本發(fā)明涉及油頁巖原位開采技術領域，特別是涉及一種深層油頁巖原位開采渦流加熱器。

背景技術：

油頁巖是一種含有有機質的沉積巖，有機質含量通常為15％-50％，主要為腐泥質、腐殖質或混合型，無機礦物主要包含石英、高嶺土、粘土、碳酸鹽等。油頁巖經(jīng)過高溫干餾后可以獲得頁巖油、頁巖氣以及頁巖半焦，也被稱為人造石油。油頁巖的干餾主要分為兩種形式，包括地上干餾技術和地下干餾技術，地上干餾技術雖然技術已經(jīng)成熟，但是具有占地面積大、利用率低、污染嚴重以及成本高等缺點。而地下干餾技術不需要進行地表開采，直接對地下油頁巖加熱，具有產(chǎn)品質量好，占地面積小及采油率高等優(yōu)點。目前，世界上有多原位開采的方法，分為傳導加熱、對流加熱和輻射加熱三種方式。

就目前對流加熱方法，太原理工蒸汽對流加熱法(公開號為CN1676870A)通過布置群井，采用壓裂使群井連通，在注熱井中注入高溫烴類氣體對油頁巖層進行加熱形成油氣。蒸汽加熱的方式是地面加熱。

雪弗龍公司和Los Alamos國家實驗室于2006年聯(lián)合開發(fā)了CRUSH技術(公開號CN200780013312)。該技術將高溫CO₂作為傳熱氣體，對油頁巖層進行加熱，通過氣體壓力與應力的變化改變油頁巖的孔隙，本技術通過在地面加熱CO₂然后通入井下。先但是該技術用水需求大，技術難度大并且對環(huán)境有破壞。

EGL技術主要是通過對流和回流傳熱原理來加熱油頁巖層，分為加熱系統(tǒng)和采油系統(tǒng)兩個部分，加熱系統(tǒng)是一個封閉的環(huán)形系統(tǒng)，通過向系統(tǒng)中注入高溫的天然氣等氣體開啟裝置，一旦正常運行便可利用油頁巖熱解產(chǎn)生的氣體加熱，實現(xiàn)自己自足；氣體加熱的方式為燃燒加熱。此外，國內多家企業(yè)和高校也提出相似的專利，如CN103790563A提出一種油頁巖原位局部化學法提取頁巖油氣的方法，利用熱混合氣體在油頁巖層中形成局部化學反應區(qū)，隨著反應區(qū)的擴大，實現(xiàn)油頁巖的自催化裂解，產(chǎn)生油氣，并且對余熱進行第二次利用，氣體通過在地面燃燒加熱后再通入油頁巖層中；專利CN103696747A提出利用高溫氮氣加熱油頁巖層，再將氮氣與產(chǎn)生的可燃性烴類氣體按一定比例混合注入井內，與油頁巖發(fā)生化學反應，從而進一步裂解油頁巖。該技術氣體的加熱方式是地面加熱。

上述加熱方式能量消耗大，氣體的加熱方式都是地面加熱，在通入井下的過程中氣體熱量產(chǎn)生損失，導致開采成本增加，效率降低；地面加熱設備占地面積大，并且產(chǎn)生一定的噪聲和熱輻射，對環(huán)境有一定的污染。傳統(tǒng)的電加熱方式在加熱氣體時存在電阻絲、加熱線圈短路、熱損失高等缺點，當加熱溫度過高時會存在安全隱患。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有油頁巖開采加熱器存在的效率低、成本高、熱損失高、污染環(huán)境等問題，而提供的一種深層油頁巖原位開采渦流加熱器。

本發(fā)明包括絕緣殼體、上端蓋、下端蓋、外陶瓷層、內陶瓷層、耐高溫勵磁線圈、保溫層、絕緣套管、單向閥、上溫度傳感器、下溫度傳感器和螺紋纏繞式不銹鋼管；

其中絕緣殼體為圓柱形結構，絕緣殼體的上頂端和下頂端分別設置有上密封層和下密封層，上密封層、下密封層和絕緣殼體組成密封腔體；絕緣殼體的內部依次設置有保溫層、外陶瓷層、耐高溫勵磁線圈和內陶瓷層。

螺紋纏繞式不銹鋼管設置在內陶瓷層內的空腔里。

在內陶瓷層內的空腔內可以設置有數(shù)個穿透過上密封層和下密封層122的絕緣導熱流體管道，絕緣導熱流體管道的兩個端口設置有卡扣，以增密閉性。

所述的螺紋纏繞式不銹鋼管可以穿透過上密封層，在上密封層的上表面形成數(shù)個鋼管入口。

絕緣套管穿套在螺紋纏繞式不銹鋼管所形成的空腔中。

上端蓋和下端蓋分別設置在殼體的上端和下端，上端蓋上開設有流體入口，下端蓋開設有流體出口。

上端蓋上開設有兩個接線孔；上密封層和下密封層上分別穿設有接線柱；下密封層上設置有溫度傳感器支架，下溫度傳感器設置在溫度傳感器支架上。

流體出口內部設置有單向閥。

所述的上端蓋和下端蓋分別與絕緣殼體螺接。

耐高溫勵磁線圈通過接線柱與穿過接線孔的導線連接。

本發(fā)明的工作過程及原理為：

耐高溫勵磁線圈產(chǎn)生交變磁場，螺紋纏繞式不銹鋼管在磁場作用下產(chǎn)生熱量，隨后熱量傳遞給通過渦流加熱器的流體，實現(xiàn)對流體的加熱。

將渦流加熱器放入井下，向渦流加熱器中通入常溫的流體，流體被加熱后直接進入油頁巖層中對油頁巖進行熱解。

當流體采用的是導電流體時，渦流加熱器采用的是在內陶瓷層內的空腔內設置有數(shù)個穿透過上密封層和下密封層的絕緣導熱流體管道的結構。導電流體通過流體入口進入絕緣導熱流體管道，通電后，耐高溫勵磁線圈產(chǎn)生交變磁場，螺紋纏繞式不銹鋼管在磁場作用下產(chǎn)生熱量，隨后熱量傳遞給通過絕緣導熱流體管道的導電流體，被加熱后的導電流體通過流體出口直接進入油頁巖層中對油頁巖進行熱解。

當流體采用的是不導電流體時，渦流加熱器采用的是螺紋纏繞式不銹鋼管穿透過上密封層，在上密封層的上表面形成數(shù)個鋼管入口的結構。不導電流體通過接線柱與上密封層之間的空隙進入外陶瓷層和內陶瓷層之間即耐高溫勵磁線圈的周圍，同時不導電流體也通過鋼管入口進入螺紋纏繞式不銹鋼管。通電后，耐高溫勵磁線圈產(chǎn)生交變磁場，螺紋纏繞式不銹鋼管在磁場作用下產(chǎn)生熱量，隨后熱量傳遞給通過不導電流體，被加熱后的不導電流體通過流體出口直接進入油頁巖層中對油頁巖進行熱解。

所述的上溫度傳感器和下溫度傳感器用于測試加熱器流體入口溫度和出口溫度；上溫度傳感器和下溫度傳感器的接線端與PLC控制器連接，當入口溫度和出口溫度低于或者高于設定的最高溫度時，PLC控制器接收信號通過控制高頻電源主機的通斷與頻率的大小來實現(xiàn)對流體溫度的控制。其中耐高溫勵磁線圈、上溫度傳感器和下溫度傳感器通過渦流加熱器的左右兩側不同的接線孔分別與地面的高頻電源和數(shù)據(jù)測控線相連接，防止耐高溫勵磁線圈與上溫度傳感器和下溫度傳感器相互干擾。

所述的單向閥位于加熱器的出口，保證了流體的單向流動，防止流體回流。

對于加熱導電流體，流體通過絕緣導熱流體管道對耐高溫勵磁線圈進行冷卻，保證加熱系統(tǒng)的絕緣性；對于加熱不導電的流體，流體通過直接接觸耐高溫勵磁線圈對耐高溫勵磁線圈進行冷卻。

本發(fā)明的有益效果：與傳統(tǒng)的地表加熱流體相比，本發(fā)明加熱效率高，運行成本低，并且增加了耐高溫勵磁線圈的冷卻，冷卻流體為待加熱的流體，實現(xiàn)能量的二次利用，延長加熱器的使用壽命。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用渦流效應實現(xiàn)對常溫流體(包括氮氣、空氣、烴類氣體、二氧化碳、水等)的井下加熱，加熱的流體直接加熱油頁巖層，減少流體的熱損失，同時減少常規(guī)地表流體加熱的噪音、占地和熱輻射，油頁巖的干酪根熱解生成頁巖油和可燃氣體，可燃氣體經(jīng)過分離之后可直接通入到工作井中，實現(xiàn)對能量的循環(huán)利用。這種方式能夠增加油頁巖的加熱效率，降低加熱成本，且該方法對地下水無污染，適應性較強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中加熱流體為導電流體的加熱器剖視圖。

圖2為本發(fā)明實施例中加熱流體為不導電流體的加熱器剖視圖。

圖3為本發(fā)明實施例中圖1的A-A向剖視圖。

圖4為本發(fā)明實施例中圖2的B-B向剖視圖。

圖5為本發(fā)明實施例的油頁巖原位豎直井開采原理圖。

圖6為本發(fā)明實施例中螺紋纏繞式不銹鋼管的局部剖視圖。

具體實施方式

請參閱圖1、圖3、圖5和圖6所示，為本發(fā)明的第一實施例，本實施例包括絕緣殼體12、上端蓋25、下端蓋27、外陶瓷層131、內陶瓷層132、耐高溫勵磁線圈14、保溫層15、絕緣套管18、單向閥19、上溫度傳感器201、下溫度傳感器202和螺紋纏繞式不銹鋼管22；

其中絕緣殼體12為圓柱形結構，絕緣殼體12的上頂端和下頂端分別設置有上密封層121和下密封層122，上密封層121、下密封層122和絕緣殼體12組成密封腔體；絕緣殼體12的內部依次設置有保溫層15、外陶瓷層131、耐高溫勵磁線圈14和內陶瓷層132。

螺紋纏繞式不銹鋼管22設置在內陶瓷層132內的空腔里。

在內陶瓷層132內的空腔內可以設置有數(shù)個穿透過上密封層121和下密封層122的絕緣導熱流體管道17，絕緣導熱流體管道17的兩個端口設置有卡扣，以增密閉性。

絕緣套管18穿套在螺紋纏繞式不銹鋼管22所形成的空腔中。

上端蓋25和下端蓋27分別設置在殼體12的上端和下端，上端蓋25上開設有流體入口251，下端蓋27開設有流體出口271。

上端蓋25上開設有兩個接線孔23；上密封層121和下密封層122上分別穿設有接線柱16；下密封層122上設置有溫度傳感器支架21，下溫度傳感器202設置在溫度傳感器支架21上。

流體出口271內部設置有單向閥19。

所述的上端蓋25和下端蓋27分別與絕緣殼體12螺接。

耐高溫勵磁線圈14通過接線柱16與穿過接線孔23的導線連接。

本實施例的工作過程及原理為：當流體采用的是導電流體時，渦流加熱器采用的是在內陶瓷層132內的空腔內設置有數(shù)個穿透過上密封層121和下密封層122的絕緣導熱流體管道17的結構。導電流體通過流體入口251進入絕緣導熱流體管道17，通電后，耐高溫勵磁線圈14產(chǎn)生交變磁場，螺紋纏繞式不銹鋼管22在磁場作用下產(chǎn)生熱量，隨后熱量傳遞給通過絕緣導熱流體管道17的導電流體，被加熱后的導電流體通過流體出口271直接進入油頁巖層中對油頁巖進行熱解。

所述的上溫度傳感器201和下溫度傳感器202用于測試加熱器流體入口溫度和出口溫度；上溫度傳感器201和下溫度傳感器202的接線端與PLC控制器連接，當入口溫度和出口溫度低于或者高于設定的最高溫度時，PLC控制器接收信號通過控制高頻電源主機的通斷與頻率的大小來實現(xiàn)對流體溫度的控制。其中耐高溫勵磁線圈14、上溫度傳感器201和下溫度傳感器202通過渦流加熱器的左右兩側不同的接線孔分別與地面的高頻電源和數(shù)據(jù)測控線相連接，防止耐高溫勵磁線圈14與上溫度傳感器201和下溫度傳感器202相互干擾。

所述的單向閥位于加熱器的出口，保證了流體的單向流動，防止流體回流。

對于加熱導電流體，流體通過絕緣導熱流體管道對耐高溫勵磁線圈進行冷卻，保證加熱系統(tǒng)的絕緣性。

請參閱圖2、圖4、圖5和圖6所示，為本發(fā)明的第二實施例，本實施例包括絕緣殼體12、上端蓋25、下端蓋27、外陶瓷層131、內陶瓷層132、耐高溫勵磁線圈14、保溫層15、絕緣套管18、單向閥19、上溫度傳感器201、下溫度傳感器202和螺紋纏繞式不銹鋼管22；

其中絕緣殼體12為圓柱形結構，絕緣殼體12的上頂端和下頂端分別設置有上密封層121和下密封層122，上密封層121、下密封層122和絕緣殼體12組成密封腔體；絕緣殼體12的內部依次設置有保溫層15、外陶瓷層131、耐高溫勵磁線圈14和內陶瓷層132。

螺紋纏繞式不銹鋼管22設置在內陶瓷層132內的空腔里。

所述的螺紋纏繞式不銹鋼管22穿透過上密封層121，在上密封層121的上表面形成數(shù)個鋼管入口。

絕緣套管18穿套在螺紋纏繞式不銹鋼管22所形成的空腔中。

上端蓋25和下端蓋27分別設置在殼體12的上端和下端，上端蓋25上開設有流體入口251，下端蓋27開設有流體出口271。

上端蓋25上開設有兩個接線孔23；上密封層121和下密封層122上分別穿設有接線柱16；下密封層122上設置有溫度傳感器支架21，下溫度傳感器202設置在溫度傳感器支架21上。

流體出口271內部設置有單向閥19。

所述的上端蓋25和下端蓋27分別與絕緣殼體12螺接。

耐高溫勵磁線圈14通過接線柱16與穿過接線孔23的導線連接。

當流體采用的是不導電流體時，渦流加熱器采用的是螺紋纏繞式不銹鋼管22穿透過上密封層121，在上密封層121的上表面形成數(shù)個鋼管入口的結構。不導電流體通過接線柱16與上密封層121之間的空隙進入外陶瓷層131和內陶瓷層132之間即耐高溫勵磁線圈14的周圍，同時不導電流體也通過鋼管入口進入螺紋纏繞式不銹鋼管22。通電后，耐高溫勵磁線圈14產(chǎn)生交變磁場，螺紋纏繞式不銹鋼管22在磁場作用下產(chǎn)生熱量，隨后熱量傳遞給通過不導電流體，被加熱后的不導電流體通過流體出口271直接進入油頁巖層中對油頁巖進行熱解。

所述的上溫度傳感器201和下溫度傳感器202用于測試加熱器流體入口溫度和出口溫度；上溫度傳感器201和下溫度傳感器202的接線端與PLC控制器連接，當入口溫度和出口溫度低于或者高于設定的最高溫度時，PLC控制器接收信號通過控制高頻電源主機的通斷與頻率的大小來實現(xiàn)對流體溫度的控制。其中耐高溫勵磁線圈14、上溫度傳感器201和下溫度傳感器202通過渦流加熱器的左右兩側不同的接線孔分別與地面的高頻電源和數(shù)據(jù)測控線相連接，防止耐高溫勵磁線圈14與上溫度傳感器201和下溫度傳感器202相互干擾。

所述的單向閥位于加熱器的出口，保證了流體的單向流動，防止流體回流。

對于加熱不導電的流體，流體通過直接接觸耐高溫勵磁線圈對耐高溫勵磁線圈進行冷卻。