一种利用油田回注水热能的原油外输加热系统
阅读说明：本技术 一种利用油田回注水热能的原油外输加热系统 (Crude oil outward transportation heating system utilizing oil field reinjection water heat energy ) 是由 秦延才 张正强 庄栋 田承村 王红 孟勇 赵永杰 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明是一种利用油田回注水热能的原油外输加热系统,能够从回注水中吸收热量并将吸收的热量及时转化,为原油外输加热,节能降耗。本发明中的注入水回收换热橇块设有安装着冷媒盘管的换热装置以及装有冷媒介质压缩机和换热器的加热装置,换热装置中的冷媒盘管浸没在换热壳体的导热介质中,冷媒盘管与换热器的冷媒介质管网之间通过载热介质管线和换热介质回流管线形成循环；原油加热器中的外输原油盘管一端与外输原油输入管线连接、另一端与原油外输管线连接；油田回注水通过注入水来水管线与换热撬块箱体的注入水进口管线连接并通过注入水出口管线与注入水回注管线连接后注入地层,有效提高了换热装置的热效率。(The invention relates to a crude oil outward transportation heating system utilizing the heat energy of oilfield reinjection water, which can absorb heat from the reinjection water and convert the absorbed heat into crude oil in time for outward transportation heating, thereby saving energy and reducing consumption. The injected water recovery heat exchange skid block is provided with a heat exchange device provided with a refrigerant coil and a heating device provided with a refrigerant medium compressor and a heat exchanger, wherein the refrigerant coil in the heat exchange device is immersed in a heat-conducting medium of a heat exchange shell, and a circulation is formed between the refrigerant coil and a refrigerant medium pipe network of the heat exchanger through a heat-carrying medium pipeline and a heat exchange medium backflow pipeline; one end of an output crude oil coil pipe in the crude oil heater is connected with an output crude oil input pipeline, and the other end of the output crude oil coil pipe is connected with a crude oil output pipeline; the oilfield reinjection water is connected with the injected water inlet pipeline of the heat exchange pry block box body through the injected water incoming pipeline and is injected into the stratum after being connected with the injected water reinjection pipeline through the injected water outlet pipeline, and therefore the heat efficiency of the heat exchange device is effectively improved.)
技术领域
本发明涉及一种油田注采过程中伴生地热的利用设备，特别是一种利用油田回注水热能的原油外输加热系统，能够从回注水中吸收热量，并将吸收的热量及时转化，为原油外输加热，节能降耗。
背景技术
油田注采过程是油井将地层中的产出液通过举升设备举升到地面上来，采油过程中，油井的采出液实际上是油、气、水及泥砂和其他杂质的混合物，通过集输管网输送到各个集输站库。在集输站库将油井采出物集中进行气液分离，将注入水除油、除砂、脱氧、防腐处理后回注，经过处理的原油，加热后外输。油田采油过程产出液中伴生大量的地热，但回注水中的热量未得到有效利用，回注地层的采出水平均水温45℃左右，如若将采出水的温度能够利用10℃，每年可节省的标煤数额可观。
针对油田注采过程中伴生大量的地层热量，注水过程中存在热量浪费，而原油需要加热后外输，如何高效的利用这部分热能，是石油行业节能降耗的亮点。
为了有效利用这部分热能，目前应用二类溴化锂吸收式热泵应用于油田生产系统，所得热量作为吸收式热泵的热源引入热泵蒸发器，采用吸收式热泵加热外输原油。
目前利用地层热量的热能利用装置和方法还有以下几种：
一种油田联合站原油加热新系统，地热水- 油液换热器的热源入口通过管道与地热水提升泵出口相连接，地热水- 油液换热器的热源出口与升温热泵热源入口相连接，地热水-油液换热器的用热入口与原油液来液管相连接，地热水- 油液换热器的用热出口通过阀门与原油液外输管道相连接；升温热泵的热源出口与地热水回灌泵相连接，升温热泵的高温水出口与清水- 油液换热器的热源入口相连接，升温热泵的高温水入口与清水- 油液换热器的热源出口相连接；清水- 油液换热器的用热入口与地热水- 油液换热器用热出口相连接；清水- 油液换热器的用热出口通过阀门与原油液外输管道相连接。本发明创造具有能耗低、投资小，供热成本低、低碳、绿色、环保等优点。但是该发明创造是通过多次的油液接触热传导来进行热量的吸收，效率比较低，地面装备和管网复杂，不具备组装和分解应用。
一种原油加热炉及其控制系统，包括燃气调节控制系统和过量空气系数控制系统；所述控制系统加热方式为圆柱水套间接加热原油，为采用PLC自动自动控制系统以及能与PLC控制系统相连接的远程工作站的控制方式；本发明解决了现有技术中只依据原油外输温度信号进行控制，水套加热炉控制延迟度高、对于不稳定工况适应性较弱、实际过量空气系数未能实现有效控制、现有的单回路控制方案控制精度低，时间延迟度高，出油温度波动大，达不到精确控制加热炉原油出口温度的目的的技术问题。本发明创造通过燃气流量的前馈预判调节和反馈调节结合，使其实现原油出液温度控制的低延迟、低能耗、低污染和高精准性要求，以及过量空气系数的有效控制。该发明创造还是利用控制系统调节加热炉燃烧的方式加热原油。
一种油田注入水余热原油外输加热系统，包括原油加热回水管、原油加热供水管、高温水泵、高温离心式热泵机组、清水循环泵、注入水换热器、注入水泵，原油加热回水管通过高温水泵与高温离心式热泵机组相连，原油加热供水管与高温离心式热泵机组相连；油田注入水管线与注入水换热器相连接，且油田注入水管线上设有注入水泵，注入水换热器经清水循环泵与高温离心式热泵机组连接。优点是：能源利用效率高，节约能源，运行成本低，环保效果显著，有利于注入水回灌，安全可靠。该发明创造油田注入水余热原油外输加热系统，没有应用热媒进行热传导，传导热效率低，不可进行组合式扩充。
一种水源热泵原油加热系统，包括有三相分离器、沉降罐、水源热泵机组、换热器、缓冲罐、软化水泵、注入水罐和注入水外输泵，换热器包括有高温注入水原油换热器、高温软化水原油换热器、超高温软化水原油换热器和软化水注入水换热器，水源热泵机组包括有水源高温热泵机组和水源超高温热泵机组。本发明利用换热器和水源高温热泵系统充分回收油田各温度段注入水余热用于加热原油，根据不同温度注入水实现了分级利用，增加了系统经济性；利用两级热泵系统对原油进行梯级加热，将热泵系统的能效发挥到极致，提高了整个加热系统经济性；使用缓冲罐减少了热备设备启停次数，提高了设备可靠性；本发明替代加热炉，节能减排。该发明创造直接利用水源热泵直接给原油进行加热，加热原油焦化，轻则影响加热效率，重则损坏水源热泵，此外站库改造工程大，需要去掉原有的加热炉，一旦水源热泵损坏，给站库运行带来停运的直接风险，不适合站库的改造和维护。
上述热能的利用方式，存在着换热器结垢和腐蚀以及加热温度低等问题，所以未得到推广应用。目前对这部分地层伴生余热利用的装备费用比较高，利用率低。在以经济效益开发的新形势下，节能降耗已成为油田的必然选择，上述设备急需改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用油田回注水热能的原油外输加热系统，能够充分吸收油田回注水中的热量，并将吸收的热量及时转化，为原油外输进行加热，节能降耗，提高经济效益。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用油田回注水热能的原油外输加热系统，本原油外输加热系统中，注入水回收换热橇块设有安装着冷媒盘管的换热装置以及装有冷媒介质压缩机和换热器的加热装置，换热装置中的冷媒盘管浸没在换热壳体的导热介质中，冷媒盘管与换热器的冷媒介质管网之间通过载热介质管线和换热介质回流管线形成循环；将换热装置安装在换热撬块箱体内、浸没在油田回注水中；换热器中的换热介质和原油加热器中的热媒介质均通过载热热媒介质管线和热媒介质回流管线形成循环；原油加热器中的外输原油盘管一端与外输原油输入管线连接、另一端与原油外输管线连接；油田回注水通过注入水来水管线与换热撬块箱体的注入水进口管线连接并通过注入水出口管线与注入水回注管线连接后注入地层；二套以上注入水回收换热橇块串联时，前一套注入水回收换热橇块中换热撬块箱体的注入水出口管线，与后一套注入水回收换热橇块中换热撬块箱体的注入水进口管线连接，最后一套注入水回收换热橇块中换热撬块箱体的注入水出口管线与注入水回注管线连接后注入地层。
所述换热壳体内、于换热介质回流管线和冷媒盘管的进口之间还装有冷媒气化装置，在换热装置外面的载热介质管线和换热介质回流管线中还装有快速接头。
所述换热壳体是筒状体，筒状体外部设有圆环形、由钛合金制做的换热翅片。
所述换热撬块箱体内的换热装置至少设置四个，四个换热装置的载热介质管线和换热介质回流管线采用并联方式连接。
所述换热器与原油加热器之间的载热热媒介质管线中还装有热媒介质泵。
所述换热撬块箱体的注入水进口管线和注入水出口管线中分别装有注入水入口控制阀和注入水出口控制阀，注入水入口控制阀和注入水出口控制阀均为电磁阀、均通过电缆与井场中控室内的电气控制模块连接，自动控制注入水入口控制阀和注入水出口控制阀的阀门开度。
所述注入水进口管线上还装有注入水温度变送器和注入水计量流量计；换热介质回流管线上还安装有冷媒计量流量计；外输原油输入管线中还装有原油计量流量计、原油温度变送器和原油压力变送器。
所述冷媒介质压缩机由变频装置控制运行，变频装置与井场中控室内的电气控制模块连接。
与现有技术相比，本发明的显著使用效果是：本发明将换热装置安装在注入水回收换热橇块内，能够高效吸收油田回注水中的热量，有效提高了换热装置的热效率，同时本发明可根据现场需要回收油田回注水的热量，实现了多个注入水回收换热橇块的串联安装，使处理油田回注水的水量成倍增加。本发明中的换热装置通过快速接头安装在注入水回收换热橇块中，可以方便地拆卸更换或维修，是一种能够利用油田回注水的节能环保装置。
本发明按照“逆卡诺”原理工作，油田回注水通过来注入水来水管线进入注入水回收换热橇块中，为安装在注入水回收换热橇块中的换热装置供热。换热装置通过其内部的冷媒气化装置，将冷媒介质由液态转化为气态，冷媒介质温度下降，经过换热装置内的冷媒盘管，吸取油田回注水的热量。吸取热量后的冷媒介质通过载热冷媒介质管线传送至加热装置。
加热装置中设有冷媒介质压缩机和换热器，可将载热冷热介质管线中的冷媒介质由气态压缩为液态、温度升高，将温度升高后的冷媒介质送入换热器中的冷媒介质管网，把热量传递给冷媒介质管网外面的冷媒介质。传递热量后的冷媒介质经过冷媒介质回流管线传送至换热装置，形成冷媒介质循环，源源不断的从油田回注水中吸取热量。
换热器中接收热量后的冷媒介质转换为热媒介质经过热媒介质泵加压后传送至原油加热器内，并在原油加热器内将热量传递给外输原油盘管中的原油。经过换热后的热媒介质再经过热媒介质回流管线传送至加热装置，形成热媒介质循环，将从冷媒介质中获取的热量传递给外输原油。
冷媒介质循环与热媒介质循环构成了整个“逆卡诺”循环，将温度较低的油田回注水中的部分热量提取出来为外输原油加热。
本发明有效利用了注采过程中伴生地热，有效提高了换热效率和冷媒介质运行温度。同时本发明可通过实施自动化提升，实现智能一体化运行，无人值守自动变频调节，数据远传，远程无线管控，具有显著的使用效果并能取得显著的经济效益。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
图2为注入水回收换热橇块工作原理图。
图3为换热装置的结构示意图。
图4为加热装置的结构示意图。
图5为原油加热器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详述本发明，并非限制本发明的保护范围。以下所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的保护范围，其他运用本发明的等效变化，均应属于本发明的保护范围。
参照图1到图5，一种利用油田回注水热能的原油外输加热系统，本原油外输加热系统中，注入水回收换热橇块3设有安装着冷媒盘管24的换热装置15以及装有冷媒介质压缩机29和换热器26的加热装置19，换热装置15中的冷媒盘管24浸没在换热壳体22的导热介质21中，冷媒盘管24与换热器26的冷媒介质管网之间通过载热介质管线16和换热介质回流管线17形成循环；将换热装置15安装在换热撬块箱体13内、浸没在油田回注水14中；换热器26中的换热介质27和原油加热器7中的热媒介质30均通过载热热媒介质管线6和热媒介质回流管线5形成循环；原油加热器7中的外输原油盘管31一端与外输原油输入管线9连接、另一端与原油外输管线8连接；油田回注水14通过注入水来水管线与换热撬块箱体13的注入水进口管线1连接并通过注入水出口管线2与注入水回注管线连接后注入地层；二套以上注入水回收换热橇块3串联时，前一套注入水回收换热橇块3中换热撬块箱体13的注入水出口管线2，与后一套注入水回收换热橇块3中换热撬块箱体13的注入水进口管线1连接，最后一套注入水回收换热橇块3中换热撬块箱体13的注入水出口管线2与注入水回注管线连接后注入地层。根据油田回注水14处理量，由一套注入水回收换热橇块3或二套以上的注入水回收换热橇块3串联安装，为原油加热器7提供热能。
在上述实施例一的基础上，本发明还有以下实施例：
实施例二
所述换热壳体22内、于换热介质回流管线17和冷媒盘管24的进口之间还装有冷媒气化装置23，在换热装置15外面的载热介质管线16和换热介质回流管线17中还装有快速接头20。
实施例三
所述换热壳体22是筒状体，筒状体外部设有圆环形、由钛合金制做的换热翅片25。换热装置15浸没在油田回注水14中，外表设有换热翅片25，内部充满导热介质21。换热介质27经过换热介质回流管线17，流入换热装置15，并经过冷媒气化装置23使换热介质27由液态转化为气态，温度下降，流经冷媒盘管24，通过导热介质21和换热翅片25吸取油田回注水14中的热量。吸收热量后的换热介质27经过载热介质管线16传至加热装置19中。
实施例四
所述换热撬块箱体13内的换热装置15至少设置四个，四个换热装置15的载热介质管线16和换热介质回流管线17采用并联方式连接。换热装置15安装在换热撬块箱体13中，通过快速接头20与换热介质回流管线17、载热介质管线16连接，可根据油田回注水14的处理量来调整所安装换热装置15的数量。
实施例五
所述换热器26与原油加热器7之间的载热热媒介质管线6中还装有热媒介质泵4。加热装置19主要由冷媒介质压缩机29和换热器26组成，换热介质27由载热介质管线16导入加热装置19，载热介质管线16内的冷媒介质经冷媒介质压缩机29压缩后温度上升，进入换热器26的冷媒介质管网内、与外面的换热介质27进行热交换。冷媒介质管网内换热后的冷媒介质由换热介质回流管线17传至换热装置15，形成冷媒介质循环。
实施例六
所述换热撬块箱体13的注入水进口管线1和注入水出口管线2中分别装有注入水入口控制阀10和注入水出口控制阀20，注入水入口控制阀10和注入水出口控制阀20均为电磁阀、均通过电缆与井场中控室内的电气控制模块连接，自动控制注入水入口控制阀10和注入水出口控制阀20的阀门开度。油田回注水14由注入水入口阀门10控制，经过注入水进口管线1进入换热撬块箱体13、由注入水出口阀门20控制，经注入水出口管线2流出。注入水入口阀门10可以根据需求调整进入换热撬块箱体13的油田回注水14的流量。
在加热装置19的换热器26中的冷媒介质管网外面吸收热量后的换热介质27转换为热媒介质30，经载热热媒介质管线6传送至原油加热器7内，原油加热器7内部充满热媒介质30、浸泡在外输原油盘管31的外面，将热媒介质30的热量传送给外输原油。与外输原油换热后，经热媒介质回流管线5输送至加热装置19的换热器26，形成热媒介质循环。外输原油由外输原油输入管线9流经原油加热器7内部的外输原油盘管31，吸收热量后通过外输原油输出管线8输出。
实施例七
所述注入水进口管线1上还装有注入水温度变送器11和注入水计量流量计12；换热介质回流管线17上还安装有冷媒计量流量计18；外输原油输入管线9中还装有原油计量流量计32、原油温度变送器33和原油压力变送器34，上述部件均通过数据线与井场中控室内的电气控制模块连接，实现数据远传及无线管控。电气控制模块通过外输原油计量流量计32、外输原油温度变送器33，计算原油加热所需的能量；通过注入水温度变送器11和注入水计量流量计12，计算油田回注水14所能供给的能量，通过调节注入水入口控制阀10，调节油田回注水14的流量。
实施例八
所述冷媒介质压缩机29由变频装置28控制运行，变频装置28与井场中控室内的电气控制模块连接，采集冷媒介质压缩机29的运行参数并控制其运行频率。电气控制模块根据本发明外输原油加热所需能量及油田回注水14供给能量，调节变频装置28的输出频率，控制冷媒介质压缩机29的运行，冷媒计量流量计18安装在换热介质回流管线17中、计量其中冷媒介质的流量。
上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本发明不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明。
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