1.本实用新型涉及油田开采地面工程及能源综合利用技术领域，尤其涉及一种电热协同利用的蒸汽产生注汽系统。


背景技术：

2.在石油需求稳步增长、世界常规原油可采储量逐渐减少的背景下，我国的石油对外依存度持续快速攀升，2019/2020年对外依存度分别升至70.8％/73.5％，使得国家能源安全形势严峻。为了保持国民经济的稳定发展，占全球石油剩余储量70％的稠油逐渐成为了可接替轻质原油的重要战略资源之一。我国目前已探明和控制的稠油储量达16亿吨，产量占到我国石油总产量的1/10，涉及国民生产产值超过300亿，是国家能源生产的重要组成。降低稠油的开采成本、提高其产出率一直是稠油开采领域的主要课题。目前国内外主流的稠油开采技术是将利用注汽锅炉生产的高温高压蒸汽注入油层进行加热，以降低稠油黏度，形成油水混合物采出，后经油水分离得到最终产物。然而，由于稠油热采所需蒸汽量大(～2000万吨/年)、温度压力高(350℃/13.5mpa)，导致传统燃油、燃气、燃煤注汽锅炉能耗居高不下，且随着中央经济工作会议“30碳达峰60碳中和”目标的提出和生产环保要求的不断提高，开发新型清洁稠油注汽系统已成为优化稠油热采工艺、降低开发成本的关键。
3.稠油储量丰富的地区，太阳能、风能资源也相对富足。新疆油田为我国最主要的超稠油生产油田之一。同时新疆风能、太阳能丰富，也是中国清洁能源发展最迅速的省区之一，截止2021年3月，新疆风电、光伏发电装机容量共计达3582.55万千瓦，规模达历史新高。然而，新能源发电装机持续增长的同时，新疆地区不少风机、光伏设备长期处于闲置状态，弃风弃光现象严重。2020年，新疆弃风电量107亿千瓦时、弃光电量21.4 亿千瓦时，弃风、弃光率分别为23％、16％，为全国最高。因此，如何高效地将油田地区清洁能源应用于稠油开采，同时解决新能源“弃风、弃光”问题和稠油热采注汽的降碳减排问题，实现采油业新能源优化配置，是未来新能源研究的一个重要方向。
4.为了解决新疆地区的弃光问题，太阳能光热转化注汽系统是清洁能源在新疆地区稠油热采系统清洁利用的一个方向。太阳能光热转换是借助聚光反射器将太阳光汇聚到太阳能集热器，利用集热器循环加热储能介质(如导热油、熔盐等)，通过储能介质与水换热产生高温高压蒸汽用于稠油热采，进而实现能量的转化利用。太阳能光热转换稠油热采系统按功能划分，主要包括：太阳能聚光集热系统、蓄热储能系统、蒸汽发生系统、注气采油系统和公用工程系统五部分。根据聚光方式的不同，集热系统又分为槽式、塔式、蝶式、菲涅尔式四种形式，其中槽式和塔式太阳能集热系统是光热转换的主流技术。
5.现有太阳能光热转化稠油注汽技术主要有以下弊端和不足：1)太阳能光热转化热效率不均衡：利用太阳能集热器直接加热液态水使其蒸发的方案，由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机天气因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度呈现间断和极不稳定的状态，这给油田地区的太阳能集热直接生产蒸汽的规模化应用增加了难度。2)投资维护成本高：太阳能光热设备需要占用大量的土地，并铺
设复杂的管线，实际油田中已铺设了大量的采油管道，无法低成本铺设光场及热力管线。同时，为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，目前较为成熟的储能材料主要有导热油、熔盐、陶瓷、混凝土、无机复合相变材料等。然而稠油热采注汽系统加上储能装置后，将极大增加投资和维护成本，此外，太阳能定日镜系统造价昂贵，在一次投资中占据很大比重，综合以上原因，目前太阳能光热转化稠油热采技术应用尚不具备经济性。3)缺乏实际运行的工业项目：基于热效率不均衡和经济性不足两方面主要原因，太阳能光热转化稠油热采技术应用在国内尚无实际运行工业项目，仍处于研究设计阶段。


技术实现要素：

6.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种电热协同利用的蒸汽产生注汽系统，可以同时解决油田地区弃风弃电问题和稠油热采注汽问题，在满足油田注汽需求上，可以最大限度节能、降耗、减排，同时也降低了成本。
7.根据本实用新型实施例的电热协同利用的蒸汽产生注汽系统，包括：
8.第一水泵装置；
9.第二水泵装置；
10.电锅炉，所述电锅炉与所述第一水泵装置相连，所述电锅炉用于接收所述第一水泵装置输出的水并加热，输出热水和蒸汽；
11.省煤器，所述省煤器与所述第二水泵相连，所述省煤器用于接收所述第二水泵装置输出的水并预热，输出预热水；
12.液体混合器，所述液体混合器分别与所述电锅炉和所述省煤器相连，所述电锅炉输出的热水和所述省煤器输出的预热水均进入所述液体混合器中并由所述液体混合器输出；
13.汽包注汽炉，所述汽包注汽炉包括汽包和注汽炉，所述汽包与所述液体混合器相连，所述汽包用于接收所述液体混合器输出的水；所述注汽炉用于接收所述汽包输出的水，产生蒸汽并将蒸汽输送至所述汽包；
14.蒸汽混合器，所述蒸汽混合器分别与所述电锅炉和所述汽包相连，所述电锅炉输出的蒸汽和所述汽包输出的蒸汽均进入所述蒸汽混合器并由所述蒸汽混合器输出；
15.过热器，所述过热器与所述蒸汽混合器相连，用于接收所述蒸汽混合器输出的蒸汽，将所述蒸汽混合器输出的蒸汽加热成所需的高温高压的蒸汽并通过第一蒸汽输出管路输送至油井。
16.根据本实用新型实施例的电热协同利用的蒸汽产生注汽系统，具有如下的优点：第一、由于电锅炉采用电加热第一水泵输装置输入的水，电锅炉的用电可以为油田区域的光电和风电等再生能源电，包括不能入网的光电和风电等的弃电。由于光电和风电波动性大，当电力供应满足要求时，可采用电锅炉生产高温高压蒸汽进入蒸汽混合器，而当电力供应不足时，可通过电锅炉生产热水，电锅炉生产的热水进入液体混合器中缓存，再经过汽包进入注汽炉，通过注汽炉加热成为蒸汽，由此，可以将油田地区不能入网的低碳新能源电力
如光电、风电充分利用起来，可以大大地减少电力浪费，同时可以最大限度地节约化石燃料，减少二氧化碳的排放。第二、充分发挥汽包注汽炉灵活调峰的优势，当电锅炉产生的蒸汽不足时，可以通过汽包注汽炉补充，既能满足油田的注汽需求，又能减少化石燃料的使用。第三、通过设置蒸汽混合器和液体混合器，将新能源产生的不稳定蒸汽转变为稠油热采中的稳定汽源，保障稠油生产。第四，通过采用汽包注汽炉可以提高蒸汽的品质，汽包注汽炉的运行安全性好。总之，本实用新型实施例的电热协同利用的蒸汽产生注汽系统可以同时解决油田地区弃风弃电问题和稠油热采注汽问题，在满足油田注汽需求上，可以最大限度节能、降耗、减排，同时也降低了成本。
17.根据本实用新型的一个实施例，所述电锅炉为高温高压的电加热锅炉，所述电锅炉的供电来自光电或/和风电，或来自电网的工业用电。
18.根据本实用新型的一个实施例，所述电锅炉设有排污口。
19.根据本实用新型的一个实施例，所述汽包注汽炉为燃煤注汽锅炉、燃气注汽锅炉和燃油注汽锅炉中的一种或多种组合。
20.根据本实用新型的一个实施例，所述注汽炉包括炉膛和水冷屏，所述水冷屏布置在炉膛内，所述水冷屏用于接收所述汽包输出的水，将所述汽包输出的水加热产生蒸汽并输送至所述汽包。
21.根据本实用新型的一个实施例，所述省煤器设置在所述注汽炉的高温烟气管道中，以通过所述注汽炉的高温烟气对所述省煤器中水预热。
22.根据本实用新型的一个实施例，包括：所述过热器设置在所述注汽炉的高温烟气管道中，以通过所述注汽炉的高温烟气对所述过热器中的蒸汽加热。
23.根据本实用新型的一个实施例，还包括第二蒸汽输出管路，所述第二蒸汽输出管路用于将所述蒸汽混合器输出的蒸汽直接输送至油井。
24.根据本实用新型的一个实施例，还包括第三蒸汽输出管路，所述第三蒸汽输出管路用于将所述电锅炉输出的蒸汽直接输送至油井。
25.根据本实用新型的一个实施例，所述第一水泵装置输出的水为不含正溶解特性盐离子和负溶解特性盐离子的清水，或者为不含负溶解特性盐离子但含有正溶解特性盐离子的软化盐水；所述第二水泵装置输出的水为不含正溶解特性盐离子和负溶解特性盐离子的清水，或者为不含负溶解特性盐离子但含有正溶解特性盐离子的软化盐水。
26.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
27.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
28.图1为本实用新型实施例的电热协同利用的蒸汽产生注汽系统的示意图。
29.附图标记：
30.电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000
31.第一水泵装置1
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第二水泵装置2
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电锅炉3
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省煤器4
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液体混合器5
32.汽包注汽炉6
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汽包61
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注汽炉62
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蒸汽混合器7 过热器8
33.第一蒸汽输出管路9
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第二蒸汽输出管路10
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第三蒸汽输出管路11
具体实施方式
34.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
35.下面结合图1来描述根据本实用新型实施例的电热协同利用的蒸汽产生注汽系统 1000。
36.如图1所示，根据本实用新型实施例的电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000，包括第一水泵装置1、第二水泵装置2、电锅炉3、省煤器4、液体混合器5、汽包注汽炉 6、蒸汽混合器7和过热器8。其中，电锅炉3与第一水泵装置1相连，电锅炉3用于接收第一水泵装置1输出的水并加热，输出热水和蒸汽；省煤器4与第二水泵相连，省煤器4用于接收第二水泵装置2输出的水并预热，输出预热水；液体混合器5分别与电锅炉3和省煤器4相连，电锅炉3输出的热水和省煤器4输出的预热水均进入液体混合器 5中并由液体混合器5输出；汽包注汽炉6包括汽包61和注汽炉62，汽包61与液体混合器5相连，汽包61用于接收液体混合器5输出的水；注汽炉62用于接收汽包61输出的水，产生蒸汽并将蒸汽输送至汽包61；蒸汽混合器7分别与电锅炉3和汽包61相连，电锅炉3输出的蒸汽和汽包61输出的蒸汽均进入蒸汽混合器7并由蒸汽混合器7 输出；过热器8与蒸汽混合器7相连，用于接收蒸汽混合器7输出的蒸汽，将蒸汽混合器7输出的蒸汽加热成所需的高温高压的蒸汽并通过第一蒸汽输出管路9输送至油井。
37.可以理解的是，第一水泵装置1的主要作用是向电锅炉3输送作为加热工质的水，电锅炉3对输入的水进行加热，使水升温生产出热水和蒸汽。电锅炉3主要是利用电加热水，电锅炉3的用电可以是不能入网的低碳新能源电力，如油田地区的光电、风电等弃电，也就是说，油田地区的弃电可以被充分利用起来，当然，电锅炉3也可以采用工业用电等其他一切适用于电锅炉3的电源。由于油田地区的风电和光电受风和光的影响，可能有时电力比较充足，有时电力不足，电力波动性比较大。当电力供应满足要求时，可采用电锅炉3生产高温高压蒸汽，电锅炉3生产的高温高压蒸汽进入蒸汽混合器7中；当电力供应不足时，可采用电锅炉3生产热水，电锅炉3生产的热水进入液体混合器5中。第二水泵装置2的主要作用是向省煤器4输送作为加热工质的水，以便省煤器4对第二水泵装置2输出的水进行预热。省煤器4是一种节能装置，可以利用注汽炉62的高温烟气的余热对第二水泵装置2输出的水进行预热，将高温烟气的余热进行充分的回收利用，可以节省能源。液体混合器5的主要作用是用于接收电锅炉3输出的热水以及省煤器4输出的预热水，起缓存作用，液体混合器5在同一时间可以只接收电锅炉3输出的热水或只接收省煤器4输出的水，也可以同时接收电锅炉3输出的热水和省煤器4输出的预热水。汽包注汽炉6包括汽包61和注汽炉62，其中，汽包61接收液体混合器输出的水，注汽炉62使用燃烧化石燃料如燃煤、燃油和燃气等来进一步加热汽包61输出的水以生产出蒸汽，注汽炉62生产出的蒸汽输送至汽包61，汽包61再将蒸汽输送至蒸汽混合器7中。汽包61包含筒体和封头，筒体内部包含分离器，包括但不限于汽水旋风分离器、波形板分离器等，汽包61可以使得蒸汽与水分离，提供蒸汽输出的品质，同时还可
以提高注汽炉62运行的安全性。蒸汽混合器7的主要作用是用于接收电锅炉3输出的蒸汽以及汽包61输出的蒸汽，起缓存作用，蒸汽混合器7在同一时间可以只接收电锅炉3输出的蒸汽或只接收汽包 61输出的蒸汽，也可以同时接收电锅炉3输出的蒸汽和汽包61输出的蒸汽。由于在一般情况下，蒸汽混合器7中蒸汽的压力和温度达不到油井所需求蒸汽的压力和温度，因此，蒸汽混合器7中的蒸汽还需经过过热器8进一步加热升温升压，使得过热器8输出的高温高压蒸汽满足油井的要求，以便高效率地进行稠油开采，提高稠油开采的生产能力。
38.根据本实用新型实施例的电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000，具有如下的优点：第一、由于电锅炉3采用电加热第一水泵输装置1输入的水，电锅炉3的用电可以为油田区域的光电和风电等再生能源电，包括不能入网的光电和风电等的弃电。由于光电和风电波动性大，当电力供应满足要求时，可采用电锅炉3生产高温高压蒸汽进入蒸汽混合器7，而当电力供应不足时，可通过电锅炉3生产热水，电锅炉3生产的热水进入液体混合器5中缓存，再经过汽包61进入注汽炉，通过注汽炉62加热成为蒸汽，由此，可以将油田地区不能入网的低碳新能源电力如光电、风电充分利用起来，可以大大地减少电力浪费，同时可以最大限度地节约化石燃料，减少二氧化碳的排放。第二、充分发挥汽包注汽炉6灵活调峰的优势，当电锅炉3产生的蒸汽不足时，可以通过汽包注汽炉6补充，既能满足油田的注汽需求，又能减少化石燃料的使用。第三、通过设置蒸汽混合器 7和液体混合器5，将新能源产生的不稳定蒸汽转变为稠油热采中的稳定汽源，保障稠油生产。第四，通过采用汽包注汽炉6可以提高蒸汽的品质，汽包注汽炉6的运行安全性好。总之，本实用新型实施例的电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000可以同时解决油田地区弃风弃电问题和稠油热采注汽问题，可以在满足油田注汽需求上，可以最大限度节能、降耗、减排，同时也降低了成本。
39.根据本实用新型的一个实施例，电锅炉3为高温高压的电加热锅炉，例如，电加炉要求满足约350℃的高温和13.5mpa的高压。
40.电锅炉3的供电来自光电或/和风电，或来自电网的工业用电。也就是说，可以将油田区域的光电或/和风电等再生能源电，包括不能入网的光电和风电等弃电充分利用起来，或者根据实际需要，也可以采用来自电网的工业用电或者其他一切适用于电锅炉 3的电力。
41.根据本实用新型的一个实施例，电锅炉3设有排污口，以便定期地将电锅炉3内的污物排出。
42.根据本实用新型的一个实施例，电锅炉3有多个，多个电锅炉3采用并列或/和串联方式布置，也就是说，电锅炉3的个数及布置方式可以根据实际需求进行布局。
43.根据本实用新型的一个实施例，汽包注汽炉6为燃煤注汽锅炉、燃气注汽锅炉和燃油注汽锅炉中的一种或多种组合，这可以根据实际需求进行选择。
44.根据本实用新型的一个实施例，注汽炉62包括炉膛和水冷屏，水冷屏布置在炉膛内，水冷屏用于接收汽包61输出的水，将汽包61输出的水加热产生蒸汽并将蒸汽输送至汽包 61。可以理解的是，由于水冷屏通过对炉膛进行冷却而使得流经水冷屏内的水升温变成蒸汽，因此，注汽炉62产生蒸汽效率高。
45.水冷屏在炉膛内的布置形式可以为倾斜管或垂直上升管的布置形式，或者为其它种合适的布置形式。
46.根据本实用新型的一个实施例，省煤器4设置在注汽炉62的高温烟气管道中，以通过注汽炉62的高温烟气对省煤器4中的水预热。由此，可以充分地利用注汽炉62的高温烟气的余热，节省能源。
47.根据本实用新型的一个实施例，过热器8设置在注汽炉62的高温烟气管道中，以通过注汽炉62的高温烟气对过热器8中的蒸汽进一步加热。由此，可以充分地利用注汽炉62的高温烟气的余热，节省能源。
48.根据本实用新型的一个实施例，液体混合器5为实现高温高压水混合的热力设备，液体混合器5可以为集箱、联箱、压力容器混合器等；蒸汽混合器7为用于实现高温高压蒸汽混合的热力设备，蒸汽混合器7可以为集箱、联箱、压力容器混合器等。
49.根据本实用新型的一个实施例，还包括第二蒸汽输出管路10，第二蒸汽输出管路 10用于将蒸汽混合器7输出的蒸汽直接输送至油井。也就是说，蒸汽混合器7输出的蒸汽也可以用于稠油开采，因此，通过设置第二蒸汽输出管路10，可以将蒸汽混合器7 中的蒸汽直接输送至油井，增加了电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000的使用灵活性。
50.根据本实用新型的一个实施例，还包括第三蒸汽输出管路11，第三蒸汽输出管路 11用于将电锅炉3输出的蒸汽直接输送至油井。也就是说，电锅炉3输出的蒸汽也可以用于稠油开采，因此，通过设置第三蒸汽输出管路11，可以将电锅炉3生成的蒸汽直接输送至油井，电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000的使用灵活性。
51.根据本实用新型的一个实施例，第一水泵装置1输出的水为不含正溶解特性盐离子和负溶解特性盐离子的清水，或者为不含负溶解特性盐离子但含有正溶解特性盐离子的软化盐水；这里需要说明一下，正溶解特性盐离子包括但不限于钠离子、钾离子；负溶解特性盐离子包括但不限于镁离子、钙离子。由于清水或软化盐水中不含镁离子、钙离子等，电锅炉3加热时，可以避免电锅炉3内水垢沉积而造成对电锅炉3的受热面的腐蚀和传热恶化，从而避免发生爆管等事故。
52.第二水泵装置2输出的水为不含正溶解特性盐离子和负溶解特性盐离子的清水，或者为不含负溶解特性盐离子但含有正溶解特性盐离子的软化盐水。这里需要说明一下，正溶解特性盐离子包括但不限于钠离子、钾离子；负溶解特性盐离子包括但不限于镁离子、钙离子。在注汽炉62中，注汽炉62的给水允许含有一定量的正溶解特性盐离子，由于完全除去正溶解特性盐离子成本很高，因此，允许第二水泵装置2输出的水中含有盐离子的好处是可以降低成本。
53.还需要说明的是，第一水泵装置1和第二水泵装置2均包括常用泵和备用泵，当常用泵发生故障时，可以启用备用泵，保证油电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000的正常运行。
54.电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000中的管路包括常用管路和备用管路，当常用管路发生故障例如泄漏时，可以启用备用管路，保证电热协同利用的蒸汽产生注汽系统1000的正常运行。管路上设置必要的阀门和增压泵，这是因为管路阀门的必要性在于控制流量通断和流量大小，例如，当某一常用管路发生故障时能及时关闭该发生故障的常用管路上的阀门，开启备用管路上的阀门；阀门包括但不限于流量调节阀、截止阀、止逆阀等；增压泵的必要性在于维持系统压力平衡，不至于发生倒吸、回流等事故。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、
“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
56.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。