CN110173679B - 一种可植入式微型蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油、化工及能源矿产领域内的实验设备技术领域，公开了一种可植入式微型蒸汽发生器，所述可植入式微型蒸汽发生器通过温度压力隔离组件将内部的加热棒及热电偶以及注蒸汽管线和高压舱内部的压力温度环境进行隔离处理，并将微型蒸汽发生器内部器件在常压下引出舱壁；通过加热棒正极导线和加热棒负极导线给加热棒提供热量输入；通过加热棒和管线盘管之间的紧密贴合和热传递作用，将系统的热量传输给盘管注入端管线；通过盘管注入端管线将高温高压蒸汽注入被加热的模型。本发明提供可以在高压容器内部高温高压环境下进行微型蒸汽管道注入；可以进行二次加热以补偿常规蒸汽发生器由于管线距离远加不上热量的缺陷。

Description

一种可植入式微型蒸汽发生器

技术领域

本发明属于石油、化工及能源矿产领域内的实验设备技术领域，尤其涉及一种可植入式微型蒸汽发生器。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

蒸汽发生器是石化勘探开发领域，尤其涉及到注热开采技术的重要实验仪器。一般来说，在注热开采实验装置中，研究员通常采用高温高压舱模拟开采地层的环境，在舱内放置内置模型从而模拟真实地层环境中开采区域的含油量变化及开采效果。由于注热开采实验的特殊性，实验装置必须要求安装一个外部的蒸汽注入装置从而实现注热开采，这样就对实验装置提出了了更高的要求。传统的蒸汽发生器较为笨重，只能在舱外与实验装置进行连接，这样就容易引发一些实验误差。首先，现有的蒸汽发生器均无法保证蒸汽出口远端温度达到设定值，尤其是外接式蒸汽发生器，其注入端与蒸汽发生区距离较长，在没有温度检测元件的情况下无法判断注入端的蒸汽温度，往往其注入热量不能满足实验需求，导致数据不可用。其次，常规的蒸汽发生器往往在大气环境下工作，而注热开采实验中其注入端都处于高压环境下，往往会出现蒸汽倒流的现象，对实现产生无法弥补的破坏，也对实验人员的人身安全造成了威胁。

目前在石油、化工及能源矿产类的勘探及开发等领域中，经常需要进行注热开采能源，常规蒸汽发生器没有温度补偿装置，蒸气在出口后与运输管道接触不断损失热量，由于损失的热量无法准确计量，所以无法针对性地补偿损失的热量，导致该问题迟迟无法解决。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有常规蒸汽发生器注入的热量不足，满足不了热量要求。

解决上述技术问题的难度：

热量不足就会使高压舱体内设计受热区域不能接收到足够的热量，影响实验区域的流体运动，最终导致实验失败。

解决上述技术问题的意义：

传统蒸汽发生器的蒸汽在到达指定位置时的温度无法确定，运输途中损失的热量无法准确计量。

如果能够计量蒸汽运输过程中损失的热量，或者能够控制蒸汽到达指定位置时的温度，这两者只要实现一个，就能够设计出针对性的温度补偿装置从而实现注入端温度的精确控制，从而保证试验的准确性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可植入式微型蒸汽发生器。

本发明是这样实现的，一种可植入式微型蒸汽发生器，所述可植入式微型蒸汽发生器设置有：

热电偶；

所述热电偶与加热棒、管线盘管通过盘管紧密结合；

所述热电偶、主蒸汽管线、加热棒正极导线、加热棒负极导线、穿入管线导管、加热棒正负极导管、热电偶导管；

所述主蒸汽管线、加热棒正极导线、加热棒负极导线、热电偶引出舱壁外部；

管线导管、加热棒正负极导管、热电偶导管通过金属密封接头实现与高压舱壁的密封；

所述管线导管、加热棒正负极导管、热电偶导管与套管压盖通过焊接一体化成型；

所述套管压盖与套管主体通过螺纹连接；

所述套管压盖与套管主体通过铜垫片压紧密封；

所述套管主体与所述套管密封头通过焊接一体化成型；

套管密封头所述与盘管注入端管线通过焊接成型；

所述加热棒上通过管线盘管固定有注蒸汽管线；

所述注蒸汽管线和管线盘管、盘管注入端管线整体通过焊接成型，保证了密封性；

所述管线盘管外层包裹有保温层。

进一步，所述可植入式微型蒸汽发生器具体包括：

加热控温组件、温度压力隔离组件、高温高压注入组件和高压舱穿越组件；

所述加热控温组件：包括加热棒，热电偶以及保温层；用于供给热量；

所述温度压力隔离组件：包括套管压盖、铜垫片、套管主体、套管密封头；用于将内部加热控温组件和高压舱外部的温度压力隔离；

所述高温高压注入组件：包括注蒸汽管线、管线盘管、盘管注入端管线；用于实现外部流体的内部流通，同时为注入端提供高温蒸汽；

所述高压舱穿越组件：包括金属密封接头、舱壁、管线导管、加热棒正负极导管、热电偶导管；用于实现加热控温组件和高温高压注入组件的穿舱功能。

进一步，所述可植入式微型蒸汽发生器蒸汽注入方法具体包括：

步骤一，通过温度压力隔离组件将内部的加热棒及热电偶以及注蒸汽管线和高压舱内部的压力温度环境进行隔离处理，并将微型蒸汽发生器内部器件在常压下引出舱壁；

步骤二，通过加热棒正极导线和加热棒负极导线给加热棒提供热量输入；

步骤三，通过加热棒和管线盘管之间的紧密贴合和热传递作用，将系统的热量传输给盘管注入端管线；

步骤四，通过盘管注入端管线将高温高压蒸汽注入被加热的模型。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述可植入式微型蒸汽发生器的石油注热开采系统。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述可植入式微型蒸汽发生器的化工注热开采系统。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述可植入式微型蒸汽发生器的能源矿产注热开采系统。

注热开采就是指在特定区域注入定量定压定温的蒸汽，从而将该区域内的油气、矿产资源给驱赶出来，实现开采目的。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提供了一种通过对高压舱内部进行高温高压注入的设备，需要通过高压舱密封后等在容器内部进行高温高压注入的实验装置。

本发明提供的可植入式微型蒸汽发生器能进行高压舱体内部穿舱并根据位置需求通过金属接头密封，通过微型蒸汽发生器植入并乃高温高压的微型蒸汽发生器。

本发明通过在高压舱内部设置耐高温高压套管的方式将高压舱内部的温度压力进行隔绝，将套管内部设置加热棒和蒸汽注入管线及热电偶的方式，将内部注入管线进行加热，用于补偿在高压舱内部的温度热量损失，同时通过套管隔绝加热棒和注入管线，实现耐高温高压以及套管内部加热棒的电绝缘性，实现注入热量的补偿，达到对高压舱内部进行热量注入的效果。

本发明提供另一种远距离可植入式高温高压蒸汽注入方式；本发明可以在高压容器内部高温高压环境下进行微型蒸汽管道注入；本发明提供一种通过加热棒和盘管实现在高压环境下进行蒸汽注入的方式；本发明可以进行二次加热以补偿常规蒸汽发生器由于管线距离远加不上热量的缺陷。

温度压力隔绝组件通过螺纹连接和焊接密封的形式保证了蒸汽发生器的密封绝热功能，高温高压注入组件采用内置加热棒和热电偶的方式实时监测并控制蒸汽发生器的温度补偿情况，高压舱穿越组件利用特殊的金属密封接头实现了蒸汽发生器的穿舱密封功能。对比实验效果表明：该蒸汽发生器解决了传统蒸汽发生器热量传输不稳定、输出端温度不可控等问题，并通过优化蒸汽发生器体积实现了装备的植入式设计，完全满足了石油化工能源矿产类的勘探开发实验中经常采用的热力采油实验需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的可植入式微型蒸汽发生器结构示意图。

图2是本发明实施例提供的可植入式微型蒸汽发生器注入方法流程图。

图3是本发明实施例提供的两种蒸汽发生加热效果温度-时间对比折线图。

图中：1、金属密封接头；2、舱壁；3、管线导管；4、加热棒正负极导管；5、热电偶导管；6、套管压盖；7、铜垫片；8、注蒸汽管线；9、加热棒正极导线；10、加热棒负极导线；11、热电偶；12、套管主体；13、加热棒；14、保温层；15、管线盘管；16、套管密封头；17、盘管注入端管线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供的可植入式微型蒸汽发生器设置有：热电偶11；

热电偶11与加热棒13、管线盘管15通过盘管紧密结合；热电偶11、主蒸汽管线8、加热棒正极导线9、加热棒负极导线10、穿入管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5；主蒸汽管线8、加热棒正极导线9、加热棒负极导线10、热电偶11引出舱壁2外部；管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5通过金属密封接头1实现与高压舱壁2的密封；

管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5与套管压盖6通过焊接一体化成型；套管压盖6与套管主体12通过螺纹连接；套管压盖6与套管主体12通过铜垫片7压紧密封；套管主体12与所述套管密封头16通过焊接一体化成型；

套管密封头16所述与盘管注入端管线17通过焊接成型；加热棒13上通过管线盘管15固定有注蒸汽管线8；注蒸汽管线8和管线盘管15、盘管注入端管线17整体通过焊接成型，保证了密封性；管线盘管15外层包裹有保温层14。

本发明实施例提供的可植入式微型蒸汽发生器具体包括：

加热控温组件、温度压力隔离组件、高温高压注入组件和高压舱穿越组件；

所述加热控温组件：包括加热棒13，热电偶11以及保温层14；用于供给热量；

所述温度压力隔离组件：包括套管压盖6、铜垫片7、套管主体12、套管密封头16；用于将内部加热控温组件和高压舱外部的温度压力隔离；

所述高温高压注入组件：包括注蒸汽管线8、管线盘管15、盘管注入端管线17；用于实现外部流体的内部流通，同时为注入端提供高温蒸汽；

所述高压舱穿越组件：包括金属密封接头1、舱壁2、管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5；用于实现加热控温组件和高温高压注入组件的穿舱功能。

如图2所示，本发明实施例提供的可植入式微型蒸汽发生器蒸汽注入方法具体包括：

S201，通过温度压力隔离组件将内部的加热棒及热电偶以及注蒸汽管线和高压舱内部的压力温度环境进行隔离处理，并将微型蒸汽发生器内部器件在常压下引出舱壁；

S202，通过加热棒正极导线和加热棒负极导线给加热棒提供热量输入；

S203，通过加热棒和管线盘管之间的紧密贴合和热传递作用，将系统的热量传输给盘管注入端管线；

S204，通过盘管注入端管线将高温高压蒸汽注入被加热的模型。

本发明实施例提供的可植入式微型蒸汽发生器由加热控温组件、温度压力隔离组件、高温高压注入组件和高压舱穿越组件构成。

本发明实施例提供的加热控温组件是本发明的热量供给部件，包括加热棒13，热电偶11以及包裹在热电偶11外侧的保温层14。

其中，热电偶11和加热棒13、管线盘管15通过盘管紧密贴合，管线盘管15外侧通过保温层14紧紧的包裹，既起到温度信号的传递作用，又能将加热棒13产生的热量保存在套管主体12内部。

本发明实施例提供的温度压力隔离组件由套管压盖6、铜垫片7、套管主体12、套管密封头16组成，用于将内部加热控温组件和高压舱外部的温度压力隔离的作用。

其中套管压盖6和套管主体12通过铜垫片7的压紧作用实现密封，套管压盖6和套管主体12形成螺纹连接，通过螺纹的预紧力作用将铜垫片7牢牢压紧，实现此处的密封；

套管主体12和套管密封头16之间通过焊接一体化成型；同时套管密封头16和盘管注入端管线17之间也通过焊接成型，通过以上各零件的机械连接和焊接，实现温度压力隔离组件的密封绝热功能。

本发明实施例提供的高温高压注入组件主要由注蒸汽管线8、管线盘管15、盘管注入端管线17组成，注蒸汽管线8通过管线盘管15形式固定在加热棒13上，注蒸汽管线8和管线盘管15、盘管注入端管线17整体通过焊接成型，保证了密封性，同时实现了外部流体的内部流通作用，通过管线盘管15在加热棒13上面的盘旋加热过程为盘管注入端管线17提供高温蒸汽。

本发明实施例提供的高压舱穿越组件主要由金属密封接头1、舱壁2、管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5组成，管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5和套管压盖6通过焊接一体化成型，成型前，注蒸汽管线8、加热棒正极导线9、加热棒负极导线10、热电偶11穿入管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5，并且引出舱壁2外部，穿舱后的管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5通过金属密封接头1实现和高压舱壁2的密封，通过以上连接和穿入结构实现加热控温组件和高温高压注入组件的穿舱功能。

本发明主要通过温度压力隔离组件将内部的加热棒13及热电偶11以及注蒸汽管线和高压舱内部的压力温度环境进行隔离处理，将微型蒸汽发生器内部器件在常压下引出舱壁2，既可以保证内部的加热棒正极导线9、加热棒负极导线10在运行过程中相互绝缘，又可以保证注蒸汽管线8、加热棒正极导线9、加热棒负极导线10、热电偶11等穿入线路在套管主体12内部不受外压，可以起到对内部元件的保护作用。

通过加热棒正极导线9和加热棒负极导线10给加热棒13提供热量输入，通过加热棒13和15管线盘管之间的紧密贴合和热传递作用，将系统的热量传输给盘管注入端管线17，通过盘管注入端管线17将高温高压蒸汽注入被加热的模型。

本发明主要实现通过管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5将微型蒸汽发生器内部的注蒸汽管线8及加热棒正极导线9、加热棒负极导线10、热电偶11保护起来，通过管线导管3、加热棒正负极导管4、热电偶导管5和舱壁2进行密封，实现微型蒸汽发生器在高压舱内部的植入布置和温度压力的隔绝。整体通过保温层14进行内部保温绝热后，加热控温组件的热量被保存在套管主体12的内部，从而实现对被加热模型的高温高压注入。

根据实验设定，注入口温度为430℃。我们将蒸汽发生器主机温度调整为430℃，然后记录传统型与植入型蒸汽发生器注入端在30分钟内的温度变化，绘制温度变化曲线如图3所示。

从曲线上可以很直观地发现新型蒸汽发生器不但比传统蒸汽发生器达到更高的温度，损失更少的热量，而且新型蒸汽发生器的加热速率要明显高于传统蒸汽发生器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可植入式微型蒸汽发生器，其特征在于，所述可植入式微型蒸汽发生器设置有：

热电偶；

所述热电偶与加热棒、管线盘管通过盘管紧密结合；所述热电偶、主蒸汽管线、加热棒正极导线、加热棒负极导线、管线导管、加热棒正负极导管、热电偶导管；

所述主蒸汽管线、加热棒正极导线、加热棒负极导线、热电偶引出舱壁外部；管线导管、加热棒正负极导管、热电偶导管通过金属密封接头实现与高压舱壁的密封；所述管线导管、加热棒正负极导管、热电偶导管与套管压盖通过焊接一体化成型；

所述套管压盖与套管主体通过螺纹连接；所述套管压盖与套管主体通过铜垫片压紧密封；所述套管主体与套管密封头通过焊接一体化成型；套管密封头与盘管注入端管线通过焊接成型；所述加热棒上通过管线盘管固定有注蒸汽管线；

所述注蒸汽管线和管线盘管、盘管注入端管线整体通过焊接成型；所述管线盘管外层包裹有保温层；

所述可植入式微型蒸汽发生器包括：

加热控温组件、温度压力隔离组件、高温高压注入组件和高压舱穿越组件；

所述加热控温组件：包括加热棒，热电偶以及保温层；用于供给热量；

所述温度压力隔离组件：包括套管压盖、铜垫片、套管主体、套管密封头；用于将内部加热控温组件和高压舱外部的温度压力隔离；

所述高温高压注入组件：包括注蒸汽管线、管线盘管、盘管注入端管线；用于实现外部流体的内部流通，同时为注入端提供高温蒸汽；

所述高压舱穿越组件：包括金属密封接头、舱壁、管线导管、加热棒正负极导管、热电偶导管；用于实现加热控温组件和高温高压注入组件的穿舱功能。

2.一种使用如权利要求1所述可植入式微型蒸汽发生器的可植入式微型蒸汽发生器蒸汽注入方法，其特征在于，所述可植入式微型蒸汽发生器蒸汽注入方法具体包括：

步骤一，通过温度压力隔离组件将内部的加热棒及热电偶以及注蒸汽管线和高压舱内部的压力温度环境进行隔离处理，并将微型蒸汽发生器内部器件在常压下引出舱壁；

步骤二，通过加热棒正极导线和加热棒负极导线给加热棒提供热量输入；

步骤三，通过加热棒和管线盘管之间的紧密贴合和热传递作用，将系统的热量传输给盘管注入端管线；

步骤四，通过盘管注入端管线将高温高压蒸汽注入被加热的模型。

3.一种应用权利要求1所述可植入式微型蒸汽发生器的石油注热开采系统。

4.一种应用权利要求1所述可植入式微型蒸汽发生器的化工注热开采系统。

5.一种应用权利要求1所述可植入式微型蒸汽发生器的能源矿产注热开采系统。

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