CN106016221A - 电热式井下蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油工程稠油热采技术领域，具体涉及一种电热式井下蒸汽发生器。该电热式井下蒸汽发生器从上到下包括依次连接的入口部、电加热部以及出口部；电加热部包括至少一个加热段，加热段包括加热段壳体以及置于加热段壳体内的多根加热管；各根加热管内分别设置电热丝，并在电热丝与加热管之间填充绝缘耐温材料；各加热管之间以及加热管与加热段壳体之间形成供水流过的空间；入口部上设置有进水口，出口部设置有排出口。高温蒸汽在井下产生并直接注入油层，减少了热损失，大大提高了能量利用率，在深井和超深井中的优势尤为突出；电热丝设置在加热管内，安装方便，可靠性好，且更有利于蒸汽的发生。

Description

电热式井下蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及石油工程稠油热采技术领域，具体涉及一种电热式井下蒸汽发生器。

背景技术

我国有着丰富的稠油资源，但开采成本和难度较大。在稠油热采中，蒸汽驱是目前应用最广泛的、技术较成熟的方法之一。

蒸汽发生器作为蒸汽驱技术不可缺少的设备之一，目前最普遍的做法是在地面产生高温高压的蒸汽，通过保温管道注入到井下稠油油层中去。这种技术井上设备体积庞大，需要较高的配套设施的投入，废气带走大量的热能，污染周围空气；且地面蒸汽通过较长管道后，能量损失大，到井底时高温蒸汽成了“热水”，蒸汽注釆效果和深度受到限制，尤其是对于深井和超深井，常规地面蒸汽注入的方式已不能适应开采要求。

专利CN103759240A公开了一种井下电加热蒸汽发生器，如图1所示，主要包括：壳体1’、加热管2’、电加热元件3’以及支撑隔板5’。其中，加热管2’整体为中空柱体，其中空部分为贯通孔，流体从所述贯通孔中流通，电加热元件3’整体为细长的电热丝，缠绕在加热管2’的管壁上，在电加热元件3’通电后，对加热管2’中的流体进行加热，生成蒸汽从底部送出。支撑隔板5’其设置在壳体1’内部，供加热管2’和电加热元件3’穿过，并对加热管2’起到支撑作用。

这种结构存在以下几处缺点：

(1)安装不便，容易发生磕碰而损坏电热丝；

(2)由于井下尺寸的限制，相邻加热管之间的间距很小，电热丝缠绕在加热管外表面，有可能会接触而产生搭电，从而造成故障或损坏加热管；

(3)电热丝缠绕在加热管外表面，由于支撑隔板会和电热丝发生直接接触，因此需要在接触位置做绝缘处理，增加了成本；

(4)在保证加热温度的前提下，加热管的内径受限，从而使蒸汽发生量有限；而增加加热管数量的话，势必要增加壳体的直径，为设备的使用增加了难度和成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电热式井下蒸汽发生器，能够在稠油油层处产生蒸汽并直接注入油层，热效率高且不会产生空气污染，同时安全性与可靠性高。

本发明提供的电热式井下蒸汽发生器，从上到下包括依次连接的入口部、电加热部以及出口部；

所述电加热部包括至少一个加热段，所述加热段包括加热段壳体以及置于所述加热段壳体内的多根加热管；各根所述加热管内分别设置电热丝，并在所述电热丝与所述加热管之间填充绝缘耐温材料；各所述加热管之间以及所述加热管与所述加热段壳体之间形成供水流过的空间；

所述入口部上设置有进水口，所述出口部设置有排出口。

进一步的，所述加热段为依次串联的多个，相邻各段的所述加热段壳体之间通过外壳接头连接，相邻各段的所述加热管之间通过加热管连接头连接。

进一步的，所述电加热部还包括顶部的接线端子和底部的加热管座；最顶段的各根所述加热管的上端以及最底段的所述加热管的下端分别与所述接线端子及所述加热管座密封连接。

进一步的，所述入口部具体包括上连接头、阀座、阀芯以及下连接头；

所述上连接头用于与进水管道连接，所述下连接头用于与所述电加热部连接；

所述阀座和所述阀芯安装在所述上连接头与所述下连接头之间，使入水从所述上连接头单向流入所述下连接头中，且降低入水的流速及压力。

阀座和阀芯构成单流减压阀，将注水管与蒸汽发生器内流体隔开，防止蒸汽在井底过大压力的情况下上溢；同时该阀开启方式为压力开启，具有减压效果，有利于地面注水压力的控制。

进一步的，所述阀座上设置有阀口；

所述阀芯设置在所述阀座靠近下连接头的一侧，包括阀杆、阀头以及弹簧；所述弹簧套设在所述阀杆上，将所述阀头压设在所述阀座上，并将所述阀口密封。

进一步的，所述阀头的密封面为球面，所述阀座的阀口处的密封面为两段相接的具有不同锥度的锥面。

进一步的，所述下连接头的侧壁上设置有液位传感器，用于监控所述电加热部内的液位。

进一步的，所述下连接头的侧壁上设置与所述接线端子密封连接的电缆转接头，用于将所述接线端子中的电缆密封接出。

进一步的，所述出口部包括尾管、尾管连接头以及支撑管；

所述尾管通过所述尾管连接头与所述电加热部连接；且在所述尾管的下部侧壁周向均布多个所述排出口；

所述支撑管设置在所述尾管内，用于对所述加热管座起到轴向支撑的作用。

进一步的，所述尾管的底壁上设置温度传感器和压力传感器，分别用于监控所述排出口处蒸汽的温度和压力。

本发明的有益效果为：

高温蒸汽在井下产生并直接注入油层，与传统方式将地面蒸汽通过注汽管注入井下的方法相比，在最大程度上减少了热损失，大大提高了能量利用率，在深井和超深井中的优势尤为突出；

电热丝设置在加热管内，不会因磕碰而损坏，安装更方便；相邻电热丝也不会因接触而产生搭电，可靠性更好；流体通道为加热管与加热管之间的间隙，在蒸汽发生器相同外径下，流道截面积可以做的更大，相同处理量下流速更小，流体的驻留时间更长，更有利于充分吸热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中公开的井下电加热蒸汽发生器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电热式井下蒸汽发生器的结构示意图；

图3为图2中的A-A面的截面示意图；

图4为图2中的加热管支撑架的示意图；

附图标记：

101-上连接头； 102-阀座；

103-阀芯； 104-下连接头；

105-液位传感器； 106-电缆转接头；

201-接线端子； 202-加热管支撑架；

203-加热段壳体； 204-电热丝；

205-耐温填料； 206-加热管；

207-加热管连接头； 208-外壳接头；

209-加热管座； 301-尾管连接头；

302-支撑管； 303-尾管；

304-温度传感器； 305-压力传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图2为本发明实施例提供的电热式井下蒸汽发生器的结构示意图；图3为图2中的A-A面的截面示意图；图4为图2中的加热管支撑架的示意图。

如图2～图4所示，该电热式井下蒸汽发生器的结构包括从上到下依次连接的入口部、电加热部以及出口部。

具体的，入口部包括上连接头101、阀座102、阀芯103和下连接头104；电加热部包括接线端子201、加热管支撑架202、加热段壳体203、电热丝204、耐温填料205、加热管206、加热管连接头207、外壳接头208和加热管座209；出口部包括尾管连接头301、支撑管302和尾管303。

入口部与电加热部之间通过下连接头104与加热段壳体203螺纹连接，电加热部与出口部之间通过加热段壳体203与尾管连接头301螺纹连接。

入口部的具体结构为：阀座102和阀芯103安装在上连接头101与下连接头104之间的阀体内；阀座102固设在阀体内，且阀座102的中心位置设置有阀口。阀芯设置在阀座102靠近下连接头104的一侧，包括阀头、阀杆和弹簧；阀杆通过定位套固定在阀体内，且阀杆上设有供水通过的过流孔。阀头为蘑菇状，上端为半球形的密封头，下端为长杆，与阀杆相对间隔设置。弹簧套设在阀杆以及阀头的长杆上，将阀头顶起，使阀口密封。

阀座102与阀芯103构成减压阀，可对注入水起到减压作用，同时也能够起到单流阀的作用。为了提高密封度，阀芯103的阀头密封面为球面，阀座102阀口处的密封面为两段相接的具有不同锥度的锥面，更有利于通过节流的方式减压，也便于加工。

定位套分为上下两段，将阀座102与阀杆固定，并通过调节两个定位套的长度，可以改变弹簧的压缩量，从而改变阀头的开启压力。

通过增加的单向减压阀，将阀座102上部(注水管)与下部(蒸汽发生器)内的流体隔开，防止蒸汽在井底过大压力的情况下上溢；同时该阀开启方式为压力开启，有利于地面注水压力的控制。

电加热部可以由单个加热段或多段加热段组成，具体数量可以根据加热功率确定，本实施例以三个加热段为例进行说明。每段的结构相同，均包含加热管支撑架202、加热段壳体203、电热丝204、耐温填料205和加热管206。

相邻两段的加热段壳体203通过外壳接头208螺纹连接，相邻的两段加热管206通过加热管连接头207连接，最上端的加热管206顶部与接线端子201密封连接，最下端的加热管206底部与加热管座209密封连接。

电热丝204均布在加热管206内，电热丝204与加热管206之间间隙填充绝缘的耐温填料205。本实施例中，加热管206共有7根，均布在加热段壳体203内部，7根加热管206在加热段壳体203内通过加热管支撑架202支撑，使加热管206与加热段壳体203之间以及各加热管206之间形成供水流过的通道。

与专利CN103759240A相比，该方案有以下优点：

加热管在安装时不用担心磕碰损坏电热丝，安装更加的方便；

由于井下尺寸的限制，各加热管之间的间距势必会很小，如果电热丝缠绕在加热管外表面，相邻加热管上的电热丝在使用中有可能会接触而产生搭电而造成故障或损坏加热管；本实施例的电热丝布置在加热管内，被加热管保护起来，可靠性更好；

电热丝缠绕在加热管外表面，电热管的支撑结构(由于会和电热丝直接接触，因此需要绝缘处理；而本申请的支撑结构与加热管之间无须做绝缘处理，支撑结构更简单；

本专利流体通道为加热管与加热管之间的间隙，在蒸汽发生器相同外径下，流道截面积可以做的更大，相同处理量下流速更小，流体的驻留时间更长，更有利于充分吸热。

出口部的具体结构为：支撑管302设置在尾管303内，支撑管302的上部与加热管座209连接，对加热管座209起到轴向支撑的作用。尾管303的下部侧壁上沿周向均布4个排出口，用来排出高温蒸汽。

在本实施例的优选方案中，在下连接头104的侧壁上设置液位传感器105，用于监控电加热部内的液位情况。

在本实施例的优选方案中，在下连接头104的侧壁上设置与接线端子201及下连接头104均密封连接的电缆转接头106，用于将外部电缆与接线端子201内的电缆连接。

在本实施例的优选方案中，尾管303底端安装温度传感器304和压力传感器305，分别用来监控排出口处蒸汽的温度和压力。

使用时，将入口部的上连接头101与配套管柱相连，电热式井下蒸汽发生器下入到目标井的稠油油层段套管内，电缆转接头106连上电缆并通电，注入的清水通过入口部的阀芯103减压后流入电加热部，被电加热部的加热管206加热，水在加热管206之间的流道沿轴向一边缓慢流动一边被加热直至蒸发产生高温蒸汽；高温蒸汽通过出口部的蒸汽排出口进入油层套管内，在压力的作用下进入油层对稠油加热降粘。

高温蒸汽在井下产生并直接注入油层，与传统方式将地面蒸汽通过注汽管注入井下的方法相比，在最大程度上减少了热损失，大大提高了能量利用率，在深井和超深井中的优势尤为突出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，从上到下包括依次连接的入口部、电加热部以及出口部；

所述电加热部包括至少一个加热段，所述加热段包括加热段壳体以及置于所述加热段壳体内的多根加热管；各根所述加热管内分别设置电热丝，并在所述电热丝与所述加热管之间填充绝缘耐温材料；各所述加热管之间以及所述加热管与所述加热段壳体之间形成供水流过的空间；

所述入口部上设置有进水口，所述出口部设置有排出口。

2.根据权利要求1所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述加热段为依次串联的多个，相邻各段的所述加热段壳体之间通过外壳接头连接，相邻各段的所述加热管之间通过加热管连接头连接。

3.根据权利要求1或2所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述电加热部还包括顶部的接线端子和底部的加热管座；最顶段的各根所述加热管的上端以及最底段的所述加热管的下端分别与所述接线端子及所述加热管座密封连接。

4.根据权利要求3所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述入口部包括上连接头、阀座、阀芯以及下连接头；

所述上连接头用于与进水管道连接，所述下连接头用于与所述电加热部连接；

所述阀座和所述阀芯安装在所述上连接头与所述下连接头之间，使入水从所述上连接头单向流入所述下连接头中，且降低入水的流速及压力。

5.根据权利要求4所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述阀座上设置有阀口；

所述阀芯设置在所述阀座靠近下连接头的一侧，包括阀杆、阀头以及弹簧；所述弹簧套设在所述阀杆上，将所述阀头压设在所述阀座上，并将所述阀口密封。

6.根据权利要求5所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述阀头的密封面为球面，所述阀座的阀口处的密封面为两段相接的具有不同锥度的锥面。

7.根据权利要求4所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述下连接头的侧壁上设置有液位传感器，用于监控所述电加热部内的液位。

8.根据权利要求4所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述下连接头的侧壁上设置与所述接线端子密封连接的电缆转接头，用于将所述接线端子中的电缆密封接出。

9.根据权利要求2所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述出口部包括尾管、尾管连接头以及支撑管；

所述尾管通过所述尾管连接头与所述电加热部连接；且在所述尾管的下部侧壁周向均布多个所述排出口；

所述支撑管设置在所述尾管内，用于对所述加热管座起到轴向支撑的作用。

10.根据权利要求9所述的电热式井下蒸汽发生器，其特征在于，所述尾管的底壁上设置温度传感器和压力传感器。