CN103759240A - 井下电加热蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下电加热蒸汽发生器，包括：壳体、加热管、电加热元件。其中，所述壳体包括：外筒、壳体接头、上盖板、下盖板。所述加热管为一中空柱体，数量为多根，其中空部分为一贯通孔，流体从所述贯通孔中流通。所述加热管的进液口端插入所述上盖板设置的通孔中，并与之固定连接，其出液口端插入所述下盖板设置的通孔中，并与之固定连接。所述电加热元件为一细长的电热丝，缠绕在加热管的管壁上，所述电加热元件的两头从壳体中引出用于与外部的电缆连接，在所述电加热元件通电后，对所述加热管中的流体进行加热。所述井下电加热蒸汽发生器与现有的蒸汽发生器相比，具有较好的加热效果。

Description

井下电加热蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及稠油油田注蒸汽热采工艺技术领域，特别涉及一种井下电加热蒸汽发生器。

背景技术

稠油资源在我国分布广泛，以前由于这类原油的粘度很高，在油层和井筒中的流动阻力极大，难以有效开发。最近十几年，随着注蒸汽热采工艺的出现和发展，使得稠油油田得到了有效的开发。注蒸汽热采工艺也成为稠油开采中应用广泛、效率较高的方法之一。

所述注蒸汽热采工艺的目的是降低待开发稠油的粘度。其通常采用的方法是通过采用蒸汽发生器将清水加热为热蒸汽注入到井下，通过增加地层的温度，达到降低稠油粘度的目的。所述稠油粘度的降低有利于所述稠油在油层和井筒中流动阻力的减小。当所述稠油粘度降低、在油层和井筒中流动阻力减小时，就可以通过常规方式对其进行开采。

目前所述蒸汽发生器主要包括：地面蒸汽发生器和井下热蒸汽发生器。其中井下蒸汽发生器包括：井下燃料燃烧蒸汽发生器和井下电加热蒸汽发生器。

其中现有的井下电加热蒸汽发生器结构示意图，如图1所示。所述井下电加热蒸汽发生器包括：进水口1、加热管2、电阻加热装置3、热出汽口4、电缆接头5。所述井下电加热蒸汽发生器设置在套管6内。使用时，流体从所述进水口1进入所述井下电加热蒸汽发生器，接着流入所述加热管2。所述加热管2的中间管段设置有电阻加热装置3，对所述流入加热管2的流体进行加热。所述经过加热后的流体最后从所述热出汽口4流出。

然而由于所述加热管2为单根S型弯管，所述电阻加热装置3只对所述部分加热管2进行加热，在加热时加热面积较小且流体在所述S型加热管2中流动阻力较大导致了所述井下电加热蒸汽发生器加热效果较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种井下电加热蒸汽发生器，所述井下电加热蒸汽发生器具有较好的加热效果。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下所述：

井下电加热蒸汽发生器，包括：壳体、加热管、电加热元件，其中，

所述壳体包括：外筒、壳体接头、上盖板、下盖板；其中外筒整体为中空柱体，其中空部分为贯通孔，所述贯通孔的一端固定连接有与之匹配的上盖板，另一端固定连接有与之匹配的下盖板；所述壳体接头设置在外筒和油管之间，其一端设置有螺纹与所述油管连接，另一端与上盖板或外筒固定连接；

所述加热管整体为中空柱体，其中空部分为贯通孔，流体从所述贯通孔中流通，所述加热管的进液管头与所述上盖板设置的上盖板孔配合，并与之固定连接，其出液管头与所述下盖板设置的下盖板孔配合，并与之固定连接；

所述电加热元件整体为细长的电热丝，缠绕在加热管的管壁上，所述电加热元件的两头从壳体中引出用于与外部的电缆连接，在所述电加热元件通电后，对所述加热管中的流体进行加热。

在优选的实施方式中，所述井下电加热蒸汽发生器还包括支撑隔板，其设置在外筒内部，其表面上设置有与加热管匹配的第一通孔，及与电加热元件匹配的第二通孔，加热管插设在所述支撑隔板的第一通孔中，并与之固定连接。

在优选的实施方式中，所述支撑隔板的数量至少为一个。

在优选的实施方式中，所述支撑隔板第二通孔的孔壁上设置有绝缘镀层或绝缘件。

在优选的实施方式中，所述固定连接的方式为焊接。

在优选的实施方式中，所述电加热元件的两头从壳体中引出，用于与外部的电缆连接的方式，具体为通过在所述上盖板上设置通孔和与之配合的绝缘接头组件实现。

在优选的实施方式中，所述绝缘接头组件具体包括：电导体、绝缘层、螺栓、密封圈；其中所述电导体数量为两个，上端设置有电缆接头，用于与外部的电缆进行连接，下端设置有电加热元件接头和所述电加热元件两端接头进行连接；所述电导体设置在绝缘层内，所述绝缘层与螺栓内设置的贯通孔配合，所述螺栓外部和所述上盖板的通孔相配合，所述密封圈设置在螺栓的下端面并与之匹配。

在优选的实施方式中，所述外筒的外径大于油管的外径。

在优选的实施方式中，所述加热管的进液管头为喇叭形，截面尺寸上大下小。

在优选的实施方式中，所述加热管数量为偶数根。

有益效果：所述井下电加热蒸汽发生器，与现有的蒸汽发生器相比，其具有多根加热管，总加热面积大、因而具有较好的加热效果。此外加热管上端为喇叭口，管身是直管结构，使得流体在所述加热管内流动时流动阻力大大减小，从而减少了地面泵注设备的压力。

附图说明

图1是现有技术中一种井下电加热蒸汽发生器结构示意图；

图2是本发明实施例中井下电加热蒸汽发生器结构剖视图；

图3是本发明实施例中井下电加热蒸汽发生器俯视图；

图4是本发明实施例中井下电加热蒸汽发生器上盖板结构示意图；

图5是本发明实施例中井下电加热蒸汽发生器下盖板结构示意图；

图6是本发明实施例中井下电加热蒸汽发生器支撑隔板结构示意图；

图7是本发明实施例中井下电加热蒸汽发生器绝缘件的剖示图；

图8是本发明实施例中井下电加热蒸汽发生器绝缘接头组件局部剖视图；

图9是本发明实施例中井下电加热蒸汽发生器在使用状态下的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应当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，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本文中所述的上或下位置是针对井下电加热蒸汽发生器在进入井下后的使用状态而言的，确切地说，所述井下电加热蒸汽发生器的流体流入的一端所处的位置相对为上，流体流出的一端所处的位置相对为下。

在本发明的实施例中，所述井下电加热蒸汽发生器如图2所示，包括：壳体1、加热管2、电加热元件3，其中，

所述壳体1包括：外筒11、壳体接头12、上盖板13、下盖板14，其中，

所述外筒11整体为一中空柱体，其中空部分为贯通孔。所述贯通孔内设置有多根加热管2。所述外筒11的截面优选为圆形。所述外筒11设置在套管中，其外径小于所述套管的内径。在保证所述外筒11能够顺利下入套管的前提下，所述外筒11的截面直径越大，其截面上内能够容纳的加热管2就越多，加热的截面积就越大，从而整个井下电加热蒸汽发生器的加热效果就越好。所述外筒11的上端面，设置有上盖板13。所述上盖板13与所述外筒11为密封固定连接，其具体连接方式可以为焊接。所述上盖板13的外形尺寸与所述外筒11上端面尺寸相匹配。具体的所述外筒11上端面的外径可与所述上盖板13的外径接近或者所述外筒11上端面的内径可与所述上盖板13的外径接近。所述外筒11的下端面，设置有下盖板14。所述下盖板14与所述外筒11为密封固定连接，其具体连接方式可以为焊接。所述下盖板14的外形尺寸与所述外筒11下端面尺寸相匹配。具体的所述外筒11下端面的外径可与所述下盖板14的外径接近或者所述外筒11下端面的内径可与所述下盖板14的外径接近。当所述外筒11上端面的内径与所述上盖板13的外径接近时，所述上盖板13可设置在所述外筒11的贯通孔内，靠近流体流入的一端。

所述壳体接头12整体可分为两部分：接头一段121和接头二段122。所述接头一段121整体可为一中空柱体，所述中空部分为贯通孔。所述接头一段121的表面上可设置锥形螺纹，用于连接油管。当所述油管与所述接头一段121连接的部分为外螺纹时，所述接头一段121在其贯通孔内表面设置内螺纹与之配合。当所述油管与所述接头一段121连接的部分为内螺纹时，所述接头一段121在其外表面设置外螺纹与之配合。所述接头二段122可为喇叭形，下端直径大于上端直径。所述接头二段122用于实现接头一段121和外筒11之间的尺寸过渡连接。所述接头二段122上端面和所述接头一段121的下端面连接为一体。所述接头二段122下端面与所述外筒11的上端面或者上盖板13固定密封连接。所述固定密封连接方式可以为焊接。所述接头二段122下端面与外筒11的上端面的形状和尺寸可以一致，优选为重合。所述壳体接头12的俯视图如图3所示，从其俯视图中可知，所述壳体接头12上，设置有一个开口123。所述开口123可设置在接头二段122喇叭形管段上，所述开口123可作为所述电加热元件3和电缆的连接口。

所述上盖板13如图4所示，所述上盖板13整体外形与所述外筒11的上端面相配合，并达到密封固定连接。具体的，所述上盖板13可通过焊接的方式与所述外筒11的上端密封连接为一体。当所述外筒11截面为圆环形时，所述上盖板13整体为圆饼型。在所述圆饼型的上盖板13上设置有多个上盖板孔131。所述上盖板孔131为圆形孔，用于和所述加热管2进液管头21进行配合。具体配合时所述加热管2进液管头21可插入所述上盖板13的上盖板孔131中，并进行密封固定连接。所述密封固定连接可以为焊接。所述上盖板孔131的数量和所述加热管2的数量一致。所述上盖板13上还设置有一通孔132，用于将所述电加热元件引出。

所述下盖板14如图5所示，所述下盖板14整体外形与所示外筒11的下端面相配合，并达到密封固定连接。具体的，所述下盖板14可以通过焊接的方式与所述外筒11的下端密封连接为一体。当所述外筒11截面为圆环形时，所述下盖板14整体为圆饼型。在所述圆饼型的下盖板14上设置有下盖板孔141。所述下盖板孔141为圆形孔，用于和所述加热管2出液管头23进行配合。具体配合时，所述加热管2的出液管头23可插入所述下盖板14的下盖板孔141中并进行密封固定连接。所述密封固定连接可以为焊接。所述下盖板孔141的数量和所述加热管2的数量一致。

所述加热管2整体可为中空长柱体，所述中空部分为贯通孔，用于流体的流动。如图2所示，所述加热管2包括进液管头21、中间管段22、出液管头23。其中所述进液管头21可为喇叭形管头，即所述管头的截面尺寸自上而下逐渐减小，直至与所述中间管段22的截面尺寸相同。所述出液管头23的尺寸形状可与所述中间管段22的尺寸形状保持一致。所述加热管2各管段的截面积优选为圆形。所述上端管口21可插设在所述上盖板13设置的上盖板孔131中，并与之固定密封连接。所述固定密封连接的方式可以为焊接。所述出液管头23可插设在所述下盖板14设置的下盖板孔141中，并与之固定密封连接。所述固定密封连接的方式可以为焊接。加热管2所述喇叭形的进液管头21结合直管管段的中间管段22结构，有利于减小流体在其中空部分贯通孔内的流动阻力。从而可以减少地面泵注设备的压力。所述加热管2外表面还可设置支撑隔板5，所述支撑隔板5用于支撑加热管2，避免加热管2由于长度太长而出现变形。所述加热管2的数量为多根，在所述外筒11的空间内等间隙均匀布置。所述加热管2的数量越多，其截面积越大，加热的效果就能越好。

所述支撑隔板5设置在所述外筒11的内部，其整体外轮廓可与所述外筒11的内表面轮廓相匹配或者比所述外筒11的内表面轮廓略小。所述支撑隔板5如图6所示，整体可为圆饼型。所述圆饼上设置有两组圆孔，分别为大圆孔51和小圆孔52。所述大圆孔51和小圆孔52的数量可以相同。所述大圆孔51孔径用于和所述加热管2的截面形状的外径相配合。具体配合时，所述加热管2插入所述大圆孔51的孔中，并实现固定连接。所述固定连接方式可以为焊接。所述大圆孔51的直径不小于所述加热管2中间管段22的外径。所述小圆孔52用于和所述电加热元件3配合。具体配合时，所述电加热元件3穿过所述小圆孔52。所述小圆孔52的孔截面尺寸大于所述电加热元件3的截面尺寸。在所述小圆孔52孔的周向上可设置绝缘镀层或绝缘件53。

所述绝缘件53如图7所示，内部具有一贯通孔。所述贯通孔用于和所述电加热元件3配合。外部整体为一阶梯轴，所述阶梯轴可分为两段：第一段531和第二段532。所述第一段531的外径大于所述小圆孔52的孔径。所述第二段532的外径与所述小圆孔52的孔径接近或者略大。所述绝缘件53与所述小圆孔52装配时，所述第二段532部分塞入所述小圆孔52内，所述第一段531部分卡在所述小圆孔52的上端面上。所述绝缘镀层或绝缘件53用于保证所述电加热元件3和支撑隔板5绝缘。所述支撑隔板5的数量为多个，一般选两个。所述两个支撑隔板5具体可分别设置在所述加热管2长度方向上的三分之一处和三分之二处，以起到较好的支撑所述加热管2，防止其变形的作用。另外在所述加热管2外表面包裹有电加热元件3。

所述电加热元件3，如图2所示，整体可为一长根电热丝，能将地面供电设备提供的电能转化为热能。所述电加热元件3依次缠绕在所述各个加热管2的外表面。具体可以是从所述加热管2中间管段22的上部开始，向下缠绕。当加热管2管段上设置有支撑隔板5时，所述电加热元件3在穿过所述支撑隔板5的地方通过设置绝缘镀层或绝缘件实现绝缘保护。所述加热管2的数量优选为偶数个，从而实现所述电加热元件3的两端接头可以从一个地方引出。当所述电加热元件3是从上端开始缠绕的情况下，所述电加热元件3的两端可在加热管2的上端方向上引出。引出后所述电加热元件3的两端接头与外部的电缆进行连接得到供电，从而实现将电能转化为热能。所述加电加热元件3得电加热后，通过热传递的作用，将热能传递给与之接触的加热管2。继而加热管2再通过热能传递给处在其贯通孔内的流体。

所述电加热元件3引出的方式具体可以为通过在所述上盖板13上设置有绝缘接头组件4实现。所述上盖板13上具体用于和所述绝缘接头组件4配合的通孔132形状可为一阶梯孔。所述阶梯孔整体可分为两部分，上部分孔径较大，且在孔表面上设置有螺纹；下部分孔径较小，可为光孔。整体上所述上部分孔在轴向上的长度可大于所述下部分孔的长度。

所述绝缘接头组件4如图8所示，包括电导体41、绝缘层42、螺栓43、密封圈44。所述电导体41数量为两个，上端设置有电缆接头411，用于和外部电缆进行连接；下端设置有电加热元件接头412，用于和所述电加热元件3引出的两端接头进行连接。所述电导体41可设置在绝缘层42内，所述绝缘层42用于将所述电导体41和井下电加热蒸汽发生器之间实现绝缘。所述绝缘层42整体可以为一圆柱体，可设置在螺栓43内。对应的，所述螺栓43，内部设置有一贯通孔431用于和所述绝缘层42进行配合。所述螺栓43的外部设置有螺帽432和螺杆433。所述螺帽432的外径大于所述上盖板13上设置的通孔132的孔径。所述螺杆433的外径和所述通孔132的孔径相配合。在所述螺栓43的下端面还设置有一密封圈44。所述密封圈44整体上和所述螺栓43相配合。具体的所述密封圈44的外径和所述螺栓43的螺杆433部分的外径匹配；其内径和螺栓43的贯通孔431的孔径相同。所述绝缘接头组件4整体上能够实现将所述电加热元件3与外部电缆固定连接，同时与上盖板13绝缘。所述绝缘接头组件4的具体结构还可以为其他形式，例如在上盖板13、壳体接头12的开孔处设一整根中空绝缘杆，将所述电加热元件3从所述中空部分引出，和所述外部接头连接。

所述电加热元件与所述外部电缆通过所述绝缘接头组件4连接时，先将所述电加热元件3的两端从所述上盖板13的通孔132内引出来，分别与所述绝缘接头组件4的两个电加热元件接头412连接；接着把绝缘接头组件4整体上拧到所述上盖板13的通孔132内；最后再将外部电缆与所述绝缘接头组件4的两个连接电缆接头411进行连接。所述电加热元件3和电缆4A与所述电加热元件接头412、电缆接头411连接的方式可以为焊接。

所述井下电加热蒸汽发生器的组装方法是：首先将加热管2与支撑隔板5组装在一起，在包裹电加热元件3后，整体塞入外筒11中；然后将上盖板13、下盖板14和壳体接头12焊接上去；最后安装绝缘接头组件4。

本发明所述井下电加热蒸汽发生器1A在使用状态下的系统示意图，如图9所示。所述系统包括：井下电加热蒸汽发生器1A、油管2A、耐热封隔器3A、电缆4A、温度监测导线5A、油层6A、地面泵注设备7A、地面供电设备8A和套管9A。

其中所述耐热封隔器3A用于封隔油管2A和套管9A之间的环形空间。

所述电缆4A用于连接所述电加热元件3和地面供电设备8A。

所述温度监测导线5A用于监测井筒中蒸汽的温度。

所述地面泵注设备7A用于向油管中注入经过除垢、过滤的清水。

所述地面供电设备8A用于向所述井下电加热蒸汽发生器1A中的电加热元件3供应电能。

本发明所述井下电加热蒸汽发生器1A在使用时，先将其通过壳体接头12与油管2A连接，所述油管2A和套管9A之间设置有耐热封隔器3A，将电缆4A穿过所述耐热封隔器3A与井下电加热蒸汽发生器1A的绝缘接头组件4连接，温度监测导线5A穿过所述耐温封隔器3A，用于监测井筒中蒸汽的温度。井下蒸汽发生器1A下入油井的油层位置。利用地面泵注设备7A从油管2A中注入经过除垢、过滤的清水，地面供电设备8A通过电缆4A给井下电加热蒸汽发生器1A的电加热元件3供电，使电加热元件3发热，将通过加热管2的清水加热成蒸汽，注入到油层中，从而为油层提供热能，达到降低所述油层中原油粘度目的。所述井下电加热蒸汽发生器1A可以广泛应用于稠油热采领域。

本发明在结构上采用外筒11内设置多根加热管2，使得所述加热管2的总截面积与油管2A的截面积相当，与现有的井下电加热蒸汽发生器相比较大地增加导热面积，使得加热效果得到很大提高。另外加热管2整体上为直管结构，且具有喇叭形进液管头21作为流体入口结构。所述加热管2的结构能够大大减小了流体流通时的流动阻力。所述流体流动阻力减小后，地面泵注设备7A的泵注压力就能相应减小，从而对地面泵注设备7A和井下设备的耐压性能要求都能降低，另外也能同时减小泵注能耗损失。此外，本发明本身的结构简单。

以上所述仅为本发明的几个实施例，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.井下电加热蒸汽发生器，其特征在于，包括：壳体、加热管、电加热元件，其中，

所述壳体包括：外筒、壳体接头、上盖板、下盖板；其中外筒整体为中空柱体，其中空部分为贯通孔，所述贯通孔的一端固定连接有与之匹配的上盖板，另一端固定连接有与之匹配的下盖板；所述壳体接头设置在外筒和油管之间，其一端设置有螺纹与所述油管连接，另一端与上盖板或外筒固定连接；

所述加热管整体为中空柱体，其中空部分为贯通孔，流体从所述贯通孔中流通，所述加热管的进液管头与所述上盖板设置的上盖板孔配合，并与之固定连接，其出液管头与所述下盖板设置的下盖板孔配合，并与之固定连接；

所述电加热元件整体为细长的电热丝，缠绕在加热管的管壁上，所述电加热元件的两头从壳体中引出，用于与外部的电缆连接；在所述电加热元件通电后，对所述加热管中的流体进行加热。

2.如权利要求1所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述井下电加热蒸汽发生器还包括支撑隔板，其设置在外筒内部，其表面上设置有与加热管匹配的第一通孔，及与电加热元件匹配的第二通孔，加热管插设在所述支撑隔板的第一通孔中，并与之固定连接。

3.如权利要求2所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述支撑隔板的数量至少为一个。

4.如权利要求2所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述支撑隔板第二通孔的孔壁上设置有绝缘镀层或绝缘件。

5.如权利要求1或2所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述固定连接的方式为焊接。

6.如权利要求1所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述电加热元件的两头从壳体中引出方式，具体为通过在所述壳体的上盖板上设置通孔和与之配合的绝缘接头组件实现。

7.如权利要求6所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述绝缘接头组件具体包括：电导体、绝缘层、螺栓、密封圈；其中所述电导体数量为两个，上端设置有电缆接头，用于与外部的电缆进行连接，下端设置有电加热元件接头和所述电加热元件两端接头进行连接；所述电导体设置在绝缘层内；所述绝缘层与螺栓内设置的贯通孔配合；所述螺栓外部和所述上盖板设置的通孔相配合；所述密封圈设置在螺栓的下端面并与之匹配。

8.如权利要求1所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述外筒的外径大于油管的外径。

9.如权利要求1所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述加热管的进液管头为喇叭形，截面尺寸上大下小。

10.如权利要求1所述的井下电加热蒸汽发生器，其特征在于：所述加热管数量为偶数根。

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