CN106761636A - 一种深层油页岩原位开采涡流加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深层油页岩原位开采涡流加热器，包括绝缘壳体、上端盖、下端盖、外陶瓷层、内陶瓷层、耐高温励磁线圈、保温层、绝缘套管、单向阀、上温度传感器、下温度传感器和螺纹缠绕式不锈钢管；本发明加热效率高，运行成本低，同时减少常规地表流体加热的噪音、占地和热辐射，并且增加了耐高温励磁线圈的冷却，冷却流体为待加热的流体，实现能量的二次利用，延长加热器的使用寿命；油页岩的干酪根热解生成页岩油和可燃气体，可燃气体经过分离之后可直接通入到工作井中，实现对能量的循环利用。这种方式能够增加油页岩的加热效率，降低加热成本，且该方法对地下水无污染，适应性较强。
Description
技术领域
本发明涉及油页岩原位开采技术领域，特别是涉及一种深层油页岩原位开采涡流加热器。
背景技术
油页岩是一种含有有机质的沉积岩，有机质含量通常为15％-50％，主要为腐泥质、腐殖质或混合型，无机矿物主要包含石英、高岭土、粘土、碳酸盐等。油页岩经过高温干馏后可以获得页岩油、页岩气以及页岩半焦，也被称为人造石油。油页岩的干馏主要分为两种形式，包括地上干馏技术和地下干馏技术，地上干馏技术虽然技术已经成熟，但是具有占地面积大、利用率低、污染严重以及成本高等缺点。而地下干馏技术不需要进行地表开采，直接对地下油页岩加热，具有产品质量好，占地面积小及采油率高等优点。目前，世界上有多原位开采的方法，分为传导加热、对流加热和辐射加热三种方式。
就目前对流加热方法，太原理工蒸汽对流加热法(公开号为CN1676870A)通过布置群井，采用压裂使群井连通，在注热井中注入高温烃类气体对油页岩层进行加热形成油气。蒸汽加热的方式是地面加热。
雪弗龙公司和Los Alamos国家实验室于2006年联合开发了CRUSH技术(公开号CN200780013312)。该技术将高温CO2作为传热气体，对油页岩层进行加热，通过气体压力与应力的变化改变油页岩的孔隙，本技术通过在地面加热CO2然后通入井下。先但是该技术用水需求大，技术难度大并且对环境有破坏。
EGL技术主要是通过对流和回流传热原理来加热油页岩层，分为加热系统和采油系统两个部分，加热系统是一个封闭的环形系统，通过向系统中注入高温的天然气等气体开启装置，一旦正常运行便可利用油页岩热解产生的气体加热，实现自己自足；气体加热的方式为燃烧加热。此外，国内多家企业和高校也提出相似的专利，如CN103790563A提出一种油页岩原位局部化学法提取页岩油气的方法，利用热混合气体在油页岩层中形成局部化学反应区，随着反应区的扩大，实现油页岩的自催化裂解，产生油气，并且对余热进行第二次利用，气体通过在地面燃烧加热后再通入油页岩层中；专利CN103696747A提出利用高温氮气加热油页岩层，再将氮气与产生的可燃性烃类气体按一定比例混合注入井内，与油页岩发生化学反应，从而进一步裂解油页岩。该技术气体的加热方式是地面加热。
上述加热方式能量消耗大，气体的加热方式都是地面加热，在通入井下的过程中气体热量产生损失，导致开采成本增加，效率降低；地面加热设备占地面积大，并且产生一定的噪声和热辐射，对环境有一定的污染。传统的电加热方式在加热气体时存在电阻丝、加热线圈短路、热损失高等缺点，当加热温度过高时会存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有油页岩开采加热器存在的效率低、成本高、热损失高、污染环境等问题，而提供的一种深层油页岩原位开采涡流加热器。
本发明包括绝缘壳体、上端盖、下端盖、外陶瓷层、内陶瓷层、耐高温励磁线圈、保温层、绝缘套管、单向阀、上温度传感器、下温度传感器和螺纹缠绕式不锈钢管；
其中绝缘壳体为圆柱形结构，绝缘壳体的上顶端和下顶端分别设置有上密封层和下密封层，上密封层、下密封层和绝缘壳体组成密封腔体；绝缘壳体的内部依次设置有保温层、外陶瓷层、耐高温励磁线圈和内陶瓷层。
螺纹缠绕式不锈钢管设置在内陶瓷层内的空腔里。
在内陶瓷层内的空腔内可以设置有数个穿透过上密封层和下密封层122的绝缘导热流体管道，绝缘导热流体管道的两个端口设置有卡扣，以增密闭性。
所述的螺纹缠绕式不锈钢管可以穿透过上密封层，在上密封层的上表面形成数个钢管入口。
绝缘套管穿套在螺纹缠绕式不锈钢管所形成的空腔中。
上端盖和下端盖分别设置在壳体的上端和下端，上端盖上开设有流体入口，下端盖开设有流体出口。
上端盖上开设有两个接线孔；上密封层和下密封层上分别穿设有接线柱；下密封层上设置有温度传感器支架，下温度传感器设置在温度传感器支架上。
流体出口内部设置有单向阀。
所述的上端盖和下端盖分别与绝缘壳体螺接。
耐高温励磁线圈通过接线柱与穿过接线孔的导线连接。
本发明的工作过程及原理为：
耐高温励磁线圈产生交变磁场，螺纹缠绕式不锈钢管在磁场作用下产生热量，随后热量传递给通过涡流加热器的流体，实现对流体的加热。
将涡流加热器放入井下，向涡流加热器中通入常温的流体，流体被加热后直接进入油页岩层中对油页岩进行热解。
当流体采用的是导电流体时，涡流加热器采用的是在内陶瓷层内的空腔内设置有数个穿透过上密封层和下密封层的绝缘导热流体管道的结构。导电流体通过流体入口进入绝缘导热流体管道，通电后，耐高温励磁线圈产生交变磁场，螺纹缠绕式不锈钢管在磁场作用下产生热量，随后热量传递给通过绝缘导热流体管道的导电流体，被加热后的导电流体通过流体出口直接进入油页岩层中对油页岩进行热解。
当流体采用的是不导电流体时，涡流加热器采用的是螺纹缠绕式不锈钢管穿透过上密封层，在上密封层的上表面形成数个钢管入口的结构。不导电流体通过接线柱与上密封层之间的空隙进入外陶瓷层和内陶瓷层之间即耐高温励磁线圈的周围，同时不导电流体也通过钢管入口进入螺纹缠绕式不锈钢管。通电后，耐高温励磁线圈产生交变磁场，螺纹缠绕式不锈钢管在磁场作用下产生热量，随后热量传递给通过不导电流体，被加热后的不导电流体通过流体出口直接进入油页岩层中对油页岩进行热解。
所述的上温度传感器和下温度传感器用于测试加热器流体入口温度和出口温度；上温度传感器和下温度传感器的接线端与PLC控制器连接，当入口温度和出口温度低于或者高于设定的最高温度时，PLC控制器接收信号通过控制高频电源主机的通断与频率的大小来实现对流体温度的控制。其中耐高温励磁线圈、上温度传感器和下温度传感器通过涡流加热器的左右两侧不同的接线孔分别与地面的高频电源和数据测控线相连接，防止耐高温励磁线圈与上温度传感器和下温度传感器相互干扰。
所述的单向阀位于加热器的出口，保证了流体的单向流动，防止流体回流。
对于加热导电流体，流体通过绝缘导热流体管道对耐高温励磁线圈进行冷却，保证加热系统的绝缘性；对于加热不导电的流体，流体通过直接接触耐高温励磁线圈对耐高温励磁线圈进行冷却。
本发明的有益效果：与传统的地表加热流体相比，本发明加热效率高，运行成本低，并且增加了耐高温励磁线圈的冷却，冷却流体为待加热的流体，实现能量的二次利用，延长加热器的使用寿命。
与现有技术相比，本发明利用涡流效应实现对常温流体(包括氮气、空气、烃类气体、二氧化碳、水等)的井下加热，加热的流体直接加热油页岩层，减少流体的热损失，同时减少常规地表流体加热的噪音、占地和热辐射，油页岩的干酪根热解生成页岩油和可燃气体，可燃气体经过分离之后可直接通入到工作井中，实现对能量的循环利用。这种方式能够增加油页岩的加热效率，降低加热成本，且该方法对地下水无污染，适应性较强。
附图说明
图1为本发明实施例中加热流体为导电流体的加热器剖视图。
图2为本发明实施例中加热流体为不导电流体的加热器剖视图。
图3为本发明实施例中图1的A-A向剖视图。
图4为本发明实施例中图2的B-B向剖视图。
图5为本发明实施例的油页岩原位竖直井开采原理图。
图6为本发明实施例中螺纹缠绕式不锈钢管的局部剖视图。
具体实施方式
请参阅图1、图3、图5和图6所示，为本发明的第一实施例，本实施例包括绝缘壳体12、上端盖25、下端盖27、外陶瓷层131、内陶瓷层132、耐高温励磁线圈14、保温层15、绝缘套管18、单向阀19、上温度传感器201、下温度传感器202和螺纹缠绕式不锈钢管22；
其中绝缘壳体12为圆柱形结构，绝缘壳体12的上顶端和下顶端分别设置有上密封层121和下密封层122，上密封层121、下密封层122和绝缘壳体12组成密封腔体；绝缘壳体12的内部依次设置有保温层15、外陶瓷层131、耐高温励磁线圈14和内陶瓷层132。
螺纹缠绕式不锈钢管22设置在内陶瓷层132内的空腔里。
在内陶瓷层132内的空腔内可以设置有数个穿透过上密封层121和下密封层122的绝缘导热流体管道17，绝缘导热流体管道17的两个端口设置有卡扣，以增密闭性。
绝缘套管18穿套在螺纹缠绕式不锈钢管22所形成的空腔中。
上端盖25和下端盖27分别设置在壳体12的上端和下端，上端盖25上开设有流体入口251，下端盖27开设有流体出口271。
上端盖25上开设有两个接线孔23；上密封层121和下密封层122上分别穿设有接线柱16；下密封层122上设置有温度传感器支架21，下温度传感器202设置在温度传感器支架21上。
流体出口271内部设置有单向阀19。
所述的上端盖25和下端盖27分别与绝缘壳体12螺接。
耐高温励磁线圈14通过接线柱16与穿过接线孔23的导线连接。
本实施例的工作过程及原理为：当流体采用的是导电流体时，涡流加热器采用的是在内陶瓷层132内的空腔内设置有数个穿透过上密封层121和下密封层122的绝缘导热流体管道17的结构。导电流体通过流体入口251进入绝缘导热流体管道17，通电后，耐高温励磁线圈14产生交变磁场，螺纹缠绕式不锈钢管22在磁场作用下产生热量，随后热量传递给通过绝缘导热流体管道17的导电流体，被加热后的导电流体通过流体出口271直接进入油页岩层中对油页岩进行热解。
所述的上温度传感器201和下温度传感器202用于测试加热器流体入口温度和出口温度；上温度传感器201和下温度传感器202的接线端与PLC控制器连接，当入口温度和出口温度低于或者高于设定的最高温度时，PLC控制器接收信号通过控制高频电源主机的通断与频率的大小来实现对流体温度的控制。其中耐高温励磁线圈14、上温度传感器201和下温度传感器202通过涡流加热器的左右两侧不同的接线孔分别与地面的高频电源和数据测控线相连接，防止耐高温励磁线圈14与上温度传感器201和下温度传感器202相互干扰。
所述的单向阀位于加热器的出口，保证了流体的单向流动，防止流体回流。
对于加热导电流体，流体通过绝缘导热流体管道对耐高温励磁线圈进行冷却，保证加热系统的绝缘性。
请参阅图2、图4、图5和图6所示，为本发明的第二实施例，本实施例包括绝缘壳体12、上端盖25、下端盖27、外陶瓷层131、内陶瓷层132、耐高温励磁线圈14、保温层15、绝缘套管18、单向阀19、上温度传感器201、下温度传感器202和螺纹缠绕式不锈钢管22；
其中绝缘壳体12为圆柱形结构，绝缘壳体12的上顶端和下顶端分别设置有上密封层121和下密封层122，上密封层121、下密封层122和绝缘壳体12组成密封腔体；绝缘壳体12的内部依次设置有保温层15、外陶瓷层131、耐高温励磁线圈14和内陶瓷层132。
螺纹缠绕式不锈钢管22设置在内陶瓷层132内的空腔里。
所述的螺纹缠绕式不锈钢管22穿透过上密封层121，在上密封层121的上表面形成数个钢管入口。
绝缘套管18穿套在螺纹缠绕式不锈钢管22所形成的空腔中。
上端盖25和下端盖27分别设置在壳体12的上端和下端，上端盖25上开设有流体入口251，下端盖27开设有流体出口271。
上端盖25上开设有两个接线孔23；上密封层121和下密封层122上分别穿设有接线柱16；下密封层122上设置有温度传感器支架21，下温度传感器202设置在温度传感器支架21上。
流体出口271内部设置有单向阀19。
所述的上端盖25和下端盖27分别与绝缘壳体12螺接。
耐高温励磁线圈14通过接线柱16与穿过接线孔23的导线连接。
当流体采用的是不导电流体时，涡流加热器采用的是螺纹缠绕式不锈钢管22穿透过上密封层121，在上密封层121的上表面形成数个钢管入口的结构。不导电流体通过接线柱16与上密封层121之间的空隙进入外陶瓷层131和内陶瓷层132之间即耐高温励磁线圈14的周围，同时不导电流体也通过钢管入口进入螺纹缠绕式不锈钢管22。通电后，耐高温励磁线圈14产生交变磁场，螺纹缠绕式不锈钢管22在磁场作用下产生热量，随后热量传递给通过不导电流体，被加热后的不导电流体通过流体出口271直接进入油页岩层中对油页岩进行热解。
所述的上温度传感器201和下温度传感器202用于测试加热器流体入口温度和出口温度；上温度传感器201和下温度传感器202的接线端与PLC控制器连接，当入口温度和出口温度低于或者高于设定的最高温度时，PLC控制器接收信号通过控制高频电源主机的通断与频率的大小来实现对流体温度的控制。其中耐高温励磁线圈14、上温度传感器201和下温度传感器202通过涡流加热器的左右两侧不同的接线孔分别与地面的高频电源和数据测控线相连接，防止耐高温励磁线圈14与上温度传感器201和下温度传感器202相互干扰。
所述的单向阀位于加热器的出口，保证了流体的单向流动，防止流体回流。
对于加热不导电的流体，流体通过直接接触耐高温励磁线圈对耐高温励磁线圈进行冷却。
Claims (4)
1.一种深层油页岩原位开采涡流加热器，其特征在于：包括绝缘壳体(12)、上端盖(25)、下端盖(27)、外陶瓷层(131)、内陶瓷层(132)、耐高温励磁线圈(14)、保温层(15)、绝缘套管(18)、单向阀(25)、上温度传感器(201)、下温度传感器(202)和螺纹缠绕式不锈钢管(22)；
其中绝缘壳体(12)为圆柱形结构，绝缘壳体(12)的上顶端和下顶端分别设置有上密封层(121)和下密封层(122)，上密封层(121)、下密封层(122)和绝缘壳体(12)组成密封腔体；绝缘壳体(12)的内部依次设置有保温层(15)、外陶瓷层(131)、耐高温励磁线圈(14)和内陶瓷层(132)；
螺纹缠绕式不锈钢管(22)设置在内陶瓷层(132)内的空腔里；
绝缘套管(18)穿套在螺纹缠绕式不锈钢管(22)所形成的空腔中；
上端盖(25)和下端盖(27)分别设置在壳体(12)的上端和下端，上端盖(25)上开设有流体入口(251)，下端盖(27)开设有流体出口(271)；
上端盖(25)上开设有两个接线孔(23)；上密封层(121)和下密封层(122)上分别穿设有接线柱(16)；下密封层(122)上设置有温度传感器支架(21)，下温度传感器(202)设置在温度传感器支架(21)上；
流体出口(271)内部设置有单向阀(19)；
耐高温励磁线圈(14)通过接线柱(16)与穿过接线孔(23)的导线连接。
2.根据权利要求1所述的一种深层油页岩原位开采涡流加热器，其特征在于：在内陶瓷层(132)内的空腔内设置有数个穿透过上密封层(121)和下密封层(122)的绝缘导热流体管道(17)，绝缘导热流体管道(17)的两个端口设置有卡扣(171)。
3.根据权利要求1所述的一种深层油页岩原位开采涡流加热器，其特征在于：所述的螺纹缠绕式不锈钢管(22)穿透过上密封层(121)，在上密封层(121)的上表面形成数个钢管入口。
4.根据权利要求1所述的一种深层油页岩原位开采涡流加热器，其特征在于：所述的上端盖(25)和下端盖(27)分别与绝缘壳体(12)螺接。
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