基于小型气冷堆的核能制汽采油系统技术方案

本发明专利技术公开了基于小型气冷堆的核能制汽采油系统，包括与油井连接的采油用注汽换热器，还包括小型气冷堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、一号中间换热器、二号中间换热器、蒸汽过热器，所述一号中间换热器、二号中间换热器串接在一起，所述小型气冷堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、采油用注汽换热器进汽口、蒸汽过热器进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接二号中间换热器进汽口，所述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蒸汽过热器进水口，蒸汽过热器出水口连接采油用注汽换热器进水口。本发明专利技术采用小型气冷堆提供高压的饱和蒸汽或过热蒸汽，直接用于采油过程中加热油层中原油。

【技术实现步骤摘要】
基于小型气冷堆的核能制汽采油系统
本专利技术涉及油田采油技术，具体地说是基于小型气冷堆的核能制汽采油系统。
技术介绍
稠油在世界油气资源中占有很大的比重，如何有效开采稠油，使其成为可动用储量，是石油工业一直面临的问题。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。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。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。高温气冷堆发展历史最为悠久，1938年美国乏加哥大学首先建成世界上第一座可控链式核裂变装置(研究实验型反应堆)。该堆采用石墨块作慢化剂，金属天然铀作燃料，利用鼓风机压缩空气进行冷却。高温气冷堆经过了三个阶段的发展历程，即早期的(低温)气冷堆(LTGR)、中期的改进型气冷堆(AGR)及目前的高温气冷堆(HTGR)。1956年英国首先建成石墨气冷堆核电厂，采用镁铍合金包壳金属天然铀燃料，二氧化碳冷却。本专利技术专利主要针对一种小型气冷堆与多级换热器方式生产油田采用用高品质蒸汽进行描述。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于小型气冷堆的核能制汽采油系统，小型气冷堆提供高压的饱和蒸汽或过热蒸汽，直接用于采油过程中加热油层中原油。采用小型气冷堆产生的主蒸汽参数较高，可以直接用于稠油热采注汽，满足绝大部分稠油油藏注汽的需要。为了达成上述目的，本专利技术采用了如下技术方案，基于小型气冷堆的核能制汽采油系统，包括与油井连接的采油用注汽换热器，还包括小型气冷堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、一号中间换热器、二号中间换热器、蒸汽过热器，所述一号中间换热器、二号中间换热器串接在一起，所述小型气冷堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、采油用注汽换热器进汽口、蒸汽过热器进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接二号中间换热器进汽口，所述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蒸汽过热器进水口，蒸汽过热器出水口连接采油用注汽换热器进水口，采油用注汽换热器的出汽口连接油井。所述乏汽减压装置出汽口还直接连接采油用注汽换热器进汽口。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进汽口，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气冷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采油用注汽换热器给水管，一号中间换热器出水口连接二号中间换热器进水口。所述蒸汽过热器疏水口通过三号调节阀连接疏水闪蒸箱进口，疏水闪蒸箱出口连接除氧器进口。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。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：小型气冷堆提供高压的饱和蒸汽或过热蒸汽，直接用于采油过程中加热油层中原油。采用小型气冷堆产生的主蒸汽参数较高，可以直接用于稠油热采注汽(典型气冷堆二回路蒸汽压力最高14.1MPa，温度570℃)，可以浅层油藏2MPa到中深层14MPa以下注汽需要，如果优化换热参数，可以产生更高压的蒸汽，满足绝大部分稠油油藏注汽的需要。本专利技术采用小型气冷堆直接产生高温高压蒸汽的方式来满足稠油热采注汽需要，主要是利用小型气冷堆产量的大量高品质的热能通过换热系统，将常温水一步一步升温，从而将热水加热并产生高温高压蒸汽(最高26.35MPa，温度468.92℃)，用于采油过程中加热油层中原油。其中从小型气冷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加压升温，逐渐达到满足油田采油用蒸汽品质。所述的在供热制汽回路与小型堆的蒸汽发生器一回路间必须设置中间回路，小型堆的蒸汽发生器产生的蒸汽限制在中间回路内进行热力循环，防止小型堆的蒸汽发生器产生可能带有污染介质水进行播。所述第一回路：气冷堆核能蒸汽发生器出来的新蒸汽为采油蒸汽发生器提供热源蒸汽，同时通过减压分别为一号中间换热器、二号中间换热器提供热源蒸汽，以逐步提高制汽给水的温度，放热后冷凝形成的疏水经水处理进入除氧器，被新蒸汽热源加热，最终经给水泵返回蒸汽发生器，完成循环。结构见附图1。所述第二回路：经水处理的制汽给水经给水泵、一号中间换热器、2#换热器、采油蒸汽换热器逐级升温，形成饱和蒸汽，然后经分离后的干蒸汽，可以通过主蒸汽再热，形成过热蒸汽，输送至3km以内油井，或长输送其它区块油井蒸汽网。结构见附图1。所述系统未考虑发电，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，排汽都进入排汽母管与部分主蒸汽混合后为除氧器、1#与二号中间换热器提供热源蒸汽。结构见附图1。所述的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”。所述的以HTR-PM为球床模块式高温气冷堆，采用全陶瓷包覆颗粒球形燃料元件，氦气作冷却剂，石墨作慢化剂。堆芯热功率250MW，在二回路产生最高压力温度为26.35MPa、468.92℃的过热蒸汽。高温气冷堆通常采用氦气作为冷却剂，通常采用棱柱状燃料或球床燃料，气冷却剂出口温度(850℃)可以使发电效率提高并用于制氢，可采用氦气直接循环透平发电。气冷堆冷却剂虽然不发生相变，固有安全性好，但换热效率较低，制约了堆芯功率密度的提升，需付出较大的经济代价，目前主要的技术难点在于放射性气体屏蔽与收集、燃料后处理、氦气直接透平、耐高温材料等。本专利技术通过小型高温气冷堆直接生产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HTR-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于小型气冷堆的核能制汽采油系统，包括与油井连接的采油用注汽换热器，其特征在于，还包括小型气冷堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、一号中间换热器、二号中间换热器、蒸汽过热器，所述一号中间换热器、二号中间换热器串接在一起，所述小型气冷堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、采油用注汽换热器进汽口、蒸汽过热器进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接二号中间换热器进汽口，所述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蒸汽过热器进水口，蒸汽过热器出水口连接采油用注汽换热器进水口，采油用注汽换热器的出汽口连接油井。/n

【技术特征摘要】
1.基于小型气冷堆的核能制汽采油系统，包括与油井连接的采油用注汽换热器，其特征在于，还包括小型气冷堆蒸汽发生器、乏汽减压装置、一号中间换热器、二号中间换热器、蒸汽过热器，所述一号中间换热器、二号中间换热器串接在一起，所述小型气冷堆蒸汽发生器出汽口同时连接乏汽减压装置进汽口、采油用注汽换热器进汽口、蒸汽过热器进汽口，所述乏汽减压装置出汽口连接二号中间换热器进汽口，所述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蒸汽过热器进水口，蒸汽过热器出水口连接采油用注汽换热器进水口，采油用注汽换热器的出汽口连接油井。


2.根据权利要求1所述的基于小型气冷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采油用注汽换热器进汽口。


3.根据权利要求1或2所述的基于小型气冷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进汽口，二号中间换热器出汽口连接一号中间换热器进汽口。


4.根据权利要求1或2所述的基于小型...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，汪庐山，谢志勤，戴宇婷，赵晓，王超，刘廷峰，张鹏，李友平，逯国成，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37