CN201546690U - 超长抽油杆螺纹热管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超长抽油杆螺纹热管。主要解决了现有技术中存在的壁面光滑的热管内侧难于有效产生良好的两相沸腾和冷凝换热而造成热管内部的传热障碍及热管外侧难于有效形成良好的单相对流换热的问题。其特征在于：所述的密封腔(12)的腔体为螺纹管状，所述的密封腔(12)由密闭安装在抽油杆上端的上堵盖(5)、密闭安装在抽油杆内下方的下堵盖(1)、上下堵盖间装有工作介质的抽油杆热管(2)构成。该超长抽油杆螺纹热管由于管壁内外表面有螺纹增加了换热传热面积，减少了热管内部的传热障碍及强化热管外侧单相对流换热，保证了抽油杆热管的高效传热，抑制原油的析蜡，降低原油粘度，保证抽油机的正常运。

Description

超长抽油杆螺纹热管

技术领域：

本实用新型涉及一种油田采油领域中所用的抽油杆热管，特别是一种超长抽油杆螺纹热管。

背景技术：

在油田的稠油井、高凝油井及高含蜡油井中，将电加热等设备放置于抽油杆内，以改善井筒原油的流动性。这类抽油杆上端伸出井口并与抽油机相连，下端连接抽油泵。依靠抽油泵及抽油机的往复运动，将原油从地下抽上来，从油井井口排出。一般，抽油杆的长度随油层的深浅而不同，大部分在1000m以上。抽油杆外径一般为36～51mm，壁厚为6～8mm。油井中所用抽油杆是由逐根抽油杆相互用套管螺纹密封联结构成的。每根杆的长度在8～15m之间。在油井中，原油上升速度因井深和流量而不同，从井底到井口一般需要几个小时甚至十几个小时。在这样一个漫长的向上流动的过程中，由于油管通过套管向地层散热，油管内的原油温度会由下而上逐渐降低，大约每100米下降3℃。随着温度的降低，油管内的粘度-温度关系呈指数关系迅速升高，原油的流动性会逐渐下降，甚至不流动。有的原油会析出蜡并附着在杆、管壁上，到一定程度则会造成油井事故，妨碍油井生产的正常运行和开采。为了降低油井中原油的黏度和凝固点，防止析蜡的产生，目前应用较广泛的技术主要为电磁加热降粘法，这种方法耗电量多，成本高，且有时会漏电产生爆管现象，使安全得不到充分保证，降低油井经济效益。

近年来，一种新的油井加热方式即抽油杆热管加热法受到了关注。其基本原理是将抽油杆做成热管，利用热管内介质的相变传热原理，将油井下部具有较高温度的原油的热量传至油管上部，用以提高油井中上部原油的温度，降低原油的黏度，防止原油析蜡，从而保证油井的正常运行。重力热管的典型结构和基本传热原理如图3所示。

但是，目前直接采用了传统的壁面光滑的工业用管子作为典型的热管，超长的抽油杆热管与传统的壁面光滑的工业用典型的热管相比具有良好的相变传热特性和流动性，在原油漫长的向上流动的过程中壁面光滑的热管内侧难于有效产生良好的两相沸腾和冷凝换热，使两相流的阻力过大造成热管内部的传热障碍；同时热管外侧也难于有效形成良好的单相对流换热。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是克服背景技术中存在的壁面光滑的热管内侧难于有效产生良好的两相沸腾和冷凝换热而造成热管内部的传热障碍及热管外侧难于有效形成良好的单相对流换热的问题，而提供一种超长抽油杆螺纹热管，该超长抽油杆螺纹热管由于管壁内外表面有螺纹增加了换热传热面积，减少了热管内部的传热障碍及强化热管外侧单相对流换热，保证了抽油杆热管的高效传热，抑制原油的析蜡，降低原油粘度，保证抽油杆的正常工作。

本实用新型解决其问题可通过如下技术方案来达到：该超长抽油杆螺纹热管包括由若干个抽油管段密封连接而成的抽油杆热管，抽油杆热管的内腔形成一个装有工作介质的密封腔，密封腔上下段分别为冷凝段及蒸发段，所述的密封腔的腔体为螺纹管状。

所述的密封腔由密闭安装在抽油杆上端的上堵盖、密闭安装在抽油杆内下方的下堵盖、上下堵盖间装有工作介质的抽油杆热管构成。

所述的上堵盖上设置压力表和安全阀；

所述的密封腔的腔体为单头螺纹管或多头螺纹管；

所述的密封腔的冷凝段为单头螺纹管，蒸发段为多头螺纹管；

所述的密封腔的冷凝段为多头螺纹管，蒸发段为单头螺纹管；

所述的密封腔内及原油通道内接有温度传感器；

所述的密封腔内的工作介质是液氨。

本实用新型与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该超长抽油杆螺纹热管由于采用上述结构，在超长热管上应用了单头及变节距的多头螺纹管作为换热面，有效地克服了在超长热管内液池的沸腾难题和两相流动所遇到的阻力和障碍，抑制了热管外侧表面流动边界层的形成，增加热管外侧表面的传热表面积，使抽油杆热管能够达到高效传热和正常运行。单头内螺纹管与多头螺纹管的组合，有效增加热管内相变换热效率和热管外部对流换热。实现了利用热管原理使油井中原油在上升过程中达到自行加热降粘、防止析蜡，从而保证油井的正常运行，安全性较高，结构简单，操作方便，可重复使用，降低了采油成本。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图；

附图2是本实用新型的原理图；

附图3是热管基本传热原理图(→表示冷源，←表示热源)；

附图4是本实用新型的单头螺纹热管结构示意图；

附图5是本实用新型的多头螺纹热管结构示意图；

附图6是本实用新型的螺纹热管与光管内侧传热特性对比曲线图；

附图7是本实用新型的螺纹热管与光管外侧原油温度变化特性

对比曲线图；

附图8是本实用新型的螺纹热管与光管换热面积的对比曲线图。

图中：1-下堵盖，2-抽油杆热管，3-油管柱，4-温度传感器，5-上堵盖，6-安全阀，7-压力表，8-蒸发段，9-冷凝段，10-原油通道，11-提升泵，12-密封腔。

具体实施方式：

下面结合附图将对实用新型作进一步说明：

附图1结合图2所示，该超长抽油杆螺纹热管包括由若干个抽油管段密封连接而成的抽油杆热管2，抽油杆热管2的内腔形成一个装有工作介质的密封腔12，密封腔12上段为热管冷凝段9，密封腔12下段为热管蒸发段8，所述的密封腔12的腔体为螺纹管状，密封腔12由密闭安装在抽油杆上端的上堵盖5、密闭安装在抽油杆内下方的下堵盖1及上下堵盖间装有工作介质的抽油杆热管2构成，下堵盖1的位置要根据油层温度而定，所述的上堵盖5上设置压力表7和安全阀6，安全阀6一般处于常闭状态，安全阀6的作用是在非工作状态时打开使装有工作介质的密封腔2与外界大气连通，使工作介质自动放出；也可以在工作状态下瞬时打开，以排除上部可能存在的不凝结气体；抽油杆热管2内工作介质通过压力表7和安全阀6的定压，防止向外泄漏和外界气体(空气等)向热管内渗漏，保证抽油杆热管2的运行效果；抽油杆热管2与外部的油管柱3构成原油通道10，所述的密封腔12的螺纹管腔体可以为单头螺纹也可以为多头螺纹，如图4及图5所示；或者密封腔12的冷凝段9为单头螺纹管，蒸发段8为多头螺纹管；或者密封腔12的冷凝段9为多头螺纹管，蒸发段8为单头螺纹管；所述的多头螺纹管可以为二头螺纹管、三头螺纹管或四头螺纹管；对所述的多头螺纹管为二头螺纹管、三头螺纹管、四头螺纹管的情况下分别测试不同雷诺准则数Re时的努谢尔特准则数Nu，与光滑管壁的光管抽油杆在相同雷诺准则数Re时努谢尔特准则数Nu相比，得出如图6所示的螺纹热管与光管抽油杆内侧传热特性对比曲线图。可见，在相同雷诺准则数Re下即流动状态相同的情况下，不同螺纹结构与光滑管壁热管传热特性相比较，螺纹管的努谢尔数Nu明显高于光滑管，即螺纹管壁的抽油杆热管2具有更良好的传热性，有利于将油井底部热量自动输送到油井上部，如图7所示，从而有效提高油井上部原油温度，远离原油的析蜡温度；同时提高原油在井筒内的平均温度，有效降低原油粘度，减小原油在井筒内的流动阻力，从而可以降低抽油机的电功率。单头螺纹管与多头螺纹管单独使用及单头螺纹管与多头螺纹管的组合使用，使密封腔12外扩展螺纹表面向原油通道10的传热表面积增加，如图8所示，同时增加管内和管外的传热能力，从而能有效提高相变换热效率。其中单头螺纹管节距为5-12的螺纹mm，槽深0.5-5mm；多头螺纹管变节距为10-40mm，变槽深0.4-8mm。所述的密封腔12内及原油通道10内分别接有温度传感器4，所述温度传感器4设有三个测试探头，其中两个测试探头分别嵌入装有工作介质的密封腔12内，用于监视密封腔内冷凝段9及蒸发段8的温度，所述温度传感器4剩下的一个测试探头插入到原油通道10内，用于测试油井内的原油温度，温度传感器4用于运行监视，有效保证其热管有效性。所述的密封腔12内的工作介质是液氨，热管外的原油温度为100℃至30℃，而管内工质的温度范围为80℃至50℃，在上述温度范围内，液氨可以表现出优异的传热特性，并且与油井防止原油析蜡的要求相符合。

该超长抽油杆螺纹热管的工作原理是：如图2及图3所示，本实用新型是将典型的光管热管传热原理应用于油井中的抽油杆上，将细长的抽油杆的一部分做成了螺纹热管。通过提升泵11连续提升的原油既是热管的热源又是热管的冷源。在油井下部，当原油的温度较高时，是超长的螺纹热管的热源，热量由原油传给螺纹热管；而在油井上部，当原油温度逐渐降低时，在某一高度上，原油的温度开始低于内螺纹热管内的介质温度，热量由螺纹热管传向原油，对原油进行加热。对超长的螺纹热管而言，其蒸发段8和冷凝段9的分界点是由各传热因素自行决定的。蒸发段和冷凝段采用单头螺纹、变节距的多头螺纹及单头螺纹与变节距的多头螺纹的不同组合。不论是在蒸发段还是在冷凝段，热源或冷源温度与热管内温度的传热温差随热管高度是逐渐变化的。在蒸发段，该温差由下而上逐渐减小，进入冷凝段之后，该温差又逐渐增大。因而超长的螺纹热管在不同高度处通过壁面的热流密度是不同的。由于螺纹管的旋流影响，螺纹管内表面可以在低的质量流速下实现核态沸腾，即使在发生传热恶化时，螺纹管的内表面壁温也远低于光管热管内表面壁温，所以螺纹热管可以改善传热，有效地推迟传热恶化，因此与光滑管壁比较，螺纹抽油杆热管可以进行更有效的沸腾和冷凝换热，由附图6可见相同雷诺数下，螺纹管壁抽油杆热管比光滑管壁热管具有更良好的传热性。

本实用新型所述的螺纹热管，其长度在几百米甚至上千米，这种超长的螺纹热管和独特的传热条件，使抽油杆热管能够达到高效传热，实现了利用热管原理使油井中原油在上升过程中自行加热降粘、防止析蜡，从而保证油井的正常运行。

Claims (8)

1.一种超长抽油杆螺纹热管，包括由若干个抽油管段密封连接而成的抽油杆热管(2)，抽油杆热管(2)的内腔形成一个装有工作介质的密封腔(12)，密封腔(12)上下段分别为冷凝段(9)及蒸发段(8)，其特征在于：所述的密封腔(12)的腔体为螺纹管状。

2.根据权利要求1所述的超长抽油杆螺纹热管，其特征在于：所述的密封腔(12)由密闭安装在抽油杆上端的上堵盖(5)、密闭安装在抽油杆内下方的下堵盖(1)、上下堵盖间装有工作介质的抽油杆热管(2)构成。

3.根据权利要求2所述的超长抽油杆螺纹热管，其特征在于：所述的上堵盖(5)上设置压力表(7)和安全阀(6)。

4.根据权利要求1或2或3所述的超长抽油杆螺纹热管，其特征在于：所述的密封腔(12)的腔体为单头螺纹管或多头螺纹管。

5.根据权利要求1或2或3所述的超长抽油杆螺纹热管，其特征在于：所述的密封腔(12)的冷凝段(9)为单头螺纹管，蒸发段(8)为多头螺纹管。

6.根据权利要求1或2或3所述的超长抽油杆螺纹热管，其特征在于：所述的密封腔(12)的冷凝段(9)为多头螺纹管，蒸发段(8)为单头螺纹管。

7.根据权利要求1或2或3所述的超长抽油杆螺纹热管，其特征在于：所述的密封腔(12)内及原油通道(10)内接有温度传感器(4)。

8.根据权利要求1所述的超长抽油杆螺纹热管，其特征在于：所述的密封腔(12)内的工作分质是液氨。

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