一种超稠油复合驱泄蒸汽注井液力发电站

技术领域

本发明主要涉及超稠油开发相关技术领域，具体是一种超稠油复合驱泄蒸汽注井液力发电站。

背景技术

超稠油通常指的是一种具有极高粘度的原油，其粘度明显高于常规原油。这类油通常被定义为粘度在1000毫帕·秒（cP）以上的油。由于超稠油在常温下很难流动，开发和生产这类油需要采用特殊的技术和工艺。在超稠油开发时，通过在油藏中注入高温蒸汽，提高超稠油的温度，从而降低油的粘度，这有助于使原本难以流动的油变得更加可采。

在现有技术中，因超稠油使用场景限制，需要配置相应的发电站为蒸汽注井设备等进行供电，发电站多采用火力发电站，效率低，故障发生时容易导致蒸汽注井等设备现场停止作业。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种超稠油复合驱泄蒸汽注井液力发电站，无需构建传统火电、水电庞大的基础设施，用封闭管道即可实现液力介质持续循环发电。

本发明的技术方案如下：

一种超稠油复合驱泄蒸汽注井液力发电站，包括蒸汽注井设备、控制柜以及发电站，发电站用于发电，通过控制柜将电能分配到蒸汽注井设备，发电站包括由左竖管道、右竖管道、上横管道以及下横管道形成的封闭式液力循环管道，在所述左竖管道上部设置磁力提升装置，在所述右竖管道上部设置磁流体加速器，在所述右竖管道下部设置涡轮机，在所述涡轮机外部设置发电机，所述循环管道内的液力介质为导电液力介质，液力介质由磁力提升装置提升，经磁流体加速器加速后冲击涡轮机的转子转动，由涡轮机的转子通过磁力耦合器驱动发电机运行进一步，液力介质在左竖管道内通过磁力提升装置向上提升，通过上横管道进入右竖管道，在右竖管道内通过重力以及磁流体加速器加速后在右竖管道底部驱动涡轮机运行，之后通过下横管道返回至左竖管道形成循环。

进一步，所以提升装置包括液力管道、活塞、耦合导向架以及驱动轴；

其中，所述液力管道用于与左竖管道对接，活塞设置于液力管道内且与液力管道滑动配合，活塞中间设置单向阀，活塞向下运动时单向阀打开使液力介质进入活塞上部的液力管道内，活塞向上运动时单向阀封闭使活塞上部液力管道内的液力介质向上提升；

所述耦合导向架套设于液力管道外部，耦合导向架能够在驱动轴作用下沿液力管道长度方向往复升降运动，在活塞上设置第一永磁体，在耦合导向架上设置第二永磁体，耦合导向架升降运动时通过第一永磁体以及第二永磁体之间的磁力驱动活塞同步运动。

进一步，所述第一永磁体为多个，沿活塞外圈周向均匀布置，所述第二永磁体为多个，沿耦合导向架周向均匀布置。

进一步，所述耦合导向架通过若干个导向柱实现导向支撑，耦合导向架与导向柱之间滑动配合。

进一步，所述驱动轴两侧分别设置一组磁力推动件，每组磁力推动件均包括多个沿驱动轴轴向设置的斜置永磁体，所述耦合导向架上还设置有第三永磁体，所述磁力推动件的斜置永磁体能够对耦合导向架的第三永磁体施加升降的斥力，且两侧的磁力推动件施加的斥力相反；

所述驱动轴连接有换向驱动件，所述换向驱动件用于使驱动轴换向进而使两组磁力推动件交替作用于第三永磁体实现耦合导向架的升降控制。

进一步，所述驱动轴设置两个，对称分布在耦合导向架两侧。

进一步，所述磁流体加速器包括加速管道，所述加速管道整体呈矩形结构，在加速管道内设置有多个矩形的加速通道，每个加速通道的两个相对长边之间施加有穿透的直流电力线，两个相对短边之间施加有穿透的磁力线，电力线与磁力线垂直，导电介质由加速管道一端进入加速通道后由加速管道另一端射出实现加速。

进一步，所述加速管道内的多个加速通道依次间隔阵列布置，在加速通道的两个相对长边上均设置电极板，一侧的电极板连接直流电源正极，另一侧的电极板连接直流电源负极，在加速通道的两个相对短边上设置磁钢，两侧的磁钢内侧分别为N极以及S极，通过电极板施加所述直流电力线，通过磁钢施加所述磁力线。

进一步，所述电极板设置于加速通道内壁上与导电液体介质接触，所述磁钢设置于加速通道外壁上不与导电液体介质接触。

本发明的有益效果：

1、本发明是用于超稠油开发场景使用的液力发电站，本发电站主要用于对超稠油开发时蒸汽注井等设备提供电力使用，相比于传统的水力发电站，无需构建传统水电庞大的基础设置，用封闭管道即可实现液力介质垂直持续循环，从而保证发电机的持续运行。

2、本发明将液力介质进行循环利用，液力介质消耗少，避免了液力介质的浪费。

3、本发明摒弃了传统的采用液力泵实现液力介质在管道内提升输送的方式，采用全新的机械式输送结构，在耦合导向架运动时通过磁力耦合带动管道内部的活塞运动实现液力介质的提升输送，相比于采用泵输送的方式，不受扬程限制，输送距离长，相比于传统机械方式，管道内部的活塞不直接与其他机械结构连接，因此驱动部分可全部设置在液力管道的外部，便于维护和拆装。

4、本发明主要的提升能量通过永磁体实现，仅需要较小的外部输入能量使驱动轴转向即可实现管道内部活塞的升降控制，结构稳定，能耗小。

5、本发明所涉及的加速器通过设置的相互垂直的磁力线以及直流电力线，在导电液力介质通过通道内的磁场以及电场时，能够被大幅度增速，从而实现导电液力介质在封闭管道内的高效加速，加速后的液力介质具有较高的可利用动能，整体结构简单。

附图说明

附图1为本发明总体结构示意图。

附图2为发电站的总体结构示意图。

附图3为发电站的磁力提升装置结构示意图。

附图4为发电站的磁力提升装置爆炸结构示意图。

附图5为发电站的磁力提升装置活塞、耦合导向架结构示意图。

附图6为发电站的磁流体加速器的加速管道外部结构示意图。

附图7为发电站的磁流体加速器的电场及磁场布置方式示意图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本发明实施例提供一种超稠油复合驱泄蒸汽注井液力发电站，发电站功率为200-750KW，主要用于为超稠油开发场景中使用到的用电设备供电。

参考图1-图7所示，本实施例所提供的一种超稠油复合驱泄蒸汽注井液力发电站，主要包括超稠油场景中的用电设备、电能控制柜以及发电站，发电站发出的电能通过控制柜分配到用电设备中。

发电站主要由左竖管道6、右竖管道7、上横管道8以及下横管道9形成的封闭式液力循环管道，在左竖管道6上部设置磁力提升装置1，在右竖管道7上部设置磁流体加速器2，在所述右竖管道7下部设置涡轮机3，在所述涡轮机3外部设置发电机4，循环管道内的液力介质为导电液力介质，液力介质由磁力提升装置1提升，经磁流体加速器2加速后冲击涡轮机3的转子转动，由涡轮机3的转子通过磁力耦合器5驱动发电机4运行。

本实施例中，循环管道采用封闭式管道，管道内填充可流动的导电型液力介质，通过液力介质在管道内的循环流动加速，冲击涡轮机3的转子使涡轮机3运行，涡轮机3转子通过磁力耦合器5带动外部的立轴永磁发电机4运行产生电能。在本实施例中，液力介质的流动主要通过本实施例中的磁力提升装置1以及磁流体加速器2实现，在垂直管道内，通过磁力提升装置1能够对液力介质进行提升，使其产生第一速度，液力介质经提升后进入上横管道8，通过上横管道8末端进入到右竖管道7，在右竖管道7内，在第一速度以及液力介质重力下想下运动，同时通过磁流体极速器进行二级加速，加速后的液力介质产生高速射流向下驱动涡轮机3运行，最终通过涡轮机3的出水口进入到下横管道9内，并在下横管道9末端进入左竖管道6，如此实现液力介质的高速循环，冲击射流持续作用于涡轮机3，使发电机4持续发电。在本实施例中，因采用封闭式管道结构，涡轮机3与发电机4之间通过磁力耦合器5输出扭矩，无过载和液力介质泄漏，运行平稳低噪声。

本实施例提供一种磁力提升装置1，磁力提升装置1主要包括液力管道11、活塞12、耦合导向架13、驱动轴14等。其中，液力管道11在液力输送系统中呈垂直设置的方式，在液力管道11两端分别设置第一连接件、第二连接件，通过第一连接件、第二连接件使本段液力管道11与左竖管道6对接形成封闭循环式液力输送管道。本实施例的磁力提升装置1主要是用于使液力介质在该垂直设置的液力管道11内自下而上提升加速。

在本实施例中，采用活塞12实现对液力管道11内液力介质的提升。具体的是，活塞12在液力管道11内能够上下移动，活塞12采用橡胶材质，外圈与液力管道11内壁贴合保证密封性能，活塞12中间设置单向阀15，活塞12能够沿液力管道11上下滑动，在活塞12向下运动时，在液力管道11内液体压力作用下单向阀15自动打开，此时活塞12向下运动，下方液力管道11内的液力截止通过单向阀15进入到上方的液力管道11内，在活塞12向上运动时，单向阀15呈封闭状态，因此活塞12上升时，能够推动上部的液力介质沿液力管道11向上提升、加速，如此活塞12循环往复运动，实现液力介质的垂直提升。

本实施例中，活塞12的升降运动主要通过耦合导向架13以及驱动轴14进行控制。为了保证液力管道11内的液力介质不被污染以及后期维护的方便性，将耦合导向架13以及驱动轴14均设置在液力管道11的外部。具体的连接关系为：耦合导向架13套设在液力管道11外部，耦合导向架13连接驱动轴14，能够在驱动轴14作用下沿液力管道11长度方向往复升降运动，而耦合导向架13与活塞12之间通过磁力耦合的方式同步运动。在活塞12上外部周向设置环形安装槽，环形安装槽内沿周向均匀间隔布置有多个第一永磁体16，在耦合导向架13周向均匀间隔布置有多个第二永磁体17，第一永磁体16与第二永磁体17之间形成相吸的作用力，耦合导向架13周向设置多个磁铁嵌入槽，第二永磁体17固定设置于对应的磁铁嵌入槽内。在该结构下，活塞12以及耦合导向架13分别设置在液力管道11内、外不直接连接，通过磁力传递力。此时，当外部的耦合导向架13在驱动轴14作用下向上运动时，耦合导向架13通过与活塞12相吸的磁力同步带动活塞12向上运动，耦合导向架13在驱动轴14作用下向下运动时，带动活塞12向下运动，如此实现活塞12的升降控制。

作为本实施例的一种优选方案，为了保证耦合导向架13能够平稳的升降运动，在垂直方向上对其设置有相应的导向结构，导向结构通过四根导向柱18实现。四根导向柱18均匀的布置在耦合导向架13四周，导向柱18两端分别通过液力管道11两端的第一连接件以及第二连接件固定，在耦合导向架13上对应导向柱18设置相应的通孔，使得耦合导向架13能够沿导向柱18升降运动，以保证耦合导向架13的运动导向以及稳定支撑。

在本实施例中，是通过驱动轴14带动耦合导向架13进行升降运动，为了保证运动的平稳定，采用两套驱动轴14，对称设置在耦合导向架13两侧。两套驱动轴14同步运动带动耦合导向架13升降运动。

作为本实施例的一种优选方案，耦合导向架13与驱动轴14之间采用磁力配合的结构。具体的是驱动轴14两端通过轴承支撑，安装在液力管道11的第一连接件、第二连接件之间，在驱动轴14两侧分别设置一组磁力推动件19，每组磁力推动件19均包括多个沿驱动轴14轴向设置的斜置永磁体，耦合导向架13一侧设置第三永磁体安装座，第三永磁体安装座内设置有第三永磁体110，磁力推动件19的斜置永磁体与耦合导向架13的第三永磁体110之间产生斥力，该斥力为斜力，且两侧的磁力推动件19施加的斥力相反。通过上述结构，当驱动轴14的其中一组磁力推动件19朝向第三永磁体110位置时，其斜置永磁体对第三永磁体110产生一个斜向上的斥力，通过该作用力能够推动耦合导向架13向上运动。当驱动轴14转动180°后，另一侧的磁力推动件19朝向第三永磁体110位置施力，此时施加的斥力为斜向下的斥力，通过该作用力能够推动耦合导向架13向下运动。如此，仅通过控制驱动轴14实现180°的持续换向即可实现磁力耦合架的往复式直线运动。在本实施例提供的一种具体实施方式中，用于使驱动轴14实现180°持续转动的换向驱动件111结构采用电机控制，电机设置在驱动轴14的上端，通过电机的转动带动驱动轴14的转动换向。

本实施例提供一种磁流体加速器2结构。本实施例的加速器主要用于对封闭管道内的导电液力介质进行加速使用，本实施例的加速器两端对接到右竖管道7中，液力介质在通过本加速器的平行电场、平行磁场时能够被加速，射流而出。

本实施例的导电液力介质加速器主要包括加速管道21，其中加速管道21外形为矩形结构，在加速管道21内设置有多个矩形的加速通道22，加速通道22是具有两个长边以及两个短边的矩形结构，加速通道22的数量可根据实际介质流量确定。各个加速通道22用于对导电液力介质进行加速。具体的，在每个加速通道22的两个相对长边之间施加有穿透的直流电力线，两个相对短边之间施加有穿透的磁力线，直流电力线与磁力线均平行设置，且直流电力线与磁力线呈90°，此时，在导电液力介质由加速管道21一端进入加速通道22后，受加速通道22内的电场以及磁场作用，根据洛伦兹力原理可以被加速，加速后的导电液力介质由加速管道21另一端射流而出产生可利用的动能。

在本实施例提供的一种具体布置方式中，加速管道21内的多个加速通道22依次间隔阵列布置，加速管道21采用不导电的尼龙材质加工制作，在加速通道22的两个相对长边上均设置电极板23，一侧的电极板23连接直流电源正极，另一侧的电极板23连接直流电源负极，电极板23可以采用钢板，通过镶嵌或贴附的方式设置在加速通道22的内侧壁上，电极板23与导电液力介质直接接触，同时电极板23沿加速通道22的长度方向布满整个内壁，在加速通道22的两个相对短边上设置磁钢24，两侧的磁钢24内侧分别为N极以及S极，两侧的磁钢24通过镶嵌或贴附的方式设置在加速通道22的外壁上不与导电液力介质直接接触，且磁钢24沿加速通道22的长度方向布满整个外壁。

在本实施例的上述结构中，由电极板23提供电场，由磁钢24提供磁钢24，两者结合形成的电场和磁场能够对穿过的导电液力介质进行加速。