CN217813759U - 一种基于油田气藏的压缩空气储能装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，涉及油田生产场景与清洁能源技术相结合技术领域，包括注气井、与注气井连通的进气管和出气管、空气压缩机、供热换热器、膨胀发电机和供冷换热器，还包括与注气井连通的地下储气空间，注气井井内设有套管和油管，井口设有与油套环空连通的套管阀门和与油管连通的油管阀门，其井底低于地下储气空间下界；地下储气空间耐压20‑25MPa，进气管的末端与油管阀门连接，出气管的前端与套管阀门连接，且膨胀发电机前部的出气管上设有井口过滤装置；本装置可实现由光伏发电、风力发电、压缩空气储能与电网的协同操作，大幅度提高油田电网消纳绿电能力的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及油田生产场景与清洁能源技术相结合技术领域，具体涉及一种基于油田气藏的压缩空气储能装置。
背景技术
大型油气开发企业属于高耗能企业，一般配备自用火力发电厂和独立的电网系统。目前随着光伏、风电等清洁能源的大规模开发利用，绿电消纳能力的大小，成为影响“碳达峰、碳中和”目标的重要制约因素。电化学储能、抽水储能、飞轮储能、超级电容储能受各自技术特点的限制，在油田均不能大规模提高绿电消纳能力。
压缩空气储能发电系统是一种相对成熟，能够实现大容量和长时间电能存储的电力储能系统。通过压缩空气储存多余的电能，在需要时，将高压空气释放通过膨胀机做功发电。油田在储气方面有较大的优势，如没有油气开发价值的油干层，枯竭的油气藏，小型的圈闭砂岩油藏，数量庞大的油水井；都是做为压缩空气储能的优势。根据油藏类型的不同，可发展规模不同的压缩空气储能电站。
中国专利CN107461603B公开了一种储气储热一体的干热岩再热压缩空气储能系统，包括若干个通过联轴器连接电动机的压缩机和若干个膨胀机组；相邻压缩机之间通过蓄热器相连，末级压缩机与地下储气井群的入口相连，地下储气井群的出口与第一膨胀机组相连，第一膨胀机组通过蓄热器连接换热器的气流入口，换热器的气流出口连接第二膨胀机组，换热器的工质入口和工质出口通过管道与干热岩采热系统连接形成循环回路；换热器和干热岩采热系统组成再热系统，在膨胀机组的个数大于2时，第一膨胀机组之后相邻的膨胀机组之间均设置再热系统；该技术方案在压缩阶段对压缩机级间冷却的热量进行回收，在释能阶段对级间再热的空气进行预热，但其不适用于油田生产场景。
实用新型内容
本实用新型的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供了一种基于油田气藏的压缩空气储能装置。
本实用新型的技术方案是：一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，包括注气井、与注气井连通的进气管和出气管、空气压缩机、供热换热器、膨胀发电机和供冷换热器，所述空气压缩机和供热换热器依次设置在进气管上，所述膨胀发电机和供冷换热器依次设置在出气管上；还包括与注气井连通的地下储气空间，所述注气井井内设有套管和油管，井口设有与油套环空连通的套管阀门和与油管连通的油管阀门，其井底低于地下储气空间下界；所述地下储气空间耐压20-25MPa，所述进气管的末端与油管阀门连接，所述出气管的前端与套管阀门连接，且膨胀发电机前部的出气管上设有井口过滤装置；
还包括地面监控系统，所述地面监控系统包括安装在进气管后端和出气管前端的流量传感器、温度传感器和压力传感器、布置在井口的多台可燃气体检测仪和安装在井口一侧的视频监控装置。
优选的，所述地下储气空间选用20-500万m3的地下油气藏，其空间面积0.2-0.5平方千米，储层厚度2-15米，孔隙度15-30%，空气渗透率20-500毫达西。
优选的，所述注气井的井口耐压25MPa，所述套管和油管的内外壁上均设有防腐涂层。
优选的，所述膨胀发电机前部的出气管上设有两个井口过滤装置，两个所述井口过滤装置并联设置。
优选的，所述井口过滤装置包括筒形壳体，所述壳体的一端设有进气口，另一端设有出气口，壳体内腔通过两个透气隔断分为前后三层，依次充填有陶粒砂、活性炭和吸水料；所述壳体的顶部设有换料口，吸水料对应的壳体底部设有排水孔；所述出气口安装有VOC检测装置。
优选的，所述进气管和出气管上均设有流量调节阀。
优选的，所述注气井的井口设有两个套管阀门，一个用于与出气管连接，另一个用于洗井。
优选的，所述注气井设有2-3口。
本实用新型与现有技术相比较，具有以下优点：
（1）本装置可实现由光伏发电、风力发电、压缩空气储能与电网的协同操作，大幅度提高油田电网消纳绿电能力的目的；
（2）本装置降低了光伏发电、风力发电弃光弃风的几率，提高了油田绿电使用率；
（3）本装置提高了枯竭气藏、停产油气井的利用率，提高了经济效益；
（4）本装置为大型油田高效利用清洁能源，起到了示范作用。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为井口过滤装置的剖视示意图。
图中：1、注气井，2、进气管，3、出气管，4、空气压缩机，5、供热换热器，6、膨胀发电机，7、供冷换热器，8、地下储气空间，9、套管，10、油管，11、套管阀门，12、油管阀门，13、井口过滤装置，14、流量传感器，15、温度传感器，16、压力传感器，17、可燃气体检测仪，18、视频监控装置，19、壳体，20、进气口，21、出气口，22、陶粒砂，23、活性炭，24、吸水料，25、换料口，26、排水孔，27、VOC检测装置，28、流量调节阀。
具体实施方式
下面是结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例一
参照图1所示，一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，包括注气井1、与注气井1连通的进气管2和出气管3、空气压缩机4、供热换热器5、膨胀发电机6和供冷换热器7，空气压缩机4和供热换热器5依次设置在进气管2上，膨胀发电机6和供冷换热器7依次设置在出气管3上；还包括与注气井1连通的地下储气空间8，注气井1井内设有套管9和油管10，井口设有与油套环空连通的套管阀门11和与油管10连通的油管阀门12，其井底低于地下储气空间8下界20m；地下储气空间8耐压20-25MPa，进气管2的末端与油管阀门12连接，出气管3的前端与套管阀门11连接，且膨胀发电机6前部的出气管3上设有井口过滤装置13；
还包括地面监控系统，地面监控系统包括安装在进气管2后端和出气管3前端的流量传感器14、温度传感器15和压力传感器16、布置在井口的多台可燃气体检测仪17和安装在井口一侧的视频监控装置18。
针对油田生产场景，与油田生产实际紧密结合，利用成熟的地质勘探、油藏描述、数模建模、钻采工艺、油气回收等全产业链优势，优选筛查出20-500万立方米的地下油气藏做为地下储气空间8，地面部署2-3口注气井1做为空气输送通道。
注气之前进行试注，验证地下储气空间8的气密性，并抽出残存的油气，保障VOC排放达标。
具体工作方式：太阳能电站发电量、风电场发电量即将超过油田电网消纳能力时，油田电网控制系统开始启动本装置，大型空气压缩机4使用风能、光伏所产绿电，将压缩空气通过进气管2、注气井1（油管10）输入到地下储气空间8；系统将电能转化为空气的压缩势能，储存在地下储气空间8中。大型空气压缩机4工作时，空气在压缩过程中释放大量热能，可通过供热换热器5为油田需热场所提供长时间稳定的热源。
夜晚或风能源较小时，油田电网控制系统开始启动压缩空气储能系统发电供能，此时被压缩在地下储气空间8中的高压空气，通过注气井1（油套环空）进入出气管3，通过井口过滤装置13至膨胀发电机6；压缩空气势能通过恒定压力，驱动汽轮机发电，压缩空气势能释放发电过程中大量吸热，可通过供冷换热器7为需冷场所提供稳定的冷源。将压缩势能转换为电能，补充并入油田电网；整个压缩空气和释放空气过程，均由油田电网控制系统通过地面监控系统全过程监控，始终保持油田电网的稳定运行。
伴随着多次的注气和出气操作，地下储气空间8会出现出砂的现象，注气井1井底低于地下储气空间8下界20m，可做为沉砂口袋。
本装置可实现由光伏发电、风力发电、压缩空气储能与电网的协同操作，大幅度提高油田电网消纳绿电能力的目的；本装置降低了光伏发电、风力发电弃光弃风的几率，提高了油田绿电使用率；本装置提高了枯竭气藏、停产油气井的利用率，提高了经济效益；本装置为大型油田高效利用清洁能源，起到了示范作用。
实施例二
参照图1所示，一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，包括注气井1、与注气井1连通的进气管2和出气管3、空气压缩机4、供热换热器5、膨胀发电机6和供冷换热器7，空气压缩机4和供热换热器5依次设置在进气管2上，膨胀发电机6和供冷换热器7依次设置在出气管3上；还包括与注气井1连通的地下储气空间8，注气井1井内设有套管9和油管10，井口设有与油套环空连通的套管阀门11和与油管10连通的油管阀门12，其井底低于地下储气空间8下界20m；地下储气空间8耐压20-25MPa，进气管2的末端与油管阀门12连接，出气管3的前端与套管阀门11连接，且膨胀发电机6前部的出气管3上设有井口过滤装置13；
还包括地面监控系统，地面监控系统包括安装在进气管2后端和出气管3前端的流量传感器14、温度传感器15和压力传感器16、布置在井口的多台可燃气体检测仪17和安装在井口一侧的视频监控装置18。
此外，本实施例在实施例一的基础上对地下储气空间8的筛选提高了技术指标，具体为：
在本实施例中，地下储气空间8选用20-500万m3的地下油气藏，其空间面积0.2-0.5平方千米，储层厚度2-15米，孔隙度15-30%，空气渗透率20-500毫达西。
实施例三
参照图1所示，一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，包括注气井1、与注气井1连通的进气管2和出气管3、空气压缩机4、供热换热器5、膨胀发电机6和供冷换热器7，空气压缩机4和供热换热器5依次设置在进气管2上，膨胀发电机6和供冷换热器7依次设置在出气管3上；还包括与注气井1连通的地下储气空间8，注气井1井内设有套管9和油管10，井口设有与油套环空连通的套管阀门11和与油管10连通的油管阀门12，其井底低于地下储气空间8下界20m；地下储气空间8耐压20-25MPa，进气管2的末端与油管阀门12连接，出气管3的前端与套管阀门11连接，且膨胀发电机6前部的出气管3上设有井口过滤装置13；
还包括地面监控系统，地面监控系统包括安装在进气管2后端和出气管3前端的流量传感器14、温度传感器15和压力传感器16、布置在井口的多台可燃气体检测仪17和安装在井口一侧的视频监控装置18。
更为详细的，地下储气空间8选用20-500万m3的地下油气藏，其空间面积0.2-0.5平方千米，储层厚度2-15米，孔隙度15-30%，空气渗透率20-500毫达西。
此外，本实施例在实施例二的基础上对注气井1的结构进行了优化设计，具体为：
在本实施例中，注气井1井身结构按照采气井标准设计，采用7英寸或9英寸套管9；注气井1的井口耐压25MPa，套管9和油管10的内外壁上均设有防腐涂层。
实施例四
参照图1所示，一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，包括注气井1、与注气井1连通的进气管2和出气管3、空气压缩机4、供热换热器5、膨胀发电机6和供冷换热器7，空气压缩机4和供热换热器5依次设置在进气管2上，膨胀发电机6和供冷换热器7依次设置在出气管3上；还包括与注气井1连通的地下储气空间8，注气井1井内设有套管9和油管10，井口设有与油套环空连通的套管阀门11和与油管10连通的油管阀门12，其井底低于地下储气空间8下界20m；地下储气空间8耐压20-25MPa，进气管2的末端与油管阀门12连接，出气管3的前端与套管阀门11连接，且膨胀发电机6前部的出气管3上设有井口过滤装置13；
还包括地面监控系统，地面监控系统包括安装在进气管2后端和出气管3前端的流量传感器14、温度传感器15和压力传感器16、布置在井口的多台可燃气体检测仪17和安装在井口一侧的视频监控装置18。
更为详细的，地下储气空间8选用20-500万m3的地下油气藏，其空间面积0.2-0.5平方千米，储层厚度2-15米，孔隙度15-30%，空气渗透率20-500毫达西。
更为详细的，注气井1的井口耐压25MPa，套管9和油管10的内外壁上均设有防腐涂层。
本实施例在实施例三的基础上对井口过滤装置13的结构进行了优化设计，具体为：
在本实施例中，膨胀发电机6前部的出气管3上设有两个井口过滤装置13，两个井口过滤装置13并联设置，一用一备。
参照图2所示，井口过滤装置13包括筒形壳体19，壳体19的一端设有进气口20，另一端设有出气口21，壳体19内腔通过两个透气隔断分为前后三层，依次充填有陶粒砂22、活性炭23和吸水料24；陶粒砂22主要作用是过滤采出砂，活性炭23主要作用是过滤采出油、气、烃类，吸水料24主要作用是过滤采出水。
壳体19的顶部设有换料口25，可定期更换过滤用料，保障装置长期稳定运行；吸水料24对应的壳体19底部设有排水孔26，定期排出采出水；出气口21安装有VOC检测装置27，如检测到排放超标，可通过两项措施处置，一在注气井1口套管阀门11处安装抽气装置，将气藏内超标烃类、可燃气体导入油气管网，实现有气采气，无气储能；二更换滤料，保障膨胀发电机6安全运行。
实施例五
作为本实用新型的一项优选实施例，本实施例在实施例四的基础上在进气管2和出气管3上增设了流量调节阀28，并在井口增设了一个套管阀门11，具体为：
在本实施例中，进气管2和出气管3上均设有流量调节阀28，流量调节阀28可由油田电网控制系统远程控制，保障装置稳定运行。
参照图1所示，注气井1的井口设有两个套管阀门11，一个用于与出气管3连接，另一个用于洗井，此设置便于对注气井1进行洗井。长时间使用后，需对注气井1进行洗井维护，洗井时，洗井介质经专用套管阀门11注入到油套环空中，然后从油管10中返出完成洗井。
本实用新型并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，包括注气井、与注气井连通的进气管和出气管、空气压缩机、供热换热器、膨胀发电机和供冷换热器，所述空气压缩机和供热换热器依次设置在进气管上，所述膨胀发电机和供冷换热器依次设置在出气管上，其特征在于：还包括与注气井连通的地下储气空间，所述注气井井内设有套管和油管，井口设有与油套环空连通的套管阀门和与油管连通的油管阀门，其井底低于地下储气空间下界；所述地下储气空间耐压20-25MPa，所述进气管的末端与油管阀门连接，所述出气管的前端与套管阀门连接，且膨胀发电机前部的出气管上设有井口过滤装置；
还包括地面监控系统，所述地面监控系统包括安装在进气管后端和出气管前端的流量传感器、温度传感器和压力传感器、布置在井口的多台可燃气体检测仪和安装在井口一侧的视频监控装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，其特征在于：所述地下储气空间选用20-500万m3的地下油气藏，其空间面积0.2-0.5平方千米，储层厚度2-15米，孔隙度15-30%，空气渗透率20-500毫达西。
3.根据权利要求1所述的一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，其特征在于：所述注气井的井口耐压25MPa，所述套管和油管的内外壁上均设有防腐涂层。
4.根据权利要求1所述的一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，其特征在于：所述膨胀发电机前部的出气管上设有两个井口过滤装置，两个所述井口过滤装置并联设置。
5.根据权利要求4所述的一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，其特征在于：所述井口过滤装置包括筒形壳体，所述壳体的一端设有进气口，另一端设有出气口，壳体内腔通过两个透气隔断分为前后三层，依次充填有陶粒砂、活性炭和吸水料；所述壳体的顶部设有换料口，吸水料对应的壳体底部设有排水孔；所述出气口安装有VOC检测装置。
6.根据权利要求1所述的一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，其特征在于：所述进气管和出气管上均设有流量调节阀。
7.根据权利要求1所述的一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，其特征在于：所述注气井的井口设有两个套管阀门，一个用于与出气管连接，另一个用于洗井。
8.根据权利要求1所述的一种基于油田气藏的压缩空气储能装置，其特征在于：所述注气井设有2-3口。
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Cited By (2)
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| CN117552851A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-02-13 | 新疆长毅能源科技有限公司 | 一种二氧化碳储能利用系统及其控制方法 |
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| US11955782B1 (en) | 2022-11-01 | 2024-04-09 | Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc | System and method for fracturing of underground formations using electric grid power |
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