地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置及其加熱方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置及其加熱方法，包括電氣連接的太陽能電源部和聲波部，聲波部包括發(fā)射聲波的若干個(gè)發(fā)射單元、介質(zhì)基板以及將兩者固定連接成一體的連接架，其中，聲波部設(shè)置于地下油井的稠油層與水層之間的交界面處，太陽能電源部與發(fā)射單元電氣連接并向其供電，發(fā)射單元產(chǎn)生聲波束，該聲波束沿垂直于介質(zhì)基板板面的方向傳播，依次通過水層的水介質(zhì)、介質(zhì)基板、稠油層的油介質(zhì)后進(jìn)入稠油油液內(nèi)部并通過聲振動加熱稠油使其整體溫度逐漸升高。本發(fā)明有效利用了太陽能這一綠色能源用于地下稠油和頁巖油開采，其次又消除了聲波反射損耗，節(jié)約能耗的同時(shí)也提高了加熱的效率。
【專利說明】 地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置及其加熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及頁巖油氣和稠油探采領(lǐng)域，尤指一種地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置及其加熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稠油是浙青質(zhì)和膠質(zhì)含量較高、粘度較大的原油。通常把地面密度大于0.943、地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油，因?yàn)槌碛偷拿芏却螅步凶鲋赜?。在油層溫度下，脫氣原油黏度大?0000毫帕.秒的原油稱為特稠原油。稠油的溫度越低，其粘度越高，越不利于開采。稠油的含水量也低，黏度隨溫度變化，改變顯著，如溫度增加8?9，黏度可減少一半。因此，對稠油的開采、輸送，多用熱力降低其黏度，方法包括蒸氣驅(qū)動、熱油循環(huán)、火燒油層等，但考慮此類普遍加熱的形式對能源是個(gè)浪費(fèi)(例如:現(xiàn)有的向地下輸入蒸汽將油液熱溶化的方法，其缺點(diǎn)是加熱的盲目性，地層對巨大熱量的無用消耗成為浪費(fèi))，從綜合效益的總體考慮還無法普及。當(dāng)然也可采用摻入稀油、乳化、加入活性劑而降低其黏度的方式，只不過長此以往，化學(xué)污染及環(huán)境問題又可能摻入進(jìn)來，使情況進(jìn)一步復(fù)雜化。
[0003]其他方面，對于長期以來的老舊油井而言，優(yōu)質(zhì)的輕質(zhì)的油氣早已開采完畢，剩下的均是比重相對較大的稠油或頁巖油，這些沉于井下的油液體積巨大，且處于地下深處溫度低粘稠度大，以現(xiàn)有技術(shù)要將其抽至地面則是一個(gè)復(fù)雜而艱難課題。其中，溫度的提高和粘度降低成為主要的兩個(gè)因素，為了兼顧滿足節(jié)約與可流動性這兩個(gè)方面的最低要求，就需要找到一個(gè)中間平衡點(diǎn)，既保證油流上升過程中始終保持可維持流動的最低溫度，又降低油流加熱以外的熱能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)保、節(jié)能、高效的地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，本發(fā)明的另一目的是提供一種地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，包括電氣連接的太陽能電源部和聲波部，聲波部包括發(fā)射聲波的若干個(gè)發(fā)射單元、介質(zhì)基板以及將兩者固定連接成一體的連接架，其中，聲波部設(shè)置于地下油井的稠油層與水層之間的交界面處，太陽能電源部與發(fā)射單元電氣連接并向其供電，發(fā)射單元產(chǎn)生聲波束，該聲波束沿垂直于介質(zhì)基板板面的方向傳播，依次通過水層的水介質(zhì)、介質(zhì)基板、稠油層的油介質(zhì)后進(jìn)入稠油油液內(nèi)部并通過聲振動加熱稠油使其整體溫度逐漸升高。
[0006]進(jìn)一步，所述聲波部的重心位于所述介質(zhì)基板內(nèi)，所述聲波部的平均比重大小介于水和稠油之間。
[0007]進(jìn)一步，所述介質(zhì)基板為片狀結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板設(shè)置于所述交界面處，在距片狀結(jié)構(gòu)設(shè)定距離的位置上對應(yīng)設(shè)置有若干個(gè)所述發(fā)射單元。
[0008]進(jìn)一步，所述聲波束在通過所述水層的水介質(zhì)、所述介質(zhì)基板、所述稠油層的油介質(zhì)的不同介質(zhì)界面間發(fā)生兩次反射。
[0009]進(jìn)一步，所述介質(zhì)基板、水和稠油的聲介質(zhì)常數(shù)以及所述介質(zhì)基板厚度相匹配設(shè)置，以使所述不同介質(zhì)界面間的兩次反射滿足反射波的相消條件。
[0010]進(jìn)一步，所述發(fā)射單元所發(fā)聲波頻段包括次聲到超聲的不同頻段；若干所述發(fā)射單元可在同一平面受控同步發(fā)射平面波。
[0011]進(jìn)一步，所述太陽能電源部包括按前后順序串連連接的若干太陽能電池板、若干匯流裝置及電源管理裝置。
[0012]一種利用上述地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，來工作的地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱方法，具體為:
1)先向地下油井的稠油層下注水；
2)將聲波部設(shè)置于地下油井的稠油層與水層之間的交界面處；
3)若干太陽能電池板工作通過匯流裝置將電力輸送給電源管理裝置，并進(jìn)行聲波發(fā)射的電源轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后供給發(fā)射單元工作并產(chǎn)生聲波束；
4)聲波束由發(fā)射單元上的聲波波導(dǎo)導(dǎo)引沿垂直于介質(zhì)基板板面的方向傳播，依次通過水層的水介質(zhì)、介質(zhì)基板、稠油層的油介質(zhì)；
5 )聲波進(jìn)入稠油油液內(nèi)部后,通過聲振動加熱稠油使其整體溫度逐漸升高。
[0013]本發(fā)明有效利用了太陽能這一綠色能源用于地下稠油和頁巖油開采，其次又消除了聲波反射損耗，節(jié)約能耗的同時(shí)也提高了加熱的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的聲波部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的工作原理和過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面，參考附圖，對本發(fā)明進(jìn)行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
[0016]為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對術(shù)語，用于說明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應(yīng)地解釋。
[0017]如圖1、2所示，本發(fā)明地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，包括電氣連接的電源部(圖中未不)和聲波部6。
[0018]電源部設(shè)置于地面，本發(fā)明中，電源部為太陽能電源部，電源部(圖中未示)設(shè)置為按前后順序串連連接的若干太陽能電池板(圖中未示)、若干匯流裝置(圖中未示)及電源管理裝置(圖中未示)。[0019]聲波部6包括發(fā)射聲波的若干個(gè)發(fā)射單元11、介質(zhì)基板12以及將兩者固定連接成一體的連接架13。介質(zhì)基板12用于隔離稠油層2和水層1，介質(zhì)基板12為片狀結(jié)構(gòu)，在距片狀結(jié)構(gòu)一定距離的若干位置上對應(yīng)設(shè)置有若干個(gè)發(fā)射單元11。聲波部6的重心位于介質(zhì)基板12內(nèi)，其平均比重大小介于水和稠油之間。水層I為地下油井中的地下水層，或者為抽油前向地下油井中注水所形成的水層。
[0020]發(fā)射單元11由太陽能電源部供電后將發(fā)射出聲波束,發(fā)射單元11所發(fā)聲波頻段包括次聲到超聲的不同頻段，若干發(fā)射單元11可在同一平面受控同步發(fā)射合成的平面波。聲波束在通過水層I的水介質(zhì)、介質(zhì)基板12、稠油層2的油介質(zhì)的不同介質(zhì)界面間發(fā)生兩次反射。介質(zhì)基板12、水和稠油的聲介質(zhì)常數(shù)以及介質(zhì)基板12厚度相匹配設(shè)置，以使所述不同介質(zhì)界面間的兩次反射滿足反射波的相消條件。
[0021]本發(fā)明地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱方法，具體為:
1)先向地下油井3的稠油層2下注水；
2)將聲波部6設(shè)置于地下油井的稠油層2與水層I之間的交界面4處；
3)若干太陽能電池板工作通過匯流裝置將電力輸送給電源管理裝置，并進(jìn)行聲波發(fā)射的電源轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后供給發(fā)射單元11工作并產(chǎn)生聲波束；
4)聲波束由發(fā)射單兀11上的聲波波導(dǎo)導(dǎo)引沿垂直于介質(zhì)基板12板面的方向傳播,依次通過水層I的水介質(zhì)、介質(zhì)基板12、稠油層2的油介質(zhì)；
5 )聲波進(jìn)入稠油油液內(nèi)部后,通過聲振動加熱稠油使其整體溫度逐漸升高。
[0022]本發(fā)明在開采稠油和頁巖油的過程中利用太陽能所發(fā)電力產(chǎn)生聲波，在油液底部與水的接觸面上設(shè)置介質(zhì)層，再利用二次反射相消原理將所產(chǎn)生聲波從水層通過介質(zhì)層入射進(jìn)入油液，使聲波的能量無損耗地直接用于油液的聲波加熱，借以提高對油液加熱的效率并相對降低無功熱損耗。稠油層通過聲振動加熱后，其整體的粘滯性減小、流動改善、更易于管道輸運(yùn)。
【權(quán)利要求】
1.地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，其特征在于，包括電氣連接的太陽能電源部和聲波部，聲波部包括發(fā)射聲波的若干個(gè)發(fā)射單元、介質(zhì)基板以及將兩者固定連接成一體的連接架，其中，聲波部設(shè)置于地下油井的稠油層與水層之間的交界面處，太陽能電源部與發(fā)射單元電氣連接并向其供電，發(fā)射單元產(chǎn)生聲波束，該聲波束沿垂直于介質(zhì)基板板面的方向傳播，依次通過水層的水介質(zhì)、介質(zhì)基板、稠油層的油介質(zhì)后進(jìn)入稠油油液內(nèi)部并通過聲振動加熱稠油使其整體溫度逐漸升高。
2.如權(quán)利要求1所述的地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，其特征在于，所述聲波部的重心位于所述介質(zhì)基板內(nèi)，所述聲波部的平均比重大小介于水和稠油之間。
3.如權(quán)利要求1所述的地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，其特征在于，所述介質(zhì)基板為片狀結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板設(shè)置于所述交界面處，在距片狀結(jié)構(gòu)設(shè)定距離的位置上對應(yīng)設(shè)置有若干個(gè)所述發(fā)射單元。
4.如權(quán)利要求1所述的地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，其特征在于，所述聲波束在通過所述水層的水介質(zhì)、所述介質(zhì)基板、所述稠油層的油介質(zhì)的不同介質(zhì)界面間發(fā)生兩次反射。
5.如權(quán)利要求4所述的地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，其特征在于，所述介質(zhì)基板、水和稠油的聲介質(zhì)常數(shù)以及所述介質(zhì)基板厚度相匹配設(shè)置，以使所述不同介質(zhì)界面間的兩次反射滿足反射波的相消條件。
6.如權(quán)利要求4所述的地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，其特征在于，所述發(fā)射單元所發(fā)聲波頻段包括次聲到超聲的不同頻段；若干所述發(fā)射單元可在同一平面受控同步發(fā)射平面波。
7.如權(quán)利要求1所述的地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱裝置，其特征在于，所述太陽能電源部包括按前后順序串連連接的若干太陽能電池板、若干匯流裝置及電源管理裝置。
8.地下礦物油類太陽能聲波反射層加熱方法，具體為: 1)先向地下油井的稠油層下注水； 2)將聲波部設(shè)置于地下油井的稠油層與水層之間的交界面處； 3)若干太陽能電池板工作通過匯流裝置將電力輸送給電源管理裝置，并進(jìn)行聲波發(fā)射的電源轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后供給發(fā)射單元工作并產(chǎn)生聲波束； 4)聲波束由發(fā)射單元上的聲波波導(dǎo)導(dǎo)引沿垂直于介質(zhì)基板板面的方向傳播，依次通過水層的水介質(zhì)、介質(zhì)基板、稠油層的油介質(zhì)； 5)聲波進(jìn)入稠油油液內(nèi)部后，通過聲振動加熱稠油使其整體溫度逐漸升高。
【文檔編號】E21B43/24GK103967465SQ201410166191
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】薛黎明, 劉伯昂 申請人:中海陽能源集團(tuán)股份有限公司