CN108343415B - 一种井下涡流加热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下涡流加热器，包括壳体、连续螺旋腔、中心管、密封罩、动力线通道、电涡流线圈、绝缘层、单向阀。本发明利用电涡流效应间接加热流体，通过将电涡流效应、中心管和连续螺旋腔中液态钠的沸腾传热以及壳体中的连续螺旋通道相结合，可极大的提高井下流体的加热速率。加热器在井下的运行过程中，通过改变输入电流实现加热器出口的二级联动密封，能有效避免井下流体回流至加热器中。
Description
技术领域
本发明涉及一种井下涡流加热器，尤其涉及油页岩、重油、稠油、油砂、天然气水合物等非常规能源领域。
背景技术
当前地下烃类资源的利用技术分为地表利用技术和原位转化技术。地表利用技术是目前相对成熟的地下烃类资源开发技术，但地表利用技术存在采矿成本高；大气及地下水污染大，用水量大；不适合深部烃类资源开采等缺点。原位转化技术是指对地下烃类矿层进行原位热处理，使地下烃类资源热解。原位转化技术具有不破坏地表，对环境无污染，适合深部烃类资源开发等优点。
原位转化加热方法有热传导、热对流、热辐射三种。热传导加热方法是将电阻加热器置于井眼中直接加热目标层，如美国专利US2548360描述了一种置于井眼粘性油中的电加热元件，该加热元件将粘性油加热并稀释，使油的粘度降低，从而将其泵至地表；专利CN1676870A描述了一种对流加热方法，该发明将高温蒸汽注入油页岩层，使干酪根裂解为页岩油气；美国专利US6023554描述了一种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，进而加热油页岩层。
由于地下烃类资源的导热系数较低，单一的热传导和热辐射方式存在加热速度慢，效率低的问题，而上述对流加热技术中高温流体与油页岩层的接触面积大，对流换热面积大，能更快的加热油页岩层。中国专利：CN1676870A，其中的高温流体产生部位在地表，存在沿程热损失大，不适用深部油页岩开发的问题。
井下加热地下烃类矿层，不存在从地面到烃类矿层的热损失，提高了能量利用率。中国专利：CN106304446A，其中的井内流体电加热器出口仅单一的利用弹簧力作为单向阀的紧固力，弹簧在长期的高温工况下弹性衰减严重，存在不能达到密封效果的问题。将电涡流效应、中心管和连续螺旋腔中液态钠的沸腾传热和壳程连续螺旋通道相结合，不仅可以提高井下流体加热器的加热速率。同时通过改变电流，还能有效的提高加热器出口的密封性，防止井下流体回流腐蚀加热器内部结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种井下涡流加热器，解决现有井下加热器加热速率低，流体压力损失大，加热器出口密封效果差等问题。
本发明包括壳体、连续螺旋腔、中心管、密封罩、动力线通道、电涡流线圈、绝缘层、线圈温度传感器和单向阀。
所述壳体上部设置有锥型内螺纹，用于与中心管连接，并起密封作用；锥型内螺纹下部设置有一台阶，用于放置垫圈，对壳体与中心管的连接处进行密封。所述壳体下部设置有锥型外螺纹，用于与单向阀连接；所述壳体下部设置有锥形孔，用于与上阀体配合密封加热器出口，防止井下流体回流。锥型外螺纹上部为加热器加热段，加热段的直径小于壳体上部直径，加热段壳体横截面呈类工字型。
所述连续螺旋腔由多个连续螺旋腔单体焊接而成，连续螺旋腔单体由两个连续螺旋折流板单体和一定宽度的螺旋板焊接而成，连续螺旋腔单体可提高连续螺旋腔的制造精度，降低大长度连续螺旋腔的加工难度。
中心管上部设置有内螺纹，用于外接下井工具。中心管内螺纹下部设置有一凸台，凸台外缘为锥型外螺纹，用于与壳体连接。在凸台下方均匀布置有四个注入孔，用于注入待加热的流体。中心管开有连续的螺旋槽，用于与连续螺旋腔连通。中心管下部在加热段设置有一凸台，凸台用于在加热流体时强化电涡流效应，以及线圈通入直流电时，强化中心管的磁性，提高中心管吸引上阀体的可靠性，进而提高单向阀的动作可靠性。
电涡流线圈缠绕在绝缘层外侧，放置在壳体和密封罩之间，电涡流线圈为耐高温励磁线圈。
绝缘层位于壳体加热段外侧与密封罩之间，包裹住电涡流线圈，绝缘材料在高温下具有优良的绝缘性能。
密封罩位于绝缘层外侧，与壳体焊接为一个整体。
动力线通道中心为动力线，动力线外侧填充绝缘材料。
线圈温度传感器置于绝缘层中。
单向阀包括阀座、上阀体、弹簧、下阀体和温度传感器。阀座上部设置有锥型内螺纹，用于与壳体连接。阀座腔靠近阀座下部凸台的位置开有传感器孔，用于穿过温度传感器。阀座下部凸台中心开有通孔，用于放置上阀体。阀座凸台中心孔外侧均匀设置有六个出气孔，用于高温流体通过。阀座下部设置有锥形凹槽，用于与下阀体配合密封出气孔。上阀体上部为锥型用于与壳体的锥形孔配合达到密封加热器出口的目的。上阀体下部均匀开有四个螺纹孔，用于固定下阀体。弹簧置于上阀体与阀座下部凸台之间，用于在下入加热器时密封加热器出口。下阀体为锥型，与阀座下部锥型凹槽配合达到密封出气孔的目的。下阀体中心部位均匀开有四个孔，用于与上阀体连接，固定下阀体。
将动力线通道和信号线连接在接线盒中，并将外接的动力线和信号线接入接线盒中，同时做好密封。
在注气时，流体推动上阀体的同时带动下阀体，流体流经单向阀时在上阀体和下阀体两处分别产生开启力，上阀体和下阀体形成两级开启力以提高单向阀开启动作的可靠性。对加热器出口进行密封时，停止输入交流电，持续注入待加热流体，降低加热器内部结构的温度。再输入直流电，此时中心管吸引上阀体上行，同时带动下阀体上行。下阀体上行与阀座的锥型凹槽配合密封阀座的出气孔，对加热器进行一级密封；上阀体上行与壳体的锥型孔配合密封加热器出口，对加热器进行二级密封。通过上阀体和下阀体的二级联动密封，能有效的提高加热器出口的密封可靠性。
本发明的工作原理和过程：
从地表向地下烃类资源钻进注热井。将本加热器下入井中，通入待加热的流体，实现对流体的加热。通过线圈温度传感器和温度传感器反馈的数据，调节交流电的功率、频率和流体的注入量等参数。停止加热时，先关闭高频交流电，继续注入待加热的低温流体；当低温流体的出口温度低于200℃时，通入直流电，缓慢降低待加热流体的注入量，实现对加热器出口的密封，密封完成后关闭直流电。
本发明的有益效果：
本发明通过将电涡流效应、中心管和连续螺旋腔中液态钠的沸腾传热和壳程连续螺旋通道相结合，提高了井下加热器的加热速率，降低了流体的压力损失。通过改变输入电流，有效的提高了加热器出口密封可靠性。本发明可实现对目标地层的过热蒸汽开采、热气体开采。
附图说明
图1是本发明的剖面示意图。
图2是本发明的A-A向剖面示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本发明包括有壳体1、连续螺旋腔2、中心管3、密封罩4、绝缘层5、电涡流线圈6、动力线通道7、线圈温度传感器8和单向阀9；
壳体1上部设置有锥型内螺纹，用于与中心管3连接，并起密封作用；锥型内螺纹下部设置有一台阶，用于放置垫圈11，对壳体1与中心管的连接处进行密封。
壳体1下部设置有锥型外螺纹，用于与单向阀9连接；壳体1下部设置有锥形孔，用于与上阀体92配合，密封加热器出口，防止井下流体回流。锥型外螺纹上部为加热器加热段，加热段的直径小于壳体上部直径，加热段壳体横截面呈类工字型。
所述连续螺旋腔2由多个连续螺旋腔单体焊接而成，连续螺旋腔单体由两个连续螺旋折流板单体和一定宽度的螺旋板焊接而成，连续螺旋腔单体可提高连续螺旋腔的制造精度，降低大长度连续螺旋腔的加工难度。
中心管3上部设置有内螺纹，用于外接下井工具。中心管3的内螺纹下部设置有一凸台，凸台外缘为锥型外螺纹，用于与壳体1连接。在凸台下方均匀布置有四个注入孔，用于注入待加热的流体。中心管3开有连续的螺旋槽，用于与连续螺旋腔2连通。中心管3下部在加热段设置有一凸台，凸台用于在加热流体时强化电涡流效应，以及线圈通入直流电时，强化中心管3的磁性，提高中心管3吸引上阀体92的可靠性，进而提高单向阀9的可靠性。
电涡流线圈6缠绕在绝缘层5外侧，放置在中心管3和密封罩4之间，电涡流线圈6为耐高温励磁线圈。
绝缘层5位于壳体1加热段外侧与密封罩4之间，包裹住电涡流线圈6，绝缘材料在高温下具有优良的绝缘性能。
密封罩4位于绝缘层5外侧，与壳体1焊接为一个整体。
动力线通道7中心为动力线，动力线外侧填充绝缘材料。
线圈温度传感器8置于绝缘层中。
单向阀9包括阀座91、上阀体92、弹簧93、下阀体94和温度传感器95。阀座91上部设置有锥型内螺纹，用于与壳体1连接。阀座91腔靠近阀座下部凸台的位置开有传感器孔，用于穿过温度传感器95。阀座91下部凸台中心开有通孔，用于放置上阀体92。阀座91的凸台中心孔外侧均匀设置有六个出气孔，用于高温流体通过。阀座91下部设置有锥形凹槽，用于与下阀体94配合密封出气孔。上阀体92上部为锥形用于与壳体1的锥形孔配合达到密封加热器出口的目的。上阀体92下部均匀开有四个螺纹孔，用于固定下阀体94。弹簧93置于上阀体92与阀座91下部凸台之间，用于在下入加热器时密封加热器出口。下阀体94为锥型，与阀座91下部锥型凹槽配合达到密封出气孔的目的。下阀体94中心部位均匀开有四个孔，用于与上阀体92连接，固定下阀体94。
将动力线通道7和信号线连接在接线盒12中，并将外接的动力线和信号线接入接线盒12中，同时做好密封。
所述的单向阀9的开启和关闭由上阀体92和下阀体94的二级联动实现，提高了单向阀的动作可靠性。
将本发明之加热器下入井中，注气时，流体推动上阀体92向下运动，同时带动下阀体94向下运动，打开流体流通通道，流体流经单向阀9时在上阀体92和下阀体94两处分别产生开启力，上阀体92和下阀体94形成两级开启力以提高单向阀9开启动作的可靠性。对加热器出口进行密封时，停止输入交流电，持续注入待加热流体，降低加热器内部结构的温度。再输入直流电，此时中心管3吸引上阀体92上行，同时带动下阀体94上行。下阀体94上行与阀座91的锥型凹槽配合密封阀座的出气孔，对加热器进行一级密封；上阀体92上行与壳体1的锥形孔配合密封加热器出口，对加热器进行二级密封。通过上阀体92和下阀体94的二级联动密封，能有效的提高加热器出口的密封可靠性。
Claims (4)
1.一种井下涡流加热器，其特征在于：包括有壳体(1)、连续螺旋腔(2)、中心管(3)、密封罩(4)、绝缘层(5)、电涡流线圈(6)、动力线通道(7)、线圈温度传感器(8)和单向阀(9)；
壳体(1)上部设置有锥型内螺纹，用于与中心管(3)连接，并起密封作用；锥型内螺纹下部设置有一台阶，用于放置垫圈(11)，对壳体(1)与中心管的连接处进行密封；
壳体(1)下部设置有锥型外螺纹，用于与单向阀(9)连接；壳体(1)下部设置有锥形孔，用于与上阀体(92)配合，密封加热器出口，防止井下流体回流；
所述连续螺旋腔(2)由多个连续螺旋腔单体焊接而成，连续螺旋腔单体由两个连续螺旋折流板单体和螺旋板焊接而成；
所述中心管(3)上部设置有内螺纹，用于外接下井工具；中心管(3)的内螺纹下部设置有一凸台，凸台外缘为锥型外螺纹，用于与壳体(1)连接；在凸台下方均匀布置有四个注入孔，用于注入待加热的流体；中心管(3)开有连续的螺旋槽，用于与连续螺旋腔(2)连通；中心管(3)下部在加热段设置有一凸台；
所述电涡流线圈(6)缠绕在绝缘层(5)外侧，放置在中心管(3)和密封罩(4)之间；所述绝缘层(5)位于壳体(1)加热段外侧与密封罩(4)之间，包裹住电涡流线圈(6)；
所述密封罩(4)位于绝缘层(5)外侧，与壳体(1)焊接为一个整体；
所述动力线通道(7)中心为动力线，动力线外侧填充绝缘材料；
所述线圈温度传感器(8)置于绝缘层中；
所述的单向阀(9)包括阀座(91)、上阀体(92)、弹簧(93)、下阀体(94)和温度传感器(95)；阀座(91)上部设置有锥型内螺纹，用于与壳体(1)连接；阀座(91)腔靠近阀座下部凸台的位置开有传感器孔，用于穿过温度传感器(95)；阀座(91)下部凸台中心开有通孔，用于放置上阀体(92)；阀座(91)的凸台中心孔外侧均匀设置有六个出气孔，用于高温流体通过；阀座(91)下部设置有锥形槽，用于与下阀体(94)配合密封出气孔；上阀体(92)上部为锥形用于与壳体(1)的锥形孔配合达到密封加热器出口的目的；上阀体(92)下部均匀开有四个螺纹孔，用于固定下阀体(94)；弹簧(93)置于上阀体(92)与阀座(91)下部凸台之间，用于在下入加热器时密封加热器出口；下阀体(94)为锥型，与阀座(91)下部锥型凹槽配合达到密封出气孔的目的；下阀体(94)中心部位均匀开有四个孔，用于与上阀体(92)连接，固定下阀体(94)；动力线通道(7)和信号线连接在接线盒(12)中，外接的动力线和信号线接入接线盒(12)中。
2.根据权利要求1所述的一种井下涡流加热器，其特征在于：所述壳体(1)下部的锥型外螺纹上部为加热器加热段，加热段壳体直径小于壳体上部直径，加热段壳体横截面呈类工字型。
3.根据权利要求1所述的一种井下涡流加热器，其特征在于：所述电涡流线圈(6)为耐高温励磁线圈。
4.根据权利要求1所述的一种井下涡流加热器，其特征在于：所述的单向阀(9)的开启和关闭由上阀体(92)和下阀体(94)的二级联动实现。
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