CN106304446A - 一种井内流体电加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井内流体电加热器，包括通轴、接线盒、石墨垫、电加热管、封板、防护管、信号线管、出口管、温度传感器、压力传感器、高温液位计、湍流换热组件、耐高温信号线、耐高温电缆、电缆卡子、密封填料、密封压盖、接线盒固定密封螺母、起吊螺母、接线排。流体经地面输送至地下井内流体加热器内，流体被加热后加热目标岩层，提高了热能利用率。本发明可以实现对目标地层的过热蒸汽开采、热气体开采。通过改变出口管结构，可同时对流体进行加热与加压，特殊情况下可形成超/近临界流体如超临界二氧化碳、超/近临界水等，加热目标岩层，提高能量利用率。系统经优化后可用于转化、开采冻土可燃冰、油页岩层等储层。

Description

一种井内流体电加热器

技术领域

本发明涉及一种井内流体电加热器，具体为一种井内原位流体电加热器。通过调整出口管结构，可同时对流体进行加热与加压。特殊情况下可在井内原位形成超/近临界流体（如超临界二氧化碳、超/近临界水等），以加热目标地层。本发明涉及一种高温高压渗透率测试装置，具体为一种可以实时测试高温高压流体在岩心内部渗流时渗透率的装置。

背景技术

目前，地下烃类物质的提取技术，主要分为地表提取技术和原位转化技术。地表提取生产有很多缺点:如挖掘工作量大，成本高；易形成采空区，导致土地塌陷；大量残渣处理难度大，堆积量大，易造成二次污染，排出大量的废气和污水对环境污染大；用水量大等。而原位转化技术是通过对地下矿体进行原位加热，实现对地下烃类物质的热解开采，不破坏地表，无采空区，且地表无废渣堆积，对环境无污染，而且可以运用到埋深较深的岩层，是一种有着广阔前景的含烃固体矿产资源开发利用的方法。

采用井下电阻加热器加热目标岩层的方法是典型的地下原位加热转化方法。加热器可以放置在井眼中以在就地工艺中加热地层。如Germain的美国专利US2548360描述了一种置于井孔中的粘性油中的电加热元件。该加热器元件将油加热并且稀释，以使油可从井孔中泵出； Van Egmond的美国专利US5065818描述了一种胶合到井下的电加热元件；Vinegar等的美国专利US6023554描述了位于套管中的电加热元件，该加热元件通过热辐射加热套管，并通过套管加热填充在套管与地层之间的填料。

采取井下电阻加热器直接作为热源，通过热传导的方式加热目标岩层的方法，因其自身能耗大、加热效率低、商业化困难等缺陷，近年来，正逐渐被加热效率更高、成本更低的井内对流加热方法所代替。例如：太原理工蒸汽对流加热法（CN1676870A），全称对流加热油页岩开采油气的方法，该发明所用加热器布置在地面，水蒸气在地表加热至后，沿注热井注入油页岩储层，使其中的干酪根热解生成油气。

吉林大学与以色列亚洲科技有限公司联合提出的TS法（CN103790563A）公开了一种油页岩原位局部化学法以提取油页岩油气的方法，该发明利用地面加热器加热混合气体，通过控制混合气体注入及回收时的温度、浓度，诱发一系列“链式反应”，实现油页岩内干酪根由内而外的逐渐自催化裂解，生成油页岩油气。目前，先导试验工程已采出油气。

吉林大学提出的采用近临界水作为提取介质提取油页岩内部有机质的方法（CN101871339A）。通过地面加热装置将水和惰性气体加热或将水加热生成水蒸汽，以在油页岩层内形成近临界水的微环境，将干酪根裂解。

综上可知，相比于采取电阻加热器的加热方法，对流加热方法加热效率更高，对烃类的提取效果更好。但其所用的加热器均安装在地表，加热后的流体输送至目标岩层的过程中，流体热能不断损失，温度持续下降，以致生产过程中能耗高而热量利用率低。采取井下原位加热流体的技术，即可避免加热后的流体在沿程输送过程中的热量损失过大的情况的发生。

现有的井下流体加热装置及技术如下：

Wyatt的US442898(转让给Trans Texas Energy Inc.)公开了一种井下蒸汽发生器或燃烧器。高压的水处于环绕燃烧器燃烧腔室的环形套筒中，燃烧产生的能量使得燃烧腔室周围的水蒸发，从而冷却燃烧器，同时产生高温蒸汽，以注入地层中；Retallick的US4377205公开了一种催化低压燃烧器，用于在井下产生蒸汽；Wagner等人的US4336839(转让给Rockwell International Corp.)公开了一种直接点火井下蒸汽发生器；Eisenhawer等的US4648835公开了一种直接点火蒸汽发生器；Ware等人的美国专利申请US20070193748(转让给World Energy Systems Inc.)公开了一种井下燃烧器，用于从重油地层中生产烃。

以上加热器均存在能耗大、能量利用率低、有害环境等局限，且一些技术现处于试验阶段，存在可控性差，设备安装操作不便，成本高等各方面问题。迄今为止，上述装置与现有地面设备相关联的温度管理、腐蚀、焦化和过热的问题以及压力、温度等工作参数的可控性问题都没有得到解决。

因此需要一种物理化学反应易于控制的加热器，使烃类原位开采时热解能量产出、消耗比最合理，并能突破商业性开发及工程实践的瓶颈。为在工程应用中实现该技术方法，本发明提供了一种井内流体电加热器，即采用电加热方式，在井内原位加热外加的流体，使用流体对地层进行传热传质，缩短了加热后流体与目标岩层之间的距离，降低了加热后流体在沿程输送时能量损失，提高了能量利用率。采用电加热装置，实现流体在井内原位加热，不与外界地层环境直接接触，不污染环境。同时，该装置只需通过调整出口管（22）结构，可同时对流体进行加热与加压，特殊情况下可在井内原位形成超/近临界流体（如超临界二氧化碳、超/近临界水等）。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术所遇到的成本高、流体输运时热量损失大、热量利用率低等问题，提供一种井内流体电加热器。

本发明包括通轴、接线盒、石墨垫、电加热管、封板、防护管、信号线管、后支撑板、前支撑板、出口管、温度传感器、压力传感器、高温液位计、湍流换热组件、耐高温信号线、信号线卡子、耐高温电缆、电缆卡子、密封填料、密封压盖、接线盒固定密封螺母、起吊螺母和接线排。

湍流换热组件选用多孔介质、静态混合器、换热盘管中的一种或多种组合。通轴采取前端粗、后端细的设计方式，

通轴安装在防护管中，通轴是外界向电加热管附近加热区域通入外加流体的通道，通轴具有信号线管接口，信号线管设置在防护管，信号线管与通轴的信号线管接口连通并焊接在一起，温度传感器、压力传感器和高温液位计安装在信号线管上，温度传感器、压力传感器和高温液位计通过耐高温信号线导出信号与地面监测系统连接，耐高温信号线向井下温度传感器、压力传感器和高温液位计提供电力并获取相关数据，耐高温信号线位于耐高温信号线中，

接线盒安装在通轴外，接线盒为耐高温信号线、耐高温电缆的连接提供空间；石墨垫安装在防护管上，接线盒固定密封螺母、石墨垫能密封接线盒与防护管的连接部位。

电加热管，加热温度在400~700℃之间，加热外界通入的流体。电加热管共十二根，呈等间距安装在防护管的预留孔上。电加热管表面经MgO材料进行绝缘处理，保证其运行时安全可靠。

封板焊接在通轴上，以固定支承信号线管。

防护管后端由钢板封口，钢板上具有十三个通孔，其中一个通孔为中心通孔，用以安装通轴，另外十二个通孔为电加热管安装孔，十二个电加热管安装孔呈等间距分布在中心通孔四周，用以安装电加热管。

防护管安装在通轴下方，用以为电加热管提供保护。防护管材料可以承受井下30Mpa左右高压。

当选用水作为对流传热介质时，防护管前端具有进水孔及后端具有出水孔。水加热后从出口管喷出后，在出口管附近区域形成低压区。井内流体电加热器与井壁间环状间隙内的水在抽吸作用下，经防护管前端的进水孔进入防护管内，加热后沿防护管内壁向后运动，而后从防护管后端的出水孔流出。这样的对流循环，提高了防护管内水的对流加热效率及能量利用率。当选用气体作为对流传热介质时，无需防护管前端没有进水孔及后端没有出水孔。

后支撑板设置在防护管中，用以固定电加热管及信号线管。

前支撑板设置在防护管中，用以固定电加热管。

出口管焊接在防护管前端，加热后的流体从此喷出到目标岩层。出口管周向采取锥面设计，锥度在1:10~1:20之间，在井内流体电加热器下入井内时起导向作用，避免井内流体电加热器在井内卡夹。根据工艺需求，选取不同种类的流体，出口管的结构有两种不同形式：

出口管为有阀出口管：选用对应尺寸的圆柱体材料，沿材料轴线打孔并在孔内增设一背压阀。流体在防护管内的压力达到要求时，背压阀打开，流体在压力作用下从出口管处喷出。此结构适用于热水加热法及超/近临界流体加热法如超临界二氧化碳、超/近临界水等。

出口管为无阀出口管：选用对应尺寸的直管，在管身上打孔。加热后的流体经过管身上的孔，提升流速并从此喷出。此结构适用于热气体加热法及蒸汽加热法。

温度传感器实时检测电加热管的工作温度及出口管处加热后流体的温度。

压力传感器实时检测加热后流体的压力并将数据传递给地面监控系统。

高温液位计可以承受500℃左右高温，高温液位计实时检测防护管内部液面高度并将数据传递给地面监控系统。

湍流换热组件，只在采用气体作为对流传热介质时使用。湍流换热组件选用多孔介质、静态混合器、换热盘管中的一种或多种组合，安湍流换热组件装在电加热管与防护管之间的空间内，极大地增加了对流换热面积，提高了换热效率。

多孔介质，由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所构成的物质，空隙尺寸极其微小，比表面积很大，可以有效地增加流体对流换热面积，提高换热效率。多孔介质填充在防护管内指定位置。所选用的多孔介质可以是泡沫金属、泡沫陶瓷、金属纤维中的一种或多种组合。

静态混合器，由流体管和螺旋片构成，流体管内放置螺旋片。静态混合器以管束形式分布在防护管内的指定位置，制造流体湍流状态，以增加对流换热面积，提高换热效率。

换热盘管由换热器管、上下端口组件组成。在诸多增大换热面积的方式中，增大同样大小的换热面积，该方式所占空间最小。换热盘管通过上下端口组件安装在防护管内的指定位置，以增加流体对流换热面积，提高换热效率。

耐高温信号线能承受500℃高温。

信号线卡子安装在接线盒内的耐高温信号线上，信号线卡子能防止因耐高温信号线打滑，温度传感器、压力传感器和高温液位计与耐高温信号线之间接线断开的情况发生。

耐高温电缆能承受600℃高温，耐高温电缆连接在地面监控系统与电加热管之间，向电加热管输送电力。

电缆卡子安装在接线盒内的耐高温电缆上，电缆卡子能防止因耐高温电缆打滑，电加热管与耐高温电缆之间接线断开生。

密封填料选用石墨材料，密封填料填充在接线盒的信号线接线孔和电缆接线孔内，保证密封效果，防止因漏水产生短路等危险状况。

密封压盖安装在接线盒上，密封压盖用以压实密封填料，保证密封效果。

接线盒固定密封螺母安装在通轴上，以固定接线盒的位置并配合接线盒压紧石墨垫，密封接线盒与防护管的连接部位。

起吊螺母安装在通轴上，配合钢绳可将井内流体电加热器送入井下。

接线排为三个一组，采取三角形分布并以螺栓安装电加热管与耐高温电缆连接处，可固定电缆位置，防止因电缆在接线盒内部缠绕，造成局部高温等不良情况发生。

本发明可选用的流体种类较多，如水、空气、氮气、二氧化碳等。井内流体电加热器在使用时，须先预热至300℃，而后方可将流体经地面输送至地下。流体经进流口，进入防护管内。经电加热管加热后，流体在出口管的变径作用下从出口管喷出，加热目标岩层。通过调整出口管的结构，可同时对流体进行加热与加压。特殊情况下可将形成超/近临界流体（如超临界二氧化碳、超/近临界水等）。

本发明的有益效果：

本发明可以实现对目标地层的过热蒸汽开采、热气体开采。通过改变出口管结构，可同时对流体进行加热与加压，特殊情况下可形成超/近临界流体（如超临界二氧化碳、超/近临界水等），加热目标岩层，提高能量利用率。系统经优化后可用于转化、开采冻土可燃冰、油页岩层等储层。

附图说明

图1是本发明第一实施例具有有阀出口管的示意图。

图2是本发明第二实施例具有无阀出口管的示意图。

图3是图1和图2的A向视图。

图4是图1和图2的B—B向剖视图。

图5是图1和图2的C—C向剖视图。

图6是图1中的D处放大示意图。

图7是图2中的E处放大示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明包括通轴1、接线盒2、石墨垫3、电加热管4、封板5、防护管6、信号线管7、后支撑板8、前支撑板9、出口管10、温度传感器12、压力传感器13、高温液位计14、湍流换热组件15、耐高温信号线16、信号线卡子17、耐高温电缆18、电缆卡子19、密封填料20、密封压盖21、接线盒固定密封螺母22、起吊螺母23和接线排28。

湍流换热组件15选用多孔介质、静态混合器、换热盘管中的一种或多种组合。通轴1采取前端粗、后端细的设计方式。

通轴1安装在防护管6中，通轴1是外界向电加热管4附近加热区域通入外加流体的通道，通轴1具有信号线管接口29，信号线管7设置在防护管6，信号线管7与通轴1的信号线管接口29连通并焊接在一起，温度传感器12、压力传感器13和高温液位计14安装在信号线管7上，温度传感器12、压力传感器13和高温液位计14通过耐高温信号线16导出信号与地面监测系统连接，耐高温信号线16向井下温度传感器12、压力传感器13和高温液位计14提供电力并获取相关数据，耐高温信号线16位于耐高温信号线16中，

接线盒2安装在通轴1外，接线盒2为耐高温信号线16、耐高温电缆18的连接提供空间；石墨垫3安装在防护管6上，接线盒固定密封螺母22、石墨垫3能密封接线盒2与防护管6的连接部位。

电加热管4，加热温度在400~700℃之间，加热外界通入的流体。电加热管4共十二根，呈等间距安装在防护管6的预留孔上。电加热管4表面经MgO材料进行绝缘处理，保证其运行时安全可靠。

封板5焊接在通轴1上，以固定支承信号线管7。

防护管6后端由钢板61封口，钢板61上具有十三个通孔，其中一个通孔为中心通孔，用以安装通轴1，另外十二个通孔为电加热管安装孔，十二个电加热管安装孔呈等间距分布在中心通孔四周，用以安装电加热管4。

防护管6安装在通轴1下方，用以为电加热管4提供保护。防护管6材料可以承受井下30Mpa左右高压。

当选用水作为对流传热介质时，防护管6前端具有进水孔及后端具有出水孔。水加热后从出口管10喷出后，在出口管10附近区域形成低压区。井内流体电加热器与井壁间环状间隙内的水在抽吸作用下，经防护管6前端的进水孔进入防护管6内，加热后沿防护管6内壁向后运动，而后从防护管6后端的出水孔流出。这样的对流循环，提高了防护管6内水的对流加热效率及能量利用率。当选用气体作为对流传热介质时，无需防护管6前端没有进水孔及后端没有出水孔。

后支撑板8设置在防护管6中，用以固定电加热管4及信号线管7。

前支撑板9设置在防护管6中，用以固定电加热管4。

出口管10焊接在防护管6前端，加热后的流体从此喷出到目标岩层。出口管10周向采取锥面设计，锥度在1:10~1:20之间，在井内流体电加热器下入井内时起导向作用，避免井内流体电加热器在井内卡夹。根据工艺需求，选取不同种类的流体，出口管10的结构有两种不同形式：

如图1和图6所示，出口管10为有阀出口管101：选用对应尺寸的圆柱体材料，沿材料轴线打孔并在孔内增设一背压阀11。流体在防护管内的压力达到要求时，背压阀打开，流体在压力作用下从出口管10处喷出。此结构适用于热水加热法及超/近临界流体加热法如超临界二氧化碳、超/近临界水等。

如图2和图7所示，出口管10为无阀出口管102：选用对应尺寸的直管，在管身上打孔。加热后的流体经过管身上的孔，提升流速并从此喷出。此结构适用于热气体加热法及蒸汽加热法。

温度传感器12实时检测电加热管4的工作温度及出口管10处加热后流体的温度。

压力传感器13实时检测加热后流体的压力并将数据传递给地面监控系统。

高温液位计14可以承受500℃左右高温，高温液位计14实时检测防护管内部液面高度并将数据传递给地面监控系统。

湍流换热组件15，只在采用气体作为对流传热介质时使用。湍流换热组件15选用多孔介质、静态混合器、换热盘管中的一种或多种组合，安湍流换热组件15装在电加热管4与防护管6之间的空间内，极大地增加了对流换热面积，提高了换热效率。

多孔介质，由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所构成的物质，空隙尺寸极其微小，比表面积很大，可以有效地增加流体对流换热面积，提高换热效率。多孔介质填充在防护管内指定位置。所选用的多孔介质可以是泡沫金属、泡沫陶瓷、金属纤维中的一种或多种组合。

静态混合器，由流体管和螺旋片构成，流体管内放置螺旋片。静态混合器以管束形式分布在防护管内的指定位置，制造流体湍流状态，以增加对流换热面积，提高换热效率。

换热盘管由换热器管、上下端口组件组成。在诸多增大换热面积的方式中，增大同样大小的换热面积，该方式所占空间最小。换热盘管通过上下端口组件安装在防护管6内的指定位置，以增加流体对流换热面积，提高换热效率。

耐高温信号线16能承受500℃高温。

信号线卡子17安装在接线盒2内的耐高温信号线16上，信号线卡子17能防止因耐高温信号线16打滑，温度传感器12、压力传感器13和高温液位计14与耐高温信号线16之间接线断开的情况发生。

耐高温电缆18能承受600℃高温，耐高温电缆18连接在地面监控系统与电加热管4之间，向电加热管4输送电力。

电缆卡子19安装在接线盒2内的耐高温电缆19上，电缆卡子19能防止因耐高温电缆19打滑，电加热管4与耐高温电缆19之间接线断开生。

密封填料20选用石墨材料，密封填料20填充在接线盒2的信号线接线孔25和电缆接线孔26内，保证密封效果，防止因漏水产生短路等危险状况。

密封压盖21安装在接线盒2上，密封压盖21用以压实密封填料20，保证密封效果。

接线盒固定密封螺母22安装在通轴1上，以固定接线盒2的位置并配合接线盒2压紧石墨垫3，密封接线盒2与防护管6的连接部位。

起吊螺母23安装在通轴1上，配合钢绳可将井内流体电加热器送入井下。

接线排28为三个一组，采取三角形分布并以螺栓安装电加热管4与耐高温电缆18连接处，可固定电缆位置，防止因电缆在接线盒内部缠绕，造成局部高温等不良情况发生。

本发明可选用的流体种类较多，如水、空气、氮气、二氧化碳等。井内流体电加热器在使用时，须先预热至300℃，而后方可将流体经地面输送至地下。流体经进流口24，进入防护管6内。经电加热管4加热后，流体在出口管10的变径作用下从出口管10喷出，加热目标岩层。通过调整出口管10的结构，可同时对流体进行加热与加压。特殊情况下可将形成超/近临界流体（如超临界二氧化碳、超/近临界水等）。

本发明的工作过程如下：

1.进行钻井工作并对目标岩层实施压裂，下入外部套管；

2.组装井内流体电加热器，其具体步骤如下：

A.将信号线管（7）的弯头焊接在通轴（1）的信号线管接口（29）。将封板（5）穿过信号线管（7）并安装在通轴（1）的指定位置后焊接固定。将耐高温信号线（16）穿过信号线管（7）并与温度传感器（12）、压力传感器（13）、高温液位计（14）连接，而后将温度传感器（12）、压力传感器（13）、高温液位计（14）安装在信号线管（7）的指定位置。

B.将通轴（1）穿过防护管（6）的中心孔并使通轴（1）的前端卡在防护管（6）上。将电加热管（4）穿过防护管（6）的电加热管安装孔并安装在防护管（6）上。此时，可根据需要在防护管（6）内填充湍流换热组件。将后支撑板（8）、前支撑板（9）套在电加热管（4）上并安装在防护管（6）内指定位置。将耐高温电缆（18）连接在电加热管（4）上。在整理电缆线路后，使用接线排（28）固定电缆位置。

C.将石墨垫（3）安装在防护管（6）后端。将耐高温信号线（16）、耐高温电缆（18）整理后分别穿过接线盒（2）的信号线接线孔（25）、电缆接线孔（26）并与地面监控系统连接。将信号线卡子（17）、电缆卡子（19）分别安装在高温信号线（16）、耐高温电缆（18）的指定位置。将密封填料（20）填充在信号线接线孔（25）、电缆接线孔（26）内并使用密封压盖（21）压实密封填料（20），保证密封效果。

D.将接线盒（2）安装在通轴（1）上。而后通过螺纹将接线盒固定密封螺母（22）安装在通轴（1）上，以固定接线盒（2）的位置并配合接线盒（2）压紧石墨垫（3）密封接线盒（2）与防护管（6）的连接部位。将起吊螺母（23）安装在通轴（1）上，配合钢绳可将井内流体电加热器送入井下。

E.根据需要选取相应结构的出口管（10），将其焊接固定在防护管（6）前端。此时视为井内流体电加热器组装完成。

3.将电加热管（1）预热至300℃左右，而后向井下通入流体（如水、空气、氮气、二氧化碳等等）。

4.通过地面监控系统，实时监测并作出调整。通过调节流体的流量以控制井下流体的加热情况，待井下状况稳定，即可进行井下流体的加热工作。

具体做法1：

在具体做法1中，加热器垂直安置在井中，外加气体氮气作为传热介质加热油页岩储层，以提高换热速度且外加气体氮气易于获得成本低：

A.本步骤做法参照工作过程的步骤1，即进行钻井工作并对目标岩层实施压裂，下入外部套管；

B.本步骤做法参照工作过程的步骤2，即组装电加热器。根据工况，传热流体选择氮气。本具体做法1中，电加热器出口管（10）结构采取无阀结构（10-2），防护管内预置湍流换热组件（15），防护管体（6）上不打孔；

C.电加热器调试后下入井内，预热电加热管（4），达到要求后，开始通入氮气；

D.通过地面监控系统，实时监测关键位置的液位、温度、压力信息及加热器的工作状态，避免发生电加热管（4）干烧等情况。同时判断对流加热所获得的产物是否满足需求，以决定是否调整加热方案。通过调节流体的流量控制井下氮气的加热工况，待井下状况稳定，即可进行井下氮气的原位加热工作；

E.在具体做法1例中，系统易于控制。而通过地面监测系统发现，目标岩层温度变化较快，即该方法传热效率较高。

具体做法2：

在具体做法2中，加热器垂直安置在井中，外加水（转化为超/近临界水）作为传热介质加热油页岩储层，实现油页岩内部有机质的提取：

A.本步骤做法参照工作过程中的步骤1，即进行钻井工作并对目标岩层实施压裂，下入外部套管；

B.本步骤做法参照工作过程中的步骤2，即组装电加热器。根据工况，传热流体选择水。本具体做法2，电加热器出口管（10）结构采取有阀结构（10-1），防护管内无湍流换热组件（15），防护管体（6）的前端及后端打孔；

C.电加热器调试无误后下入井内，预热电加热管（4），达到要求后，开始通入水；

D.通过地面监控系统，实时监测关键位置的液位、温度、压力信息及加热器的工作状态，避免电加热管（4）干烧等情况的发生，判断对流加热所获得的产物是否满足需求，以决定加热方案调整与否。通过调节流体的流量以控制井下超/近临界水的生成，待井下状况稳定，即可进行井下超/近临界水的原位生成工作；

E.在具体做法2中，超/近临界水作为热量的载体，可以把热能直接输入到目标油页岩储层层当中，极大地增加了受热面积，提高了换热效率，提高对油页岩内部有机质的提取效率。

具体做法3：

在具体做法3中，加热器水平安置在井中，外加空气作为传热介质加热油页岩储层，实现油页岩内部有机质的提取：

A.本步骤做法参照工作过程中的步骤1，即进行钻井工作并在目标岩层中打水平井，下入外部套管；

B.本步骤做法参照工作过程中的步骤2，即组装电加热器。根据工况，传热介质选择空气。本实施例电加热器出口管（6）结构采取无阀结构，防护管内预置湍流换热组件（15），防护管体（6）上不打孔；

C.电加热器调试无误后下入井内，本实施例中，电加热器采取水平布置。预热电加热管（4），达到要求后，开始通入空气；

D.通过地面监控系统，实时监测关键位置的液位、温度、压力信息及加热器的工作状态，避免发生电加热管（4）干烧等情况，判断对流加热所获得的产物是否满足需求，以决定加热方案调整与否。通过调节流体的流量以控制井下热空气的生成工况，待井下状况稳定，即可完全开始进行井下热空气的原位生成工作；

E.在具体做法3中，系统的自热效率高，且易于控制。而通过地面监控系统发现，水平井加热方式具有明显的优势，适合用于薄层油页岩的原位开采。这是因为与传统的竖直井方式比较，水平井中电加热器水平放置，加热范围更大，能更充分利用热能，油页岩温度升高速度快，出油率高，所需加热时间少，生产时间短；与竖直井比较，热损耗率低约10%，耗电量也大幅降低。

Claims (9)

1.一种井内流体电加热器，其特征在于：包括通轴（1）、接线盒（2）、石墨垫（3）、电加热管（4）、封板（5）、防护管（6）、信号线管（7）、后支撑板（8）、前支撑板（9）、出口管（10）、温度传感器（12）、压力传感器（13）、高温液位计（14）、湍流换热组件（15）、耐高温信号线（16）、信号线卡子（17）、耐高温电缆（18）、电缆卡子（19）、密封填料（20）、密封压盖（21）、接线盒固定密封螺母（22）、起吊螺母（23）和接线排（28）；

通轴（1）安装在防护管（6）中，通轴（1）是外界向电加热管（4）附近加热区域通入外加流体的通道，通轴（1）具有信号线管接口（29），信号线管（7）设置在防护管（6），信号线管（7）与通轴（1）的信号线管接口（29）连通并焊接在一起，温度传感器（12）、压力传感器（13）和高温液位计（14）安装在信号线管（7）上，温度传感器（12）、压力传感器（13）和高温液位计（14）通过耐高温信号线（16）导出信号与地面监测系统连接，耐高温信号线（16）向井下温度传感器（12）、压力传感器（13）和高温液位计（14）提供电力并获取相关数据，耐高温信号线（16）位于耐高温信号线（16）中；

接线盒（2）安装在通轴（1）外，接线盒（2）为耐高温信号线（16）、耐高温电缆（18）的连接提供空间；石墨垫（3）安装在防护管（6）上，接线盒固定密封螺母（22）、石墨垫（3）能密封接线盒（2）与防护管（6）的连接部位；

电加热管（4）加热外界通入的流体；电加热管（4）共十二根，呈等间距安装在防护管（6）的预留孔上；

封板（5）焊接在通轴（1）上，以固定支承信号线管（7）；

防护管（6）后端由钢板（61）封口，钢板（61）上具有十三个通孔，其中一个通孔为中心通孔，用以安装通轴（1），另外十二个通孔为电加热管安装孔，十二个电加热管安装孔呈等间距分布在中心通孔四周，用以安装电加热管（4）；

防护管（6）安装在通轴（1）下方，用以为电加热管（4）提供保护；

后支撑板（8）设置在防护管（6）中，用以固定电加热管（4）及信号线管（7）；

前支撑板（9）设置在防护管（6）中，用以固定电加热管（4）；

出口管（10）焊接在防护管（6）前端，加热后的流体从此喷出到目标岩层；出口管（10）周向采取锥面设计，锥度在1:10~1:20之间，在井内流体电加热器下入井内时起导向作用，避免井内流体电加热器在井内卡夹；

温度传感器（12）实时检测电加热管（4）的工作温度及出口管（10）处加热后流体的温度；

压力传感器（13）实时检测加热后流体的压力并将数据传递给地面监控系统；

高温液位计（14）实时检测防护管内部液面高度并将数据传递给地面监控系统；

湍流换热组件（15）在采用气体作为对流传热介质时使用，湍流换热组件（15）安装在电加热管（4）与防护管（6）之间的空间内；

信号线卡子（17）安装在接线盒（2）内的耐高温信号线（16）上，信号线卡子（17）能防止因耐高温信号线（16）打滑，温度传感器（12）、压力传感器（13）和高温液位计（14）与耐高温信号线（16）之间接线断开的情况发生；

耐高温电缆（18）连接在地面监控系统与电加热管（4）之间，向电加热管（4）输送电力；

电缆卡子（19）安装在接线盒（2）内的耐高温电缆（19）上；

密封填料（20）选用石墨材料，密封填料（20）填充在接线盒（2）的信号线接线孔（25）和电缆接线孔（26）内；

密封压盖（21）安装在接线盒（2）上，密封压盖（21）用以压实密封填料（20）；

接线盒固定密封螺母（22）安装在通轴（1）上，以固定接线盒（2）的位置并配合接线盒（2）压紧石墨垫（3），密封接线盒（2）与防护管（6）的连接部位；

起吊螺母（23）安装在通轴（1）上，配合钢绳可将井内流体电加热器送入井下；

接线排（28）为三个一组，采取三角形分布并以螺栓安装电加热管（4）与耐高温电缆（18）连接处。

2.根据权利要求1所述的一种井内流体电加热器，其特征在于：所述的通轴（1）的前端粗、后端细。

3.根据权利要求1所述的一种井内流体电加热器，其特征在于：所述的电加热管（4），加热温度在400~700℃之间；电加热管（4）表面经MgO材料进行绝缘处理。

4.根据权利要求1所述的一种井内流体电加热器，其特征在于：所述的防护管（6）材料可以承受井下30Mpa高压；所述高温液位计（14）能承受500℃；所述的耐高温信号线（16）能承受500℃；所述的耐高温电缆（18）能承受600℃。

5.根据权利要求1所述的一种井内流体电加热器，其特征在于：所述的湍流换热组件（15）选用多孔介质、静态混合器、换热盘管中的一种或多种组合。

6.根据权利要求5所述的一种井内流体电加热器，其特征在于：所述的多孔介质是由固体物质组成的骨架和由骨架分隔成大量密集成群的微小空隙所构成的，多孔介质填充在防护管（6）内；多孔介质为泡沫金属、泡沫陶瓷、金属纤维中的一种或多种组合；

所述的静态混合器是由流体管和螺旋片构成，流体管内放置螺旋片；静态混合器以管束形式分布在防护管（6）内；

所述的换热盘管是由换热器管、上下端口组件组成；换热盘管通过上下端口组件安装在防护管（6）内。

7.根据权利要求1所述的一种井内流体电加热器，其特征在于：所述的出口管（10）为有阀出口管（101），其结构为沿管体轴线打孔并在孔内增设一背压阀（11）；流体在防护管（6）内的压力达到要求时，背压阀（11）打开，流体在压力作用下从出口管（10）处喷出；此结构适用于热水加热法及超/近临界流体加热法。

8.根据权利要求1所述的一种井内流体电加热器，其特征在于：所述的出口管（10）为无阀出口管（102）：其结构是在管身上打孔；加热后的流体经过管身上的孔，提升流速并从此喷出；此结构适用于热气体加热法及蒸汽加热法。

9.根据权利要求1所述的一种井内流体电加热器，其特征在于：当选用水作为对流传热介质时，所述的防护管（6）前端具有进水孔及后端具有出水孔；水加热后从出口管（10）喷出后，在出口管（10）附近区域形成低压区；井内流体电加热器与井壁间环状间隙内的水在抽吸作用下，经防护管（6）前端的进水孔进入防护管（6）内，加热后沿防护管（6）内壁向后运动，而后从防护管（6）后端的出水孔流出；当选用气体作为对流传热介质时，所述的防护管（6）前端没有进水孔及后端没有出水孔。