潜热来产生电力，蒸汽释出潜热后成为冷凝水，所述冷凝水可以回收再利用，实现了SAGD采出液余热的分级回收和较充分利用，解决了SAGD生产工艺中的水—热平衡矛盾问题，达到了整体高发电量效率及冷凝热水回收，获得了高经济效益、节能减碳及节水的综合效果。

在一些实施例中，所述SAGD采出液余热回收利用系统100还可包括：

蒸汽-热水换热器140，其第一侧管路与来自所述背压式蒸汽轮机111的低压蒸汽管路连通，第二侧管路与来自所述ORC膨胀机121的蒸发器123的加压热水管路150连通，从而将来自所述低压蒸汽的热能传递给所述加压热水管路 150中的加压热水，提高所述加压热水的温度，并将所述低压蒸汽转化为冷凝水；以及

冷凝水缓冲罐130，其被配置为通过冷凝水管路接收来自所述蒸汽-热水换热器140的所述冷凝水，

其中，所述ORC膨胀机121的蒸发器吸收所述加压热水的热能，从而驱动所述ORC膨胀机121运转，并带动所述第二发电机122产生电力。

这样，通过将来自所述背压式蒸汽轮机111的所述低压蒸汽在所述蒸汽-热水换热器140中与加压热水管路150中的热水换热后，再由加压热水在所述蒸发器124中与有机工质进行换热，以便有机工质带动OCR发电机组120发电，将低温余热转换为高品质电能，而不是由所述低压蒸汽直接在所述蒸发器124 中与有机工质进行换热，由于加压热水的流量可以更大，温度可以更为稳定，可以避免低压蒸汽波动带来ORC发电机组120的频繁调节，提高ORC发电机组的运行平稳性。

如图2中所示，例如，经过所述蒸汽-热水换热器140换热后的所述冷凝水 (可包含伴生气)的温度可以为约90℃，压力可以为约0.09MPa(g)，流量可以为约14.5t/h；进入所述蒸汽-热水换热器140的所述加压热水管路中加压热水的温度可以为约90℃，压力可以为约0.6MPa(g)，流量可以为约293t/h；离开所述蒸汽-热水换热器140的所述加压热水管路中加压热水的温度可以为约 115℃，压力可以为约0.7-0.8MPa(g)，流量可以为约293t/h。

在一些实施例中，如图2中所示，所述SAGD采出液余热回收利用系统100 还可包括汽液分离器160，其被配置为与来自所述SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽管路连通，将来自所述蒸汽分离器的高压蒸汽中的水气及杂质滤出后，提供给所述背压式蒸汽轮机。所滤出的水气及杂质可以由一疏水阀 (未示出)自动排出。

在一些实施例中，如图2中所示，所述SAGD采出液余热回收利用系统100 还可包括：

来自所述SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽管路170，所述高压蒸汽管路170包括通向所述背压式蒸汽轮机111的第一支路171，以及通向所述ORC发电机组120的第二支路172；以及

位于所述第二支路172上的蒸汽旁通调节阀173和减压阀174，所述蒸汽旁通调节阀173被配置为使来自所述SAGD采出液处理工艺中的蒸汽分离器的高压蒸汽的一部分通过所述减压阀173减压后，与来自所述背压式蒸汽轮机111的低压蒸汽混合，以便直接或间接提供给所述ORC膨胀机121。

这样，通过所述蒸汽旁通调节阀173和减压阀174，可以调节所述背压式蒸汽压降气轮发电机组110和所述ORC发电机组120之间的能量分配。进一步地，可以通过一PLC(可编程逻辑控制器)来控制所述蒸汽旁通调节阀173的开度，从而自动调节所述背压式蒸汽压降气轮发电机组110和所述ORC发电机组120 之间的能量分配。在一些实施例中，所述蒸汽旁通调节阀173可以与位于所述第一支路171上的调节阀共同作用，来调节所述背压式蒸汽压降气轮发电机组 110和所述ORC发电机组120之间的能量分配。例如，当蒸汽压力小于0.4MPa 时，所述PLC可控制所述蒸汽旁通调节阀173开启，并可控制所述第一支路171 上的阀门关闭，从而使蒸汽直接进入所述ORC发电机组120；当蒸汽压力大于 0.4MPa时，所述PLC可减小所述蒸汽旁通调节阀173开度，并可增加所述第一支路171上的阀门的开度，且蒸汽压力越大，使所述蒸汽旁通调节阀173的开度越小，直至关闭，而使所述第一支路171上的阀门的开度越大。当然，以上所述仅为示例，而不是对本实用新型的限制。

所述减压阀174例如可以将所述高压蒸汽的压力降低到接近所述背压式蒸汽轮机111排出的低压蒸汽的压力。

在一些实施例中，所述SAGD采出液余热回收利用系统100系统还可包括：

流量阀113，其位于来自所述SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽管路170上所述背压式蒸汽轮机111的前端；

压力计114，其位于离开所述背压式蒸汽轮机的低压蒸汽管路上，被配置为检测所述低压蒸汽的压力；以及

控制器(未示出)，其被配置为根据所述低压蒸汽的压力来控制所述流量阀113的开度。

所述控制器例如可以为PLC，其可以在所述低压蒸汽的压力过大时，减小所述流量阀113的开度，而在所述低压蒸汽的压力过小时，增加所述流量阀113 的开度，以保证适当的蒸汽背压。例如，所述控制器可以通过控制所述流量阀 113的开度，使蒸汽背压保持不低于0.4MPa，蒸汽干度保持在90％以上。

在一些实施例中，所述SAGD采出液余热回收利用系统100系统还可包括：

温度计115，其位于所述蒸汽-热水换热器140的第一侧管路上，被配置为检测所述第一侧管路中的低压蒸汽的过热度；

流量计116，其位于所述蒸汽-热水换热器的第一侧管路上，被配置为检测所述第一侧管路中的低压蒸汽的流量；以及

控制器(未示出)，其被配置为根据所述低压蒸汽的过热度和流量来控制所述ORC膨胀机的变频工质泵的频率。

例如，所述控制器可以根据所述低压蒸汽的过热度和流量计算蒸汽凝结到例如90℃时的放出热量，并根据能量平衡原理得出进入ORC机组的热量，然后根据该热量计算所需工质的流量，从而通过调节变频工质泵125的频率来实现工质流量控制。

这样，通过根据所述低压蒸汽的过热度和流量来控制所述ORC膨胀机121 的变频工质泵125的频率来进行工质流量控制，可以使得系统能够自动适应低压蒸汽的过热度和流量的变化。

以上参照附图描述了根据本实用新型的实施例的SAGD采出液余热回收利用系统100，应指出的是，以上描述仅为示例，而不是对本实用新型的限制。在本实用新型的其他实施例中，所述装置可包括更多、更少或不同的部件，且各部件之间的连接、包含、功能等关系可以与所图示和描述的不同。例如，在以上描述和图示中省略了一些阀门、压力计、温度计等常规部件。例如，以上描述和图示中的压力、温度、流量等具体数据仅为对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不是其限制。

为了说明和描述的目的已经提供了对本实用新型的实施例的前述描述，其中阐述了许多具体细节，诸如特定部件和层的示例，以提供对本实用新型的实施例的透彻理解，其目的不是穷尽的或者限制本实用新型。特定实施例的各个特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在其他实施例中使用，即使没有具体示出或描述。这样的变化不被认为是背离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本实用新型的范围内。在一些示例实施例中，没有详细描述公知的部件、结构和公知的技术。

这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不意图是限制性的。本申请中各部件的名称仅是为叙述方便而定，而不是对本实用新型的限制。如本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”也可以意图包括复数形式。术语“包括”，“包括”，“包含”和“具有”是包含性的，因此指定所述特征、实体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或一个或多个其他特征、实体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的添加。这里描述的步骤、过程和操作不被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行，除非明确地指定了执行顺序。

当元件被称为在另一元件“上”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一元件时，其可直接位于、接合、连接或耦合到其他元件，或可以存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“在... 之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文中所使用的，“连接”、“相连”或类似术语，在没有其他明确限定的情况下，可以指机械连接、电连接、通信连接中的任何一个或多个。此外，如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件和/或部分，但是这些元件、部件和/或部分不应该受限于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件、部件或部分与另一个元件、部件或部分。除非在上下文中明确指出，否则诸如“第一”，“第二”和其他数字术语的术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序。因此，本申请中的第一元件、组件或部分可以被称为第二元件、组件或部分，而不脱离示例实施例的教导的情况。

为便于描述，可在此使用诸如“内部”、“外部”、“下面”、“下方”、“上面”，“上方”等的空间相关术语，描述一个元素或特征与另一个元素或特征的如图中所示的关系。除了图中所示的取向之外，空间相对术语可以意图包括使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的设备翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将被定向为在其它元件或特征“之上”。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，并且相应地在此使用的空间描述应当相对地解释。

可以理解的是，本实用新型的以上各实施例仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施例，本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为处于本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书的语言表述的含义及其等同含义所限定。

Claims (5)

1.一种SAGD采出液余热回收利用系统，其特征在于，包括：

背压式蒸汽压降气轮发电机组，其包括背压式蒸汽轮机和第一发电机，所述背压式蒸汽轮机被配置为直接或间接接收来自SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽，从而带动所述第一发电机产生电力，并将所述高压蒸汽转化为低压蒸汽；以及

ORC发电机组，其包括ORC膨胀机和第二发电机，所述ORC膨胀机被配置为直接或间接吸收来自所述背压式蒸汽压降气轮发电机组的所述低压蒸汽的热能，从而带动所述第二发电机产生电力，并将所述低压蒸汽转化为冷凝水。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

蒸汽-热水换热器，其第一侧管路与来自所述背压式蒸汽轮机的低压蒸汽管路连通，第二侧管路与来自所述ORC膨胀机的蒸发器的加压热水管路连通，从而将来自所述低压蒸汽的热能传递给所述加压热水管路中的加压热水，提高所述加压热水的温度，并将所述低压蒸汽转化为冷凝水；以及

冷凝水缓冲罐，其被配置为通过冷凝水管路接收来自所述蒸汽-热水换热器的所述冷凝水，

其中，所述ORC膨胀机的蒸发器吸收所述加压热水的热能，从而驱动所述ORC膨胀机运转，并带动所述第二发电机产生电力。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

来自所述SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽管路，所述高压蒸汽管路包括通向所述背压式蒸汽轮机的第一支路，以及通向所述ORC发电机组的第二支路；以及

位于所述第二支路上的蒸汽旁通调节阀和减压阀，所述蒸汽旁通调节阀被配置为使来自所述SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽的一部分通过所述减压阀减压后，与来自所述背压式蒸汽轮机的低压蒸汽混合，以便直接或间接提供给所述ORC膨胀机。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

流量阀，其位于来自所述SAGD采出液处理工艺的蒸汽分离器的高压蒸汽管路上所述背压式蒸汽轮机的前端；

压力计，其位于离开所述背压式蒸汽轮机的低压蒸汽管路上，被配置为检测所述低压蒸汽的压力；以及

控制器，其被配置为根据所述低压蒸汽的压力来控制所述流量阀的开度。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：

温度计，其位于所述蒸汽-热水换热器的第一侧管路上，被配置为检测所述第一侧管路中的低压蒸汽的过热度；

流量计，其位于所述蒸汽-热水换热器的第一侧管路上，被配置为检测所述第一侧管路中的低压蒸汽的流量；以及

控制器，其被配置为根据所述低压蒸汽的过热度和流量来控制所述ORC膨胀机的变频工质泵的频率。

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