【技术实现步骤摘要】
本专利技术是涉及流体机械，具体地说是涉及一种互助双循环热泵加热油气井系统。
技术介绍
1、在可以预见的未来，传统化石能源依旧是人类所依赖的主要能源，因此我们必须推动传统化石能源的绿色开发与利用，必须用创新性思维和办法来解决核心问题。在对油井内的原油进行开采过程中，必须保证地层的原油能够沿径向源源不断的流到井筒中，流到井筒底部的地下原油能够举升到地面上。地下的原油在举升的过程中，是一个散热降温的过程。因地下原油中含有大量对温度敏感的成分，例如稠油和高凝油中的石蜡，在油井举升过程中，随着地层温度的梯度降低，井内的原油热量散失严重。接近地面的地表层原油温度较低，会出现石蜡凝结的情况。石蜡凝结直接增大原油开采的难度，开采设备的负载增大，严重会出现堵管现象。为解决这一难题，提高原油产量，一般采取的措施是在油井里、或抽油杆内安装一条加热电缆，把电能转换成为热能，提升原油温度，以达到温度补偿，从而提高原油的流动性能。但油井的现实状况是地层温度高，接近地面温度低，电缆总功率小时，地面温度达不到要求，石蜡依然就会出现凝结的现象；电缆总功率大时，地层处加热电缆功率过剩，油温升高后热量向地层径向扩散，能量白白浪费，加大了采油成本，不利于节省电能。原油在低温下是会失去流动性而凝固。原油一旦凝固，就会堵塞管道，想要再让管道畅通是非常麻烦的事情。原油内还含有蜡，蜡在低温下会析出，有的原油在20摄氏度左右就会析出蜡，并附着在管道壁上，随着附着量增加，就会堵塞管线。因此，为了保持原油具有良好的流动性，减少蜡的析出，防止堵塞管道，就需要在原油流出井口后对原油进行
2、在油气井的采集过程中，地下油井的电加热设备需要耗电或者是燃气来加热油气层。我国如今还是以火力发电为主，如果用电缆的加热方式给油气井设备供热，是使用电加热带缠绕在油气井井口设备上来加热，因为电加热带采用电阻发热原理加热，因而加热效率低，而且会造成很高的能耗浪费，电加热属于能量转换方式来获得热能，而能量转换效率是很难达到90％的，因此产生开采石油的成本会极大提高；由于电加热带难以均匀地缠绕在井口设备的各个部分，造成加热效果非常不均衡；又时常因生产需要反复拆卸，而电加热带拆下来后容易损坏和丢失，因此造成很大的浪费。那么采用空气能转移而来的热量给油气井加热会更绿色且更节能，热泵属于能量转换技术，它是把空气能转移到高温处用于加热油气井，其效率可达到300％以上，更有利于降低石油开采成本，这要比传统的能量转换方式的锅炉产热或电缆的电热转换方式要节能得多，让油气井工厂用上清洁的绿色能源，可促使油气井绿色高效开发工程实现节能减排与降本增效的双目标。由于天气变化无常导致热泵所产热量不稳定，极寒天气供热困难，还要遇到化霜难题，有时产热过剩，有时热量不足。可再生能源的热量输出受制于天气变化的强烈影响，所以要再加一些储能的设施，利用热泵把空气能转移到储热容积装置里，这样就完全可以调节负荷平衡。
3、大温差转移热量其能效比是很低的，蒸发器与冷凝器温差越大，其压缩比就越大，压缩比越大其能效比越小。因此极寒天气热泵运行不仅能效比很低，其运行也不稳定，甚至是无法正常运行，较高温天气制冷运行也是如此。因此为了应对极寒天气热泵可获得高效稳定运行，通常是把大温差分解两个相对温差较小的转移热量方式，或者把较大的压缩比分解两个小压缩比进行压缩。为了提高机组在极寒天气情况下运行的稳定性，并提高机组运行之效率，该领域创新专利技术了多种分步转移热量的技术方案，大体上可分成五个技术方案：⑴.准二级压缩技术补齐增焓，是在压缩机上设置中间补气口，通过辅路补入中温中压制冷剂，既可以增加了流经冷凝器的制冷剂循环量，又降低了蒸发器入口的制冷剂比焓，从而提升了低温环境下的系统性能。⑵.单机双压缩技术，在小型单机双压缩机空气源热泵系统中，大多使用滚动式转子制冷压缩机，空气源热泵在低温条件下的稳定性和经济性均有所提高，就是在双级压缩模式的热泵中加入了再压缩元件，以此来提升空气源热泵系统的制热性能。⑶.双机双级压缩机技术，为了实现空气源热泵在不用电辅加热情况下，满足寒冷地区供热需求，采用两个压缩机串联的双机双级压缩空气源热泵便应运而生了，双机双压缩技术空气源热泵克服了传统的单级压缩空气源热泵压缩比过大、排气温度过高、在极寒条件下运行不正常或无法运转的弊端，且经过中间冷却，又可使压缩机耗电量的减少，空气源热泵在低温条件下的稳定性和经济性均有所提高。⑷.双级耦合热泵技术，在室外温度较低时，一级热泵系统空气-防冻液和二级热泵系统防冻液-水均工作，一级热泵系统制取10-20℃低温热水，再由循环泵输送至二级热泵系统的蒸发器中，二级热泵系统从低温热水吸收热量后制取高温热水，再由水泵输送至用户末端。⑸.覆叠热泵技术，复叠式空气源热泵系统的原理与双级压缩系统类似，将较大的总温差分割成两段，分两步来转移低温热量，每段的制冷剂根据温度范围做出适宜的选择，将高温制冷剂与低温制冷剂相结合，使其能够在最佳的温度范围内工作。覆叠热泵要比传统热泵能效比高24.4％，但整个冬季运行的nplv能效比却比传统热泵低，因为其负荷调节能力差，在较小负荷情况下，依然还需要两个压缩机工作，所以很难被用户接受。有鉴如此，本专利技术制冷基于大温差分割转移热量节能原理，采用了大温差三分割之技术，借助辅助循环热泵来实现大温差吸热高效稳定运行，可为高纬度油气井加热提供高效节能的技术方案。
4、国内外的相关资料显示，发现所有相关防止油田油气井井口设备冻结的加热设备和技术，大部分使用的是电阻发热原理进行加热，若大规模使用电加热带相关的加热设备会造成电能耗浪费巨大；还有一小部分利用化石燃料燃烧提供热能来加热的方法，因为该方案复杂，加热效率低，很少被采用。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种互助双循环热泵加热油气井系统，不仅实现高效低能耗加热，促使油气井生产效率的提高。
2、本专利技术提供的技术方案如下：一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：包括翅片管换热器、化霜系统、主循环系统、辅助循环系统、吸热循环泵、热水循环泵和油气井口装置，所述翅片管换热器的输入端和输出端分别与化霜系统通过管道循环连通，所述化霜系统的输出端通过吸热循环泵与辅助循环系统的输入端连通，所述辅助循环系统的输出端与所述化霜系统通过管道连通，所述辅助循环系统内通过管道串联有主循环系统，所述主循环系统的一侧分别通过管道与热水循环泵的输出端和所述油气井口装置的热水入口连通，所述油气井口装置的热水回升管通过管道与所述热水循环泵的输入端连通。
3、优选地，所述化霜系统包括化霜冷凝器、化霜节流装置、化霜蒸发器、化霜压缩机和化霜电动阀，所述翅片管换热器一端通过管道与化霜冷凝器连通，所述化霜冷凝器的制冷剂出口处用管道并列后汇总后通过化霜节流装置与化霜蒸发器入口连通，所述化霜蒸发器出口通过管道与化霜压缩机的入口端连通，所述化霜压缩机出口端通过分支管道与化霜电动阀连通，所述化霜电动阀的另一端与所述化霜冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：包括翅片管换热器(1)、化霜系统、主循环系统、辅助循环系统、吸热循环泵(2)、热水循环泵(3)和油气井口装置，所述翅片管换热器(1)的输入端和输出端分别与化霜系统通过管道循环连通，所述化霜系统的输出端通过吸热循环泵(2)与辅助循环系统的输入端连通，所述辅助循环系统的输出端与所述化霜系统通过管道连通，所述辅助循环系统内通过管道串联有主循环系统，所述主循环系统的一侧分别通过管道与热水循环泵(3)的输出端和所述油气井口装置的热水入口(17)连通，所述油气井口装置的热水回升管(24)通过管道与所述热水循环泵(3)的输入端连通。
2.根据权利要求1所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：所述化霜系统包括化霜冷凝器(4)、化霜节流装置(5)、化霜蒸发器(6)、化霜压缩机(7)和化霜电动阀(8)，所述翅片管换热器(1)一端通过管道与化霜冷凝器(4)连通，所述化霜冷凝器(4)的制冷剂出口处用管道并列后汇总后通过化霜节流装置(5)与化霜蒸发器(6)入口连通，所述化霜蒸发器(6)出口通过管道与化霜压缩机(7)的入口端连通，所述
3.根据权利要求2所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：所述主循环系统包括主循环热泵压缩机(9)、主循环热泵节流装置(10)、主循环热泵冷凝器(11)和主循环热泵蒸发器(12)，所述热水循环泵(3)的输出端与主循环热泵冷凝器(11)的输入端连通，所述主循环热泵冷凝器(11)与主循环热泵蒸发器(12)之间通过管道分别串联有主循环热泵压缩机(9)和主循环热泵节流装置(10)，所述主循环热泵蒸发器(12)两端分别与所述辅助循环系统串联。
4.根据权利要求3所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：所述辅助循环系统包括辅助循环热泵压缩机(13)、辅助循环热泵节流装置(14)、辅助循环蒸发器(15)和辅助循环热泵冷凝器(16)，所述化霜冷凝器(4)一端通过管道与辅助循环蒸发器(15)连通，所述辅助循环蒸发器(15)与辅助循环热泵冷凝器(16)之间通过管道分别串联有辅助循环热泵压缩机(13)、辅助循环热泵节流装置(14)和主循环热泵蒸发器(12)，所述辅助循环热泵冷凝器(16)的输入端与所述吸热循环泵(2)连通。
5.根据权利要求4所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：所述油气井口装置包括油气井水套(18)、中间油管(19)、单向阀(20)、油气层(21)、油管活塞(22)、活塞拉杆(23)、出油管道(25)和油水分离器(26)，所述热水循环泵(3)的输出端通过热水入口(17)将热水打入油气井水套(18)，所述油气井水套(18)内套设有中间油管(19)，所述中间油管(19)下部设有单向阀(20)，所述单向阀(20)下端与油气层(21)连通，所述单向阀(20)上方设有油管活塞(22)，所述油管活塞(22)上端与活塞拉杆(23)适配连接；所述中间油管(19)上端一侧开设有出油管道(25)，所述油气井水套(18)内设有热水回升管(24)，所述热水回升管(24)与所述中间油管(19)之间留有间距；所述热水回升管(24)底部与所述单向阀(20)顶部处于同一水平线上，所述热水回升管(24)顶部通过管道与油水分离器(26)一端连通，所述油水分离器(26)另一端通过管道与所述热水循环泵(3)的输入端连通。
6.根据权利要求5所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：还包括相变储热装置(27)、分水器(28)、板式换热器(29)、汇水器(30)、板式换热器循环泵(31)和阀门(32)，所述主循环热泵冷凝器(11)的输出端通过分支管道分别与相变储热装置(27)的输入端和分水器(28)的输入端连通，所述分水器(28)的输出端通过管道与板式换热器(29)连通，所述板式换热器(29)还通过管道分别与汇水器(30)的输入端、板式换热器循环泵(31)的输出端和热水入口(17)连通，所述汇水器(30)的输出端与相变储热装置(27)的输出端通过管道汇总并行与所述热水循环泵(3)的输入端连通；所述板式换热器循环泵(31)的输入端与所述油水分离器(26)的输出端连通；所述相变储热装置(27)的输入端和输出端管道上均设有阀门(32)，所述相变储热装置(27)的输出端通过分支管道与所述化霜冷凝器(4)和辅助循环蒸发器(15)之间的管道连通。
7.根据权利要求6所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：所述翅片管换热器(1)外罩设有热源塔(33)，所述热源塔(33)顶部设...
【技术特征摘要】
1.一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：包括翅片管换热器(1)、化霜系统、主循环系统、辅助循环系统、吸热循环泵(2)、热水循环泵(3)和油气井口装置，所述翅片管换热器(1)的输入端和输出端分别与化霜系统通过管道循环连通，所述化霜系统的输出端通过吸热循环泵(2)与辅助循环系统的输入端连通，所述辅助循环系统的输出端与所述化霜系统通过管道连通，所述辅助循环系统内通过管道串联有主循环系统，所述主循环系统的一侧分别通过管道与热水循环泵(3)的输出端和所述油气井口装置的热水入口(17)连通，所述油气井口装置的热水回升管(24)通过管道与所述热水循环泵(3)的输入端连通。
2.根据权利要求1所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：所述化霜系统包括化霜冷凝器(4)、化霜节流装置(5)、化霜蒸发器(6)、化霜压缩机(7)和化霜电动阀(8)，所述翅片管换热器(1)一端通过管道与化霜冷凝器(4)连通，所述化霜冷凝器(4)的制冷剂出口处用管道并列后汇总后通过化霜节流装置(5)与化霜蒸发器(6)入口连通，所述化霜蒸发器(6)出口通过管道与化霜压缩机(7)的入口端连通，所述化霜压缩机(7)出口端通过分支管道与化霜电动阀(8)连通，所述化霜电动阀(8)的另一端与所述化霜冷凝器(4)连通。
3.根据权利要求2所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：所述主循环系统包括主循环热泵压缩机(9)、主循环热泵节流装置(10)、主循环热泵冷凝器(11)和主循环热泵蒸发器(12)，所述热水循环泵(3)的输出端与主循环热泵冷凝器(11)的输入端连通，所述主循环热泵冷凝器(11)与主循环热泵蒸发器(12)之间通过管道分别串联有主循环热泵压缩机(9)和主循环热泵节流装置(10)，所述主循环热泵蒸发器(12)两端分别与所述辅助循环系统串联。
4.根据权利要求3所述的一种互助双循环热泵加热油气井系统，其特征在于：所述辅助循环系统包括辅助循环热泵压缩机(13)、辅助循环热泵节流装置(14)、辅助循环蒸发器(15)和辅助循环热泵冷凝器(16)，所述化霜冷凝器(4)一端通过管道与辅助循环蒸发器(15)连通，所述辅助循环蒸发器(15)与辅助循环热泵冷凝器(16)之间通过管道分别串联有辅助循环热泵压缩机(13)、辅助循环热泵节流装置(14)和主循环热泵蒸发器(12)，所述辅助循环热泵冷凝器(16)的输入端与所述吸热循环泵(2)连通。
5.根据权利要求4所述的一种互助双循环热泵...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘相东，张继宗，
申请(专利权)人：北京森创中汇热电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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