一种井下电磁感应稠油加热装置及加热方法与流程

文档序号:11510237阅读:341来源:国知局
一种井下电磁感应稠油加热装置及加热方法与流程

本发明涉及一种井下油层加热装置,特别是一种井下电磁感应稠油加热装置及加热方法。



背景技术:

现代工业的快速发展以及现代生活对能源的巨大需求,石油天然气资源的需求不断增大,随着石油天然气的开采难度不断增加,加上地区冲突影响能源运输通道,供需矛盾日益突出。常规原油供应紧张以及原油价格振荡,为稠油的开采和发展带来机遇,与常规原油开采不同,稠油由于粘度大,密度高,在油藏条件下一般不易流动,或根本不能流动,开采技术、开采成本、环境保护等方面也存在一些亟待解决和克服的技术难题。

目前稠油开采主要是热开采,热开采的方式主要有蒸汽吞吐和蒸汽驱动两种方法。在注蒸汽进行稠油开发中,蒸汽发生器是必不可少的设备之一。这两种方法均需在地面建设蒸汽站锅炉,在中央系统控制下,通过管道输送到各个注气井,注蒸汽在目前稠油热采工艺中几乎处于垄断的地位,但随着热采工艺的需求不断提高以及井况难度的不断增大,其缺点也就日益明显地暴露出来。地面蒸汽站距离各个注气井的传输距离不等、油井地形条件不同、不同采油井之间的差别和输送管道、井筒保温难度大等多方面因素使注入井下的蒸汽干度偏低,进而导致稠油的采收比下降,综合经济效益下降。

中国石油天然气股份有限公司在2014年4月公开了专利:井下电加热蒸汽发生器,所述加热管为一中空柱体,数量为多根,其中空部分为一贯通孔,流体从所述贯通孔中流通,所述电加热元件为一细长的电热丝,缠绕在加热管的管壁上,所述电加热元件的两头从壳体中引出用于与外部的电缆连接,在所述电加热元件通电后,对所述加热管中的流体进行加热。该种加热方式中由电热丝发热产生热量,再传递给加热管,最后才传递给水,涉及三级传热,这导致其传热效率低,即加热效率低,且发热功率较大时,电热丝自身容易被烧毁。

中国海洋石油总公司在2013年5月公开了专利:一种蒸汽热采稠油的设备及其方法,一种蒸汽热采稠油的设备,包括地面装置和井下装置,所述井下装置包括至少一个蒸汽发生器;所述蒸汽发生器设置在油层上方或油层中。蒸汽发生器产生的蒸汽直接加热稠油,可提高蒸汽的温度,大幅度地提高稠油的采出程度。

公开号为cn106016221a的专利文献公开了一种电热式井下蒸汽发生器。该电热式井下蒸汽发生器从上到下包括依次连接的入口部、电加热部以及出口部;电加热部包括至少一个加热段,加热段包括加热段壳体以及置于加热段壳体内的多根加热管;各根加热管内分别设置电热丝;各加热管之间以及加热管与加热段壳体之间形成供水流过的空间;高温蒸汽在井下产生并直接注入油层。

以上各种井下电加热方式均为电热丝加热,该方式的缺点是电热丝自身损耗严重,极易损坏,导致加热器使用寿命短,同时加热器结构也比较复杂。



技术实现要素:

本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种井下电磁感应稠油加热装置及加热方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种井下电磁感应稠油加热装置,它包括井筒、水箱、水泵、水管、供电设备和封隔器,井筒竖直安装在地下,井筒的底部安装有封隔器,水泵的一端连接水箱,另一端接有水管,水管固定在井筒内部,其特征在于:它还包括加热装置,加热装置置于井筒内,加热装置包括防护罩、变压器、变径喷头和感应加热器,变压器、变径喷头和感应加热器均安装在防护罩内部,所述感应加热器包括励磁线圈、发热元件、内芯、隔层、出水管、卡环a和卡环b,隔层固装在防护罩内壁上,励磁线圈嵌装在隔层的壁面里,励磁线圈与变压器的一端连接,变压器的另一端连接供电设备,隔层套装有发热元件,发热元件的一端安装有变径喷头,另一端设有卡环b,所述的变径喷头接在水管上,卡环b与变径喷头之间设有卡环a,内芯套装在发热元件内,且内芯的一端穿过卡环a,另一端固装在卡环b上,出水管的一端接在发热元件的端部,另一端穿过封隔器且出水管上安装有单向阀。

所述的防护罩为耐腐蚀不锈钢,且其一端为等壁厚圆弧形结构。

所述的隔层为绝缘绝热材料。

所述的变径喷头的内表面设有凸起。

所述的励磁线圈为空心紫铜管,且其上设有冷却水管接头。

所述的内芯穿过卡环a的一端为开口结构,固装在卡环b上的一端为密封结构,且内芯的壁面上圆周均匀分布有多个通孔。

所述的内芯还可为一种梭形实体,且实体表面上设有螺旋分布的凸起,发热元件的两端固装有卡环b,内芯的两端插装在卡环b上。

所述的内芯的长度和直径可根据实际生产需要调节大小。

所述的一种井下电磁感应稠油加热装置加热稠油的方法,它包括以下步骤:

s1、启动水泵,水泵从水箱中抽取水,水通过水管经变径喷头进入发热元件内,变径喷头增大了水流的扰动;

s2、启动供电设备,供电设备将中频交流电送至变压器以降低电压提升电流,从而为励磁线圈供电,励磁线圈在中频交流电作用下产生相应的交变磁场;

s3、发热元件在步骤s2中的交变磁场中产生涡流状态的感应电流,流动的感应电流克服发热元件的电阻而产生热量,使发热元件发热;

s4、当发热元件内部的内芯为权利要求6所述的结构时,步骤s1中进入发热元件的水首先经过变径喷头,变径喷头会对水进行扰流,增大水与发热元件壁面的接触机会,水会在发热元件的入口处完成预加热,预加热后的水在压力作用下进入发热元件内部的内芯,水进入内芯后通过内芯上的通孔喷向发热元件的壁面,高温的发热元件使喷洒在其上的水瞬间汽化变为水蒸气;

s5、当发热元件内部的内芯为权利要求7所述的结构时,步骤s1中进入发热元件的水首先经过变径喷头,变径喷头会对水进行扰流,增大水与发热元件壁面的接触机会,水会在发热元件的入口处完成预加热,预加热后的水在压力作用下经过安装在发热元件入口处的卡环b上的小孔进入发热元件与内芯之间,水会沿着内芯上的螺旋凸起向前移动充分与高温的发热元件壁面接触,水瞬间汽化变为水蒸气;

s6、步骤4或步骤5中的水蒸气不断聚集膨胀,从安装在发热元件出口处的卡环b上的小孔冲出,经发热元件端部的出水管和单向阀再通过封隔器压入待加热的稠油层,经过一段时间加热后,实现了井下稠油的加热。

本发明具有以下优点:

1、使用寿命长,加热效率高。

2、结构紧凑,体积小,减少搬运成本。

3、热能损失少,热能利用率高。

4、系统稳定性更好,可根据加热功率控制加热温度。

5、加热速率快,可实现高功率密集加热。

附图说明

图1为本发明的结构示意图;

图2为本发明所述的第一种实施例的结构剖视图;

图3为本发明所述的第二种实施例的结构剖视图;

图中:1-井筒,2-水箱,3-水泵,4-水管,5-供电设备,6-封隔器,7-加热装置,8-防护罩,9-变压器,10-变径喷头,11-感应加热器,11-1励磁线圈,11-2发热元件,11-3内芯,11-4隔层,11-5出水管,11-6卡环a,11-7卡环b。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述,但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1~3所示,一种井下电磁感应稠油加热装置,它包括井筒1、水箱2、水泵3、水管4、供电设备5和封隔器6,井筒1竖直安装在地下,井筒1的底部安装有封隔器6,水泵3的一端连接水箱2,另一端接有水管4,水管4固定在井筒1内部,其特征在于:它还包括加热装置7,加热装置7置于井筒1内,加热装置7包括防护罩8、变压器9、变径喷头10和感应加热器11,变压器9、变径喷头10和感应加热器11均安装在防护罩8内部,所述感应加热器11包括励磁线圈11-1、发热元件11-2、内芯11-3、隔层11-4、出水管11-5、卡环a11-6和卡环b11-7,隔层11-4固装在防护罩8内壁上,励磁线圈11-1嵌装在隔层11-4的壁面里,励磁线圈11-1与变压器9的一端连接,变压器9的另一端连接供电设备5,隔层11-4套装有发热元件11-2,发热元件11-2的一端安装有变径喷头10,另一端设有卡环b11-7,所述的变径喷头10接在水管4上,卡环b11-7与变径喷头10之间设有卡环a11-6,内芯11-3套装在发热元件11-2内,且内芯11-3的一端穿过卡环a11-6,另一端固装在卡环b11-7上,出水管11-5的一端接在发热元件11-2的端部,另一端穿过封隔器6且出水管11-5上安装有单向阀。

所述的防护罩7为耐腐蚀不锈钢,且其一端为等壁厚圆弧形结构。

所述的隔层11-4为绝缘绝热材料。

所述的变径喷头10的内表面设有凸起。

所述的励磁线圈11-1为空心紫铜管,且其上设有冷却水管接头。

所述的内芯11-3穿过卡环a11-6的一端为开口结构,固装在卡环b11-7上的一端为密封结构,且内芯11-3的壁面上圆周均匀分布有多个通孔。

所述的内芯11-3还可为一种梭形实体,且实体表面上设有螺旋分布的凸起,发热元件11-2的两端固装有卡环b11-7,内芯11-3的两端插装在卡环b11-7上。

所述的内芯11-3的长度和直径可根据实际生产需要调节大小。

所述的一种井下电磁感应稠油加热装置加热稠油的方法,它包括以下步骤:

s1、启动水泵3,水泵3从水箱2中抽取水,水通过水管4经变径喷头10进入发热元件11-2内,变径喷头10增大了水流的扰动;

s2、启动供电设备5,供电设备5将中频交流电送至变压器9以降低电压提升电流,从而为励磁线圈11-1供电,励磁线圈11-1在中频交流电作用下产生相应的交变磁场;

s3、发热元件11-2在步骤s2中的交变磁场中产生涡流状态的感应电流,流动的感应电流克服发热元件11-2的电阻而产生热量,使发热元件11-2发热;

s4、当发热元件11-2内部的内芯11-3为权利要求6所述的结构时,步骤s1中进入发热元件11-2的水首先经过变径喷头10,变径喷头10会对水进行扰流,增大水与发热元件11-2壁面的接触机会,水会在发热元件11-2的入口处完成预加热,预加热后的水在压力作用下进入发热元件11-2内部的内芯11-3,水进入内芯11-3后通过内芯11-3上的通孔喷向发热元件11-2的壁面,高温的发热元件11-2使喷洒在其上的水瞬间汽化变为水蒸气;

s5、当发热元件11-2内部的内芯11-3为权利要求7所述的结构时,步骤s1中进入发热元件11-2的水首先经过变径喷头10,变径喷头10会对水进行扰流,增大水与发热元件11-2壁面的接触机会,水会在发热元件11-2的入口处完成预加热,预加热后的水在压力作用下经过安装在发热元件11-2入口处的卡环b11-7上的小孔进入发热元件11-2与内芯11-3之间,水会沿着内芯11-3上的螺旋凸起向前移动充分与高温的发热元件11-2壁面接触,水瞬间汽化变为水蒸气;

s6、步骤4或步骤5中的水蒸气不断聚集膨胀,从安装在发热元件11-2出口处的卡环b11-7上的小孔冲出,经发热元件11-2端部的出水管11-5和单向阀再通过封隔器6压入待加热的稠油层,经过一段时间加热后,实现了井下稠油的加热。

本发明的工作过程如下:启动水泵3,水泵3从水箱2中抽水,水通过水管4进入安装在井筒1内部的加热装置7,启动供电设备5,供电设备5为中频电源,所用供电电缆采用芯铜导电线-聚丙烯绝缘-加垫层后双钢丝铠装结构的石油行业特种电缆,以减小电能损失、保障供电安全,供电设备5通过变压器9的降低电压提升电流后接入励磁线圈11-1,所述励磁线圈11-1采用空心紫铜管绕制而成,整体呈螺旋状,励磁线圈11-1上设有冷却水管接头,可接入冷却水让冷却水在励磁线圈11-1的内部流动,励磁线圈11-1的空心紫铜管中通入冷却水可有效降低加热器工作过程中线圈自身过热,防止线圈过热导致加热器不工作,能有效延长加热器寿命,励磁线圈11-1嵌装在隔层11-4的壁面内,所述隔层11-4为绝缘绝热材料,隔层11-4的外部包裹着防护罩8,述防护罩8为耐腐蚀不锈钢材料,隔层11-4的内部套装有

发热元件11-2,所述发热元件11-2为导磁不锈钢材质的空心圆柱体,在供电设备5提供的中频交流电作用下励磁线圈11-1会产生相应的交变磁场,发热元件11-2在交变磁场的作用下产生涡流状电流,感应电流克服电阻流动时产生热量,使发热元件11-2发热,发热元件11-2的一端安装有变径喷头10,水泵1泵入的水通过水管4经变径喷头10进入发热元件11-2,同时变径喷头10的内表面上设置有均匀布置的凸起,部分水流撞到凸起上改变流动方向,使一部分水停留在发热元件11-2的入口处时间变长,完成水的预加热,发热元件11-2内部套装有内芯11-3,内芯11-3有两种实施例结构,第一种实施例结构内芯11-3为一端密封的空心管结构,且空心管的表面上均布有多个通孔,内芯11-3的两端分别通过安装在发热元件11-2入口处的卡环a11-6和出口处的卡环b11-7,固装在发热元件11-2内部,所述内芯11-3为一端密封的空心管结构,且空心管的表面上均布有多个通孔,预加热的水进入内芯11-3,通过其表面的通孔喷向高温的发热元件11-2,水碰到高温的发热元件11-2的壁面瞬间汽化成水蒸气,不断堆积的水蒸气从环b11-7上的小孔冲出,依次经过安装在发热元件11-2一端的出水管11-5、单向阀和封隔器6,压入待加热稠油层,经过一段时间的加热实现稠油加热的目的。第二种实施例结构内芯11-3为梭形实心体,梭形实心体的两端固定在发热元件11-2两端的卡环b11-7上,梭形实心体外表面上设置有螺旋缠绕的凸起,螺旋缠绕的凸起能够增加水流与发热元件11-2的接触时间保证水充分接触发热元件11-2,增大水汽化的效率,水泵1泵入的水流经变径喷头10进入到发热元件11-2的入口处,在发热元件11-2的入口处完成预加热,再通过安装在发热元件11-2入口端卡环b11-7上的小孔流入发热元件11-2与内芯11-3之间,水流会沿着内芯11-3上的螺旋凸起向发热元件11-2的出口螺旋前进,水流与高温的发热元件11-2壁面充分接触,不断汽化膨胀,膨胀的水蒸气从发热元件11-2出口端的卡环b11-7的小孔冲出,依次经过出水管11-5、单向阀和封隔器6,压入待加热的稠油层,经过一段时间的加热完成稠油加热的目的。

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