一种风-光-储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统技术方案

本发明专利技术涉及一种风

【技术实现步骤摘要】
一种风
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光
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统


[0001]本专利技术涉及高温水蒸气工艺，具体涉及一种风
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光
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统。

技术介绍

[0002]稠油是一种石油资源，根据全球公布的油气资源统计数据，稠油储量占到了全球石油储量的70％，但稠油的物理性质十分特殊，主要表现为非常粘稠，流动性很差，稠油因其粘度高、流动性能差，一般在油层条件下不能流动，常规开采方法很难有效的开发，热力采油是目前稠油热采最为主要的方法，是指运用热工学的理论和方法进行石油开采的采油上工艺方法，是通过对油藏加热来降低地下原油的粘度、溶解与溶化油层的堵塞、改善地层的渗流特性，从而提高原油在地层的渗流能力来达到提高原油产量、采收率和开采效益的目的，是以重质原油和高凝油为主要开采对象而发展起来的采油工艺技术，按照加热油藏的不同方式，常用的热力采油方法可分为蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、火烧油层、电磁加热、热化学法等几种方法，其中蒸汽吞吐和蒸汽驱是使用范围最广、采出油量最多的方法，目前，世界上约有80％以上的热采产量是通过注蒸汽采油法而获得的。现场制取热采蒸汽一般做法是用原油或天然气作为热采蒸汽发生器的燃料，送入热采蒸汽发生器中进行燃烧而制出热采蒸汽，然后将热采蒸汽注入稠油储层中加热降粘开采稠油，以蒸汽吞吐或者蒸汽驱技术应用最为普遍。
[0003]然而常规注蒸汽稠油热采需要消耗大量水蒸汽，一般的油汽比在0.15
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0.25之间，而蒸汽生产需要消耗大量的化石燃料。减少这部分的燃料消耗，将对提高采收率减少环境污染起到重要帮助。从地理环境分布看，我国石油可采资源有76％分布在平原、浅海、戈壁和沙漠，分布在较为偏僻地区，此类地区往往具有充足的风能、太阳能等可再生资源。
[0004]太阳能与风能是目前利用广泛的可再生资源，就其储量而言取之不尽，用之不竭，从地区分布来看，风能和太阳能就地可取、无需运输，煤炭石油这类矿物资源运输过程则对交通带来压力，即使是电力，面对戈壁、沙漠等偏远地区仍有较大局限性。此外风能和太阳能在利用过程中不会给环境带来污染，也不会破坏生态。
[0005]虽然太阳能与风能存在上述优点，但也存在一些弊端，首先，能量密度低，无法直接应用与实际生产过程。第二，能量稳定性差，不论风能和太阳能都随天气和气候而变化，能量的不稳定性给两种能源的利用带来了困难。为了能够提供连续稳定的能量转换输出，无论是太阳能集热系统还是风力发电系统，需要采用能量存储装置以调节系统运行过程中的能量供需平衡。但同时风光资源在时间上具有良好的互补性，从昼夜变化上看太阳能资源在日间充足，而风能在夜间更为充足，长期的季节变化上看春季夏季的太阳能资源更为丰富，而秋冬季节则具有更丰富的风能资源。
[0006]因此，通过风能和太阳能结合为稠油热采过程提供清洁的可再生能源，不仅能够解决稠油热采过程中能量消耗高，环境污染严重的问题，并且可以充分发挥太阳能和风能在时间上的互补特性，提高稠油热采过程中能量供应的稳定性。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：本专利技术主要针对现有技术的不足而提供一种风
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光
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统，该系统通过利用太阳能和风能生产稠油热采过程中所需蒸汽，通过风能与太阳能互补，降低风能与太阳能随时间的不稳定性，并利用储热和外界电网补充电力的方式以实现蒸汽连续生产，促进新能源在稠油热采领域的开发利用，减少蒸汽生产过程中燃料直接燃烧和对环境的污染。
[0008]技术方案：一种风
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光
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统，包括太阳能集热子系统、风力发电子系统、蒸汽生产子系统、运行控制子系统，所述太阳能集热子系统收集太阳辐射能为蒸汽生产提供清洁热能，所述风力发电子系统将风动力能高效地转化为电能，调整电力参数后为系统提供电能，蒸汽生产子系统遵循能量品位对口原则综合利用热能与电能生产满足稠油热采需要的蒸汽，所述运行控制子系统实时调整各装置的运行状态，并动态优化蒸汽生产过程中热能与电能供应比例，确保系统能量的稳定供应与蒸汽生产的能量消耗协调匹配。
[0009]太阳能集热子系统：由太阳能集热镜场(槽式太阳能集热器)、高温储热罐、低温储热罐、第一工质循环泵、第二工质循环泵和循环回路组成，所述高温储热罐和低温储热罐组合成储热装置，太阳能集热子系统利用槽式集热器将分散的太阳能汇聚为高能流密度的热能并传递给导热工质，吸热后的工质在循环泵的驱动下将热能提供给蒸汽生产子系统或进入高温储热罐和低温储热罐进行储存。
[0010]所述太阳能集热镜场用于将能量密度较低的太阳能聚集成高能流密度的辐射能，集热方式可选择槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式，接收将汇聚的高能流密度的太阳辐射能转化为高温热能传递给导热工质或水蒸汽，接收器根据需要可选择真空集热管和腔体式，储热装置，将系统富余的能量以热能形式储存，在系统能量供应不足时予以补充，以降低系统能量波动，通过改变导热工质循环方式实现热能的储存与释的切换。
[0011]风力发电子系统：由风力发电机组、电控装置和外部电网组成，所述电控装置包括变压器与输电设备，风力发电机组获取环境风动力能并实现动能向电能的高效转化，产生的电能经过电控装置调节后提供给系统用电装置，在系统电能富余时向外部电网供电，反之外部电网作为风力发电子系统备用能源保证系统整体电能供应。
[0012]所述风力发电机组包括叶轮、齿轮箱、发电机、塔架，用于获取环境风能将风能高效地转化为电能，所述电控装置包括变压器，发电控制器换热输电装置，用于控制风力发电过程的电压、电流和相位参数，为系统提供电能，并且将外部电网连接作为系统的备用能源加以调节，系统电能不足时由外界电网输入电能，对应地富余电能向电网输送。
[0013]蒸汽生产子系统：由软化水储罐、给水泵、第一蒸汽发生器(换热器)、第二蒸汽发生器(换热器)、第一蒸汽发生器(电热驱动)、第二蒸汽发生器(电热驱动)、控制阀(a
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f)组成。
[0014]所述蒸汽生产子系统用于储存符合蒸汽生产标准的软化给水，给水泵为蒸汽注入提供所需的压力，升压后的水进入第一蒸汽发生器(换热器)、第二蒸汽发生器(换热器)、第一蒸汽发生器(电热驱动)和第二蒸汽发生器(电热驱动)，采用直接换热与电驱动加热的形式生产符合生产需求的水蒸汽；蒸汽生产过程中可以通过调整蒸汽生产的控制阀改变生产流程，以此实现蒸汽生产热负荷与系统能量供应相互匹配。
[0015]所述运行控制子系统包含中心控制器，所述运行控制子系统分为三个控制模块，如下所示：
[0016]控制模块A：采用视日运动轨迹跟踪调节集热镜场聚光角度，并调整太阳能集热子系统的热能储存与释放过程。
[0017]控制模块B：调整风力发电子系统，并根据系统蒸汽生产电力需要灵活调度风力发电子系统的电能。
[0018]控制模块C：协本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风
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光
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统，其特征在于，包括太阳能集热子系统(A)、风力发电子系统(B)、蒸汽生产子系统(C)、运行控制子系统，所述太阳能集热子系统(A)收集太阳辐射能为蒸汽生产提供清洁热能，所述风力发电子系统(B)将风动力能高效地转化为电能，调整电力参数后为系统提供电能，蒸汽生产子系统(C)遵循能量品位对口原则综合利用热能与电能生产满足稠油热采需要的蒸汽，所述运行控制子系统实时调整各装置的运行状态，并动态优化蒸汽生产过程中热能与电能供应比例，确保系统能量的稳定供应与蒸汽生产的能量消耗协调匹配；太阳能集热子系统(A)：由太阳能集热镜场(1)(槽式太阳能集热器)、高温储热罐(5)、低温储热罐(6)、第一工质循环泵(2)、第二工质循环泵(7)和循环回路组成，所述高温储热罐(5)和低温储热罐(6)组合成储热装置，太阳能集热子系统(A)利用槽式集热器将分散的太阳能汇聚为高能流密度的热能并传递给导热工质，吸热后的工质在循环泵的驱动下将热能提供给蒸汽生产子系统(C)或进入高温储热罐(5)和低温储热罐(6)进行储存；所述太阳能集热镜场(1)接收将汇聚的高能流密度的太阳辐射能转化为高温热能传递给导热工质或水蒸汽，接收器根据需要可选择真空集热管和腔体式形式；风力发电子系统(B)：由风力发电机组(8)、电控装置(9)和外部电网(10)组成，所述电控装置(9)包括变压器与输电设备，风力发电机组(8)获取环境风动力能并实现动能向电能的高效转化，产生的电能经过电控装置(9)调节后提供给系统用电装置；所述电控装置(9)为系统提供电能，并且将外部电网(10)连接作为系统的备用能源加以调节，系统电能不足时由外界电网输入电能，对应地富余电能向电网输送；蒸汽生产子系统(C)：由软化水储罐(14)、给水泵(15)、第一蒸汽发生器(换热器)(3)、第二蒸汽发生器(换热器)(4)、第一蒸汽发生器(电热驱动)(11)、第二蒸汽发生器(电热驱动)(12)、控制阀(a
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f)组成；所述蒸汽生产子系统(C)用于储存符合蒸汽生产标准的软化给水，给水泵(15)为蒸汽注入提供所需的压力，升压后的水进入第一蒸汽发生器(换热器)(3)、第二蒸汽发生器(换热器)(4)、第一蒸汽发生器(电热驱动)(11)和第二蒸汽发生器(电热驱动)(12)；所述运行控制子系统包含中心控制器(17)，所述运行控制子系统分为三个控制模块，如下所示：控制模块A：采用视日运动轨迹跟踪调节集热镜场聚光角度，并调整太阳能集热子系统(A)的热能储存与释放过程；控制模块B：调整风力发电子系统(B)，并根据系统蒸汽生产电力需要灵活调度风力发电子系统(B)的电能；控制模块C：协同控制蒸汽生产流程中热负荷与系统供能匹配关系。2.根据权利要求1所述的一种风
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光
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统，其特征在于，所述聚光集热镜场由多个聚光集热单元组成，每个单元包括聚光镜、集热器和跟踪驱动装置，采用线聚光方式，实现对太阳能的跟踪和收集，太阳辐射能经过槽式集热镜汇聚到真空集热管，再由导热工质将热能传递给蒸汽发生器或储存在高温储热罐(5)中，实现对热能的储存与利用，采用双罐储热实现热能的储存与释放，根据系统的能量调度需要，蓄热时来自低温储热罐(6)的导热工质输送至镜场吸收太阳辐射热，吸热后的高温工质输送到高温储热罐(5)储热，放热时高温储热罐(5)的工质流入换热器，换热后的工质流入低温
储热罐(6)以此实现储热与放热的工质循环过程。3.根据权利要求2所述的一种风
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统，其特征在于，所述工质循环方式包括以下五种：1)、稳态循环流动：在太阳辐射集热量与第一蒸汽发生器(换热器)(3)和第二蒸汽发生器(换热器)(4)的热负荷相等，关闭控制阀a、b与高温储热罐(5)、低温储热罐(6)的通路，导热工质在第一工质循环泵(2)的作用下，依次通过各槽式太阳能集热镜场(1)中的各个太阳能集热单元，吸收太阳能辐射能并将热能传递到第一蒸汽发生器(换热器)(3)以及第二蒸汽发生器(换热器)(4)用于蒸汽生产，形成闭式循环；2)、太阳能蓄热流动：在太阳辐射集热量大于第一蒸汽发生器(换热器)(3)、第二蒸汽发生器(换热器)(4)的热负荷需求时，调整控制阀b，第一工质循环泵(2)将来自低温储热罐(6)与第一蒸汽发生器(换热器)(3)、第二蒸汽发生器(换热器)(4)的出口的导热工质输送至太阳能集热镜场(1)中吸收太阳辐射热，随后工质经控制阀a分为两部分，一部分通过第二蒸汽发生器(换热器)(4)满足蒸汽生产的热负荷需求，另一部分的高温工质输送到高温储热罐(5)中；3)、电蓄热流动：风力发电机组(8)的供电量富余时，低温储热罐(6)中的冷却工质经工质加热器(13)加热，进入高温储热罐(5)中储存，电蓄热与高温储热罐(5)其它蓄放热过程互不影响，可同时进行；4)、光储互补流动：在太阳辐射集热量小于第一蒸汽发生器(换热器)(3)和第二蒸汽发生器(换热器)(4)的换热需求时，需要从高温储热罐(5)中补充部分热工质，通过第一工质循环泵(2)、第二工质循环泵(7)与控制阀a共同调节，使太阳能集热镜场(1)与高温储热罐(5)的工质共同流入第一蒸汽发生器(换热器)(3)和第二蒸汽发生器(换热器)(4)，换热后的工质经控制阀b分为两部分，一部分流入低温储热罐(6)，另一部分进入槽式太阳能集热镜场(1)再次循环；5)、储热独立供热流动：在太阳能集热镜场(1)无法获得辐射热时，换热器第一蒸汽发生器(电热驱动)(11)和第二蒸汽发生器(电热驱动)(12)的热量全部由储存热能供给，此时控制阀a、b与太阳能集热镜场(1)的通路关闭，高温储热罐(5)中的高温工质流经第二工质循环泵(7)、第一蒸汽发生器(换热器)(3)、第二蒸汽发生器(换热器)(4)，冷却后流入低温储热罐(6)中。4.根据权利要求3所述的一种风
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统，其特征在于，所述风力发电机组(8)将风力转化为电能，产生的电能经变压输送装置输送给用电力消耗设备，其中利用电能驱动的第一蒸汽发生器(电热驱动)(11)和第二蒸汽发生器(电热驱动)(12)用于生产蒸汽，蒸汽过热器(18)用于对注入蒸汽的热力参数做最后调整，在风力发电量不足以满足系统用电负荷需求时，可以选择直接由外部电网(10)输入电能，极端情况时可全部由外部电网(10)输入电能满足系统的蒸汽生产的负荷需要，在风力发电量富余时，由工质加热器(13)将富余的电力加热低温储热罐(6)中的低温工质，并输送到高温储热罐(5)中，将电能转化为热能储存，储热能力达到上限时，剩余电能由电控装置(9)升压后向电网供电。5.根据权利要求1所述的一种风
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统，其特征在于，所述蒸汽生产子系统(C)中蒸汽加热流程由控制子系统的控制模块B调节，理想
环境条件下，给水经过软化储水罐软化储存，软化后由给水泵(15)升压，通过第二蒸汽发生器(换热器)(4)、第一蒸汽发生器(电热驱动)(11)过热，根据风能和光能的能量品质差异，梯级利用太阳能和风电生产符合注采标准的高温水蒸汽，最终输入注汽井(16)内。6.根据权利要求5所述的一种风
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储互补协同的蒸汽生产及辅助稠油热采系统，其特征在于，所述运行控制子系统中：所述控制模块A采用视日运动轨迹跟踪，太阳光线传感器实时采集太阳辐射强度和入射角度，经中心控制器(17)计算处理后输出跟踪信号，由跟踪驱动装置调整镜场聚光角度，保证最佳的集热效率，同时，根据能量调策略，及时调整第一工质循环泵(2)和控制阀a、b，控制工...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨元亮，刘小波，荣雁，朱铁军，陶建强，宫剑飞，关松涛，王辉，周航兵，徐辉，苗春华，马旭，尹沂文，
申请(专利权)人：中石化新疆新春石油开发有限责任公司中石化石油工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：