電熱式井下蒸汽發生器的製作方法

2023-06-11 07:56:47 2

本實用新型涉及石油工程稠油熱採技術領域，具體涉及一種電熱式井下蒸汽發生器。

背景技術：

我國有著豐富的稠油資源，但開採成本和難度較大。在稠油熱採中，蒸汽驅是目前應用最廣泛的、技術較成熟的方法之一。

蒸汽發生器作為蒸汽驅技術不可缺少的設備之一，目前最普遍的做法是在地面產生高溫高壓的蒸汽，通過保溫管道注入到井下稠油油層中去。這種技術井上設備體積龐大，需要較高的配套設施的投入，廢氣帶走大量的熱能，汙染周圍空氣；且地面蒸汽通過較長管道後，能量損失大，到井底時高溫蒸汽成了「熱水」，蒸汽注釆效果和深度受到限制，尤其是對於深井和超深井，常規地面蒸汽注入的方式已不能適應開採要求。

專利CN103759240A公開了一種井下電加熱蒸汽發生器，如圖1所示，主要包括：殼體1』、加熱管2』、電加熱元件3』以及支撐隔板5』。其中，加熱管2』整體為中空柱體，其中空部分為貫通孔，流體從所述貫通孔中流通，電加熱元件3』整體為細長的電熱絲，纏繞在加熱管2』的管壁上，在電加熱元件3』通電後，對加熱管2』中的流體進行加熱，生成蒸汽從底部送出。支撐隔板5』其設置在殼體1』內部，供加熱管2』和電加熱元件3』穿過，並對加熱管2』起到支撐作用。

這種結構存在以下幾處缺點：

(1)安裝不便，容易發生磕碰而損壞電熱絲；

(2)由於井下尺寸的限制，相鄰加熱管之間的間距很小，電熱絲纏繞在加熱管外表面，有可能會接觸而產生搭電，從而造成故障或損壞加熱管；

(3)電熱絲纏繞在加熱管外表面，由於支撐隔板會和電熱絲發生直接接觸，因此需要在接觸位置做絕緣處理，增加了成本；

(4)在保證加熱溫度的前提下，加熱管的內徑受限，從而使蒸汽發生量有限；而增加加熱管數量的話，勢必要增加殼體的直徑，為設備的使用增加了難度和成本。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種電熱式井下蒸汽發生器，能夠在稠油油層處產生蒸汽並直接注入油層，熱效率高且不會產生空氣汙染，同時安全性與可靠性高。

本實用新型提供的電熱式井下蒸汽發生器，從上到下包括依次連接的入口部、電加熱部以及出口部；

所述電加熱部包括至少一個加熱段，所述加熱段包括加熱段殼體以及置於所述加熱段殼體內的多根加熱管；各根所述加熱管內分別設置電熱絲，並在所述電熱絲與所述加熱管之間填充絕緣耐溫材料；各所述加熱管之間以及所述加熱管與所述加熱段殼體之間形成供水流過的空間；

所述入口部上設置有進水口，所述出口部設置有排出口。

進一步的，所述加熱段為依次串聯的多個，相鄰各段的所述加熱段殼體之間通過外殼接頭連接，相鄰各段的所述加熱管之間通過加熱管連接頭連接。

進一步的，所述電加熱部還包括頂部的接線端子和底部的加熱管座；最頂段的各根所述加熱管的上端以及最底段的所述加熱管的下端分別與所述接線端子及所述加熱管座密封連接。

進一步的，所述入口部具體包括上連接頭、閥座、閥芯以及下連接頭；

所述上連接頭用於與進水管道連接，所述下連接頭用於與所述電加熱部連接；

所述閥座和所述閥芯安裝在所述上連接頭與所述下連接頭之間，使入水從所述上連接頭單向流入所述下連接頭中，且降低入水的流速及壓力。

閥座和閥芯構成單流減壓閥，將注水管與蒸汽發生器內流體隔開，防止蒸汽在井底過大壓力的情況下上溢；同時該閥開啟方式為壓力開啟，具有減壓效果，有利於地面注水壓力的控制。

進一步的，所述閥座上設置有閥口；

所述閥芯設置在所述閥座靠近下連接頭的一側，包括閥杆、閥頭以及彈簧；所述彈簧套設在所述閥杆上，將所述閥頭壓設在所述閥座上，並將所述閥口密封。

進一步的，所述閥頭的密封面為球面，所述閥座的閥口處的密封面為兩段相接的具有不同錐度的錐面。

進一步的，所述下連接頭的側壁上設置有液位傳感器，用於監控所述電加熱部內的液位。

進一步的，所述下連接頭的側壁上設置與所述接線端子密封連接的電纜轉接頭，用於將所述接線端子中的電纜密封接出。

進一步的，所述出口部包括尾管、尾管連接頭以及支撐管；

所述尾管通過所述尾管連接頭與所述電加熱部連接；且在所述尾管的下部側壁周向均布多個所述排出口；

所述支撐管設置在所述尾管內，用於對所述加熱管座起到軸向支撐的作用。

進一步的，所述尾管的底壁上設置溫度傳感器和壓力傳感器，分別用於監控所述排出口處蒸汽的溫度和壓力。

本實用新型的有益效果為：

高溫蒸汽在井下產生並直接注入油層，與傳統方式將地面蒸汽通過注汽管注入井下的方法相比，在最大程度上減少了熱損失，大大提高了能量利用率，在深井和超深井中的優勢尤為突出；

電熱絲設置在加熱管內，不會因磕碰而損壞，安裝更方便；相鄰電熱絲也不會因接觸而產生搭電，可靠性更好；流體通道為加熱管與加熱管之間的間隙，在蒸汽發生器相同外徑下，流道截面積可以做的更大，相同處理量下流速更小，流體的駐留時間更長，更有利於充分吸熱。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有技術中公開的井下電加熱蒸汽發生器的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的電熱式井下蒸汽發生器的結構示意圖；

圖3為圖2中的A-A面的截面示意圖；

圖4為圖2中的加熱管支撐架的示意圖；

附圖標記：

101-上連接頭； 102-閥座；

103-閥芯； 104-下連接頭；

105-液位傳感器； 106-電纜轉接頭；

201-接線端子； 202-加熱管支撐架；

203-加熱段殼體； 204-電熱絲；

205-耐溫填料； 206-加熱管；

207-加熱管連接頭； 208-外殼接頭；

209-加熱管座； 301-尾管連接頭；

302-支撐管； 303-尾管；

304-溫度傳感器； 305-壓力傳感器。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

圖2為本實用新型實施例提供的電熱式井下蒸汽發生器的結構示意圖；圖3為圖2中的A-A面的截面示意圖；圖4為圖2中的加熱管支撐架的示意圖。

如圖2～圖4所示，該電熱式井下蒸汽發生器的結構包括從上到下依次連接的入口部、電加熱部以及出口部。

具體的，入口部包括上連接頭101、閥座102、閥芯103和下連接頭104；電加熱部包括接線端子201、加熱管支撐架202、加熱段殼體203、電熱絲204、耐溫填料205、加熱管206、加熱管連接頭207、外殼接頭208和加熱管座209；出口部包括尾管連接頭301、支撐管302和尾管303。

入口部與電加熱部之間通過下連接頭104與加熱段殼體203螺紋連接，電加熱部與出口部之間通過加熱段殼體203與尾管連接頭301螺紋連接。

入口部的具體結構為：閥座102和閥芯103安裝在上連接頭101與下連接頭104之間的閥體內；閥座102固設在閥體內，且閥座102的中心位置設置有閥口。閥芯設置在閥座102靠近下連接頭104的一側，包括閥頭、閥杆和彈簧；閥杆通過定位套固定在閥體內，且閥杆上設有供水通過的過流孔。閥頭為蘑菇狀，上端為半球形的密封頭，下端為長杆，與閥杆相對間隔設置。彈簧套設在閥杆以及閥頭的長杆上，將閥頭頂起，使閥口密封。

閥座102與閥芯103構成減壓閥，可對注入水起到減壓作用，同時也能夠起到單流閥的作用。為了提高密封度，閥芯103的閥頭密封面為球面，閥座102閥口處的密封面為兩段相接的具有不同錐度的錐面，更有利於通過節流的方式減壓，也便於加工。

定位套分為上下兩段，將閥座102與閥杆固定，並通過調節兩個定位套的長度，可以改變彈簧的壓縮量，從而改變閥頭的開啟壓力。

通過增加的單向減壓閥，將閥座102上部(注水管)與下部(蒸汽發生器)內的流體隔開，防止蒸汽在井底過大壓力的情況下上溢；同時該閥開啟方式為壓力開啟，有利於地面注水壓力的控制。

電加熱部可以由單個加熱段或多段加熱段組成，具體數量可以根據加熱功率確定，本實施例以三個加熱段為例進行說明。每段的結構相同，均包含加熱管支撐架202、加熱段殼體203、電熱絲204、耐溫填料205和加熱管206。

相鄰兩段的加熱段殼體203通過外殼接頭208螺紋連接，相鄰的兩段加熱管206通過加熱管連接頭207連接，最上端的加熱管206頂部與接線端子201密封連接，最下端的加熱管206底部與加熱管座209密封連接。

電熱絲204均布在加熱管206內，電熱絲204與加熱管206之間間隙填充絕緣的耐溫填料205。本實施例中，加熱管206共有7根，均布在加熱段殼體203內部，7根加熱管206在加熱段殼體203內通過加熱管支撐架202支撐，使加熱管206與加熱段殼體203之間以及各加熱管206之間形成供水流過的通道。

與專利CN103759240A相比，該方案有以下優點：

加熱管在安裝時不用擔心磕碰損壞電熱絲，安裝更加的方便；

由於井下尺寸的限制，各加熱管之間的間距勢必會很小，如果電熱絲纏繞在加熱管外表面，相鄰加熱管上的電熱絲在使用中有可能會接觸而產生搭電而造成故障或損壞加熱管；本實施例的電熱絲布置在加熱管內，被加熱管保護起來，可靠性更好；

電熱絲纏繞在加熱管外表面，電熱管的支撐結構(由於會和電熱絲直接接觸，因此需要絕緣處理；而本申請的支撐結構與加熱管之間無須做絕緣處理，支撐結構更簡單；

本專利流體通道為加熱管與加熱管之間的間隙，在蒸汽發生器相同外徑下，流道截面積可以做的更大，相同處理量下流速更小，流體的駐留時間更長，更有利於充分吸熱。

出口部的具體結構為：支撐管302設置在尾管303內，支撐管302的上部與加熱管座209連接，對加熱管座209起到軸向支撐的作用。尾管303的下部側壁上沿周向均布4個排出口，用來排出高溫蒸汽。

在本實施例的優選方案中，在下連接頭104的側壁上設置液位傳感器105，用於監控電加熱部內的液位情況。

在本實施例的優選方案中，在下連接頭104的側壁上設置與接線端子201及下連接頭104均密封連接的電纜轉接頭106，用於將外部電纜與接線端子201內的電纜連接。

在本實施例的優選方案中，尾管303底端安裝溫度傳感器304和壓力傳感器305，分別用來監控排出口處蒸汽的溫度和壓力。

使用時，將入口部的上連接頭101與配套管柱相連，電熱式井下蒸汽發生器下入到目標井的稠油油層段套管內，電纜轉接頭106連上電纜並通電，注入的清水通過入口部的閥芯103減壓後流入電加熱部，被電加熱部的加熱管206加熱，水在加熱管206之間的流道沿軸向一邊緩慢流動一邊被加熱直至蒸發產生高溫蒸汽；高溫蒸汽通過出口部的蒸汽排出口進入油層套管內，在壓力的作用下進入油層對稠油加熱降粘。

高溫蒸汽在井下產生並直接注入油層，與傳統方式將地面蒸汽通過注汽管注入井下的方法相比，在最大程度上減少了熱損失，大大提高了能量利用率，在深井和超深井中的優勢尤為突出。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。