專利名稱：超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種油田采油領(lǐng)域中所用的抽油桿熱管，特別是一種超長(zhǎng)抽油桿
螺紋熱管。
技術(shù)背景 在油田的稠油井、高凝油井及高含蠟油井中，將電加熱等設(shè)備放置于抽油桿內(nèi)，以 改善井筒原油的流動(dòng)性。這類抽油桿上端伸出井口并與抽油機(jī)相連，下端連接抽油泵。依 靠抽油泵及抽油機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將原油從地下抽上來(lái)，從油井井口排出。 一般，抽油桿的長(zhǎng) 度隨油層的深淺而不同，大部分在1000m以上。抽油桿外徑一般為36 51mm，壁厚為6 8mm。油井中所用抽油桿是由逐根抽油桿相互用套管螺紋密封聯(lián)結(jié)構(gòu)成的。每根桿的長(zhǎng)度 在8 15m之間。在油井中，原油上升速度因井深和流量而不同，從井底到井口一般需要幾 個(gè)小時(shí)甚至十幾個(gè)小時(shí)。在這樣一個(gè)漫長(zhǎng)的向上流動(dòng)的過(guò)程中，由于油管通過(guò)套管向地層 散熱，油管內(nèi)的原油溫度會(huì)由下而上逐漸降低，大約每100米下降3t:。隨著溫度的降低，油 管內(nèi)的粘度_溫度關(guān)系呈指數(shù)關(guān)系迅速升高，原油的流動(dòng)性會(huì)逐漸下降，甚至不流動(dòng)。有的 原油會(huì)析出蠟并附著在桿、管壁上，到一定程度則會(huì)造成油井事故，妨礙油井生產(chǎn)的正常運(yùn) 行和開(kāi)采。為了降低油井中原油的黏度和凝固點(diǎn)，防止析蠟的產(chǎn)生，目前應(yīng)用較廣泛的技術(shù) 主要為電磁加熱降粘法，這種方法耗電量多，成本高，且有時(shí)會(huì)漏電產(chǎn)生爆管現(xiàn)象，使安全 得不到充分保證，降低油井經(jīng)濟(jì)效益。 近年來(lái)，一種新的油井加熱方式即抽油桿熱管加熱法受到了關(guān)注。其基本原理是
將抽油桿做成熱管，利用熱管內(nèi)介質(zhì)的相變傳熱原理，將油井下部具有較高溫度的原油的
熱量傳至油管上部，用以提高油井中上部原油的溫度，降低原油的黏度，防止原油析蠟，從
而保證油井的正常運(yùn)行。重力熱管的典型結(jié)構(gòu)和基本傳熱原理如圖3所示。 但是，目前直接采用了傳統(tǒng)的壁面光滑的工業(yè)用管子作為典型的熱管，超長(zhǎng)的抽
油桿熱管與傳統(tǒng)的壁面光滑的工業(yè)用典型的熱管相比具有良好的相變傳熱特性和流動(dòng)性，
在原油漫長(zhǎng)的向上流動(dòng)的過(guò)程中壁面光滑的熱管內(nèi)側(cè)難于有效產(chǎn)生良好的兩相沸騰和冷
凝換熱，使兩相流的阻力過(guò)大造成熱管內(nèi)部的傳熱障礙；同時(shí)熱管外側(cè)也難于有效形成良
好的單相對(duì)流換熱
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服背景技術(shù)中存在的壁面光滑的熱管內(nèi)側(cè) 難于有效產(chǎn)生良好的兩相沸騰和冷凝換熱而造成熱管內(nèi)部的傳熱障礙及熱管外側(cè)難于有 效形成良好的單相對(duì)流換熱的問(wèn)題，而提供一種超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，該超長(zhǎng)抽油桿螺紋 熱管由于管壁內(nèi)外表面有螺紋增加了換熱傳熱面積，減少了熱管內(nèi)部的傳熱障礙及強(qiáng)化熱 管外側(cè)單相對(duì)流換熱，保證了抽油桿熱管的高效傳熱，抑制原油的析蠟，降低原油粘度，保 證抽油桿的正常工作。
本實(shí)用新型解決其問(wèn)題可通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)達(dá)到該超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管包括由若干個(gè)抽油管段密封連接而成的抽油桿熱管，抽油桿熱管的內(nèi)腔形成一個(gè)裝有工作介質(zhì)
的密封腔，密封腔上下段分別為冷凝段及蒸發(fā)段，所述的密封腔的腔體為螺紋管狀。 所述的密封腔由密閉安裝在抽油桿上端的上堵蓋、密閉安裝在抽油桿內(nèi)下方的下
堵蓋、上下堵蓋間裝有工作介質(zhì)的抽油桿熱管構(gòu)成。 所述的上堵蓋上設(shè)置壓力表和安全閥； 所述的密封腔的腔體為單頭螺紋管或多頭螺紋管； 所述的密封腔的冷凝段為單頭螺紋管，蒸發(fā)段為多頭螺紋管； 所述的密封腔的冷凝段為多頭螺紋管，蒸發(fā)段為單頭螺紋管； 所述的密封腔內(nèi)及原油通道內(nèi)接有溫度傳感器； 所述的密封腔內(nèi)的工作介質(zhì)是液氨。 本實(shí)用新型與上述背景技術(shù)相比較可具有如下有益效果該超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管 由于采用上述結(jié)構(gòu)，在超長(zhǎng)熱管上應(yīng)用了單頭及變節(jié)距的多頭螺紋管作為換熱面，有效地 克服了在超長(zhǎng)熱管內(nèi)液池的沸騰難題和兩相流動(dòng)所遇到的阻力和障礙，抑制了熱管外側(cè)表 面流動(dòng)邊界層的形成，增加熱管外側(cè)表面的傳熱表面積，使抽油桿熱管能夠達(dá)到高效傳熱 和正常運(yùn)行。單頭內(nèi)螺紋管與多頭螺紋管的組合，有效增加熱管內(nèi)相變換熱效率和熱管外 部對(duì)流換熱。實(shí)現(xiàn)了利用熱管原理使油井中原油在上升過(guò)程中達(dá)到自行加熱降粘、防止析 蠟，從而保證油井的正常運(yùn)行，安全性較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可重復(fù)使用，降低了采油 成本。

附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是本實(shí)用新型的原理圖； 附圖3是熱管基本傳熱原理圖(一表示冷源，一表示熱源)； 附圖4是本實(shí)用新型的單頭螺紋熱管結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5是本實(shí)用新型的多頭螺紋熱管結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖6是本實(shí)用新型的螺紋熱管與光管內(nèi)側(cè)傳熱特性對(duì)比曲線圖； 附圖7是本實(shí)用新型的螺紋熱管與光管外側(cè)原油溫度變化特性 對(duì)比曲線圖； 附圖8是本實(shí)用新型的螺紋熱管與光管換熱面積的對(duì)比曲線圖。 圖中1-下堵蓋，2-抽油桿熱管，3-油管柱，4-溫度傳感器，5-上堵蓋，6_安全閥，
7-壓力表，8-蒸發(fā)段，9-冷凝段，10-原油通道，11-提升泵，12-密封腔。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖將對(duì)實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明 附圖1結(jié)合圖2所示，該超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管包括由若干個(gè)抽油管段密封連接而 成的抽油桿熱管2，抽油桿熱管2的內(nèi)腔形成一個(gè)裝有工作介質(zhì)的密封腔12，密封腔12上 段為熱管冷凝段9，密封腔12下段為熱管蒸發(fā)段8，所述的密封腔12的腔體為螺紋管狀，密 封腔12由密閉安裝在抽油桿上端的上堵蓋5、密閉安裝在抽油桿內(nèi)下方的下堵蓋1及上下 堵蓋間裝有工作介質(zhì)的抽油桿熱管2構(gòu)成，下堵蓋1的位置要根據(jù)油層溫度而定，所述的上堵蓋5上設(shè)置壓力表7和安全閥6，安全閥6 —般處于常閉狀態(tài)，安全閥6的作用是在非工 作狀態(tài)時(shí)打開(kāi)使裝有工作介質(zhì)的密封腔2與外界大氣連通，使工作介質(zhì)自動(dòng)放出；也可以 在工作狀態(tài)下瞬時(shí)打開(kāi)，以排除上部可能存在的不凝結(jié)氣體；抽油桿熱管2內(nèi)工作介質(zhì)通 過(guò)壓力表7和安全閥6的定壓，防止向外泄漏和外界氣體(空氣等)向熱管內(nèi)滲漏，保證抽 油桿熱管2的運(yùn)行效果；抽油桿熱管2與外部的油管柱3構(gòu)成原油通道IO，所述的密封腔 12的螺紋管腔體可以為單頭螺紋也可以為多頭螺紋，如圖4及圖5所示；或者密封腔12的 冷凝段9為單頭螺紋管，蒸發(fā)段8為多頭螺紋管；或者密封腔12的冷凝段9為多頭螺紋管， 蒸發(fā)段8為單頭螺紋管；所述的多頭螺紋管可以為二頭螺紋管、三頭螺紋管或四頭螺紋管；
對(duì)所述的多頭螺紋管為二頭螺紋管、三頭螺紋管、四頭螺紋管的情況下分別測(cè)試不同雷諾
準(zhǔn)則數(shù)Re時(shí)的努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)Nu，與光滑管壁的光管抽油桿在相同雷諾準(zhǔn)則數(shù)Re時(shí)努謝 爾特準(zhǔn)則數(shù)Nu相比，得出如圖6所示的螺紋熱管與光管抽油桿內(nèi)側(cè)傳熱特性對(duì)比曲線圖。 可見(jiàn)，在相同雷諾準(zhǔn)則數(shù)Re下即流動(dòng)狀態(tài)相同的情況下，不同螺紋結(jié)構(gòu)與光滑管壁熱管傳 熱特性相比較，螺紋管的努謝爾數(shù)Nu明顯高于光滑管，即螺紋管壁的抽油桿熱管2具有更 良好的傳熱性，有利于將油井底部熱量自動(dòng)輸送到油井上部，如圖7所示，從而有效提高油 井上部原油溫度，遠(yuǎn)離原油的析蠟溫度；同時(shí)提高原油在井筒內(nèi)的平均溫度，有效降低原油 粘度，減小原油在井筒內(nèi)的流動(dòng)阻力，從而可以降低抽油機(jī)的電功率。單頭螺紋管與多頭螺 紋管單獨(dú)使用及單頭螺紋管與多頭螺紋管的組合使用，使密封腔12外擴(kuò)展螺紋表面向原 油通道10的傳熱表面積增加，如圖8所示，同時(shí)增加管內(nèi)和管外的傳熱能力，從而能有效提 高相變換熱效率。其中單頭螺紋管節(jié)距為5-12的螺紋mm，槽深0. 5-5mm ;多頭螺紋管變節(jié) 距為10-40mm，變槽深0. 4-8mm。所述的密封腔12內(nèi)及原油通道10內(nèi)分別接有溫度傳感器 4，所述溫度傳感器4設(shè)有三個(gè)測(cè)試探頭，其中兩個(gè)測(cè)試探頭分別嵌入裝有工作介質(zhì)的密封 腔12內(nèi)，用于監(jiān)視密封腔內(nèi)冷凝段9及蒸發(fā)段8的溫度，所述溫度傳感器4剩下的一個(gè)測(cè) 試探頭插入到原油通道10內(nèi)，用于測(cè)試油井內(nèi)的原油溫度，溫度傳感器4用于運(yùn)行監(jiān)視，有 效保證其熱管有效性。所述的密封腔12內(nèi)的工作介質(zhì)是液氨，熱管外的原油溫度為IO(TC 至3(TC，而管內(nèi)工質(zhì)的溫度范圍為8(TC至5(rC，在上述溫度范圍內(nèi)，液氨可以表現(xiàn)出優(yōu)異 的傳熱特性，并且與油井防止原油析蠟的要求相符合。 該超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管的工作原理是如圖2及圖3所示，本實(shí)用新型是將典型的 光管熱管傳熱原理應(yīng)用于油井中的抽油桿上，將細(xì)長(zhǎng)的抽油桿的一部分做成了螺紋熱管。 通過(guò)提升泵11連續(xù)提升的原油既是熱管的熱源又是熱管的冷源。在油井下部，當(dāng)原油的溫 度較高時(shí)，是超長(zhǎng)的螺紋熱管的熱源，熱量由原油傳給螺紋熱管；而在油井上部，當(dāng)原油溫 度逐漸降低時(shí)，在某一高度上，原油的溫度開(kāi)始低于內(nèi)螺紋熱管內(nèi)的介質(zhì)溫度，熱量由螺紋 熱管傳向原油，對(duì)原油進(jìn)行加熱。對(duì)超長(zhǎng)的螺紋熱管而言，其蒸發(fā)段8和冷凝段9的分界點(diǎn) 是由各傳熱因素自行決定的。蒸發(fā)段和冷凝段采用單頭螺紋、變節(jié)距的多頭螺紋及單頭螺 紋與變節(jié)距的多頭螺紋的不同組合。不論是在蒸發(fā)段還是在冷凝段，熱源或冷源溫度與熱 管內(nèi)溫度的傳熱溫差隨熱管高度是逐漸變化的。在蒸發(fā)段，該溫差由下而上逐漸減小，進(jìn)入 冷凝段之后，該溫差又逐漸增大。因而超長(zhǎng)的螺紋熱管在不同高度處通過(guò)壁面的熱流密度 是不同的。由于螺紋管的旋流影響，螺紋管內(nèi)表面可以在低的質(zhì)量流速下實(shí)現(xiàn)核態(tài)沸騰，即 使在發(fā)生傳熱惡化時(shí)，螺紋管的內(nèi)表面壁溫也遠(yuǎn)低于光管熱管內(nèi)表面壁溫，所以螺紋熱管 可以改善傳熱，有效地推遲傳熱惡化，因此與光滑管壁比較，螺紋抽油桿熱管可以進(jìn)行更有效的沸騰和冷凝換熱，由附圖6可見(jiàn)相同雷諾數(shù)下，螺紋管壁抽油桿熱管比光滑管壁熱管 具有更良好的傳熱性。 本實(shí)用新型所述的螺紋熱管，其長(zhǎng)度在幾百米甚至上千米，這種超長(zhǎng)的螺紋熱管 和獨(dú)特的傳熱條件，使抽油桿熱管能夠達(dá)到高效傳熱，實(shí)現(xiàn)了利用熱管原理使油井中原油 在上升過(guò)程中自行加熱降粘、防止析蠟，從而保證油井的正常運(yùn)行。
權(quán)利要求一種超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，包括由若干個(gè)抽油管段密封連接而成的抽油桿熱管(2)，抽油桿熱管(2)的內(nèi)腔形成一個(gè)裝有工作介質(zhì)的密封腔(12)，密封腔(12)上下段分別為冷凝段(9)及蒸發(fā)段(8)，其特征在于所述的密封腔(12)的腔體為螺紋管狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，其特征在于所述的密封腔(12)由密 閉安裝在抽油桿上端的上堵蓋(5)、密閉安裝在抽油桿內(nèi)下方的下堵蓋(1)、上下堵蓋間裝 有工作介質(zhì)的抽油桿熱管(2)構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，其特征在于所述的上堵蓋(5)上設(shè) 置壓力表(7)和安全閥(6)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，其特征在于所述的密封腔 (12)的腔體為單頭螺紋管或多頭螺紋管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，其特征在于所述的密封腔 (12)的冷凝段(9)為單頭螺紋管，蒸發(fā)段(8)為多頭螺紋管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，其特征在于所述的密封腔 (12)的冷凝段(9)為多頭螺紋管，蒸發(fā)段(8)為單頭螺紋管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，其特征在于所述的密封腔 (12)內(nèi)及原油通道(10)內(nèi)接有溫度傳感器(4)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管，其特征在于所述的密封腔(12)內(nèi)的 工作分質(zhì)是液氨。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管。主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的壁面光滑的熱管內(nèi)側(cè)難于有效產(chǎn)生良好的兩相沸騰和冷凝換熱而造成熱管內(nèi)部的傳熱障礙及熱管外側(cè)難于有效形成良好的單相對(duì)流換熱的問(wèn)題。其特征在于所述的密封腔(12)的腔體為螺紋管狀，所述的密封腔(12)由密閉安裝在抽油桿上端的上堵蓋(5)、密閉安裝在抽油桿內(nèi)下方的下堵蓋(1)、上下堵蓋間裝有工作介質(zhì)的抽油桿熱管(2)構(gòu)成。該超長(zhǎng)抽油桿螺紋熱管由于管壁內(nèi)外表面有螺紋增加了換熱傳熱面積，減少了熱管內(nèi)部的傳熱障礙及強(qiáng)化熱管外側(cè)單相對(duì)流換熱，保證了抽油桿熱管的高效傳熱，抑制原油的析蠟，降低原油粘度，保證抽油機(jī)的正常運(yùn)。
文檔編號(hào)E21B17/00GK201546690SQ20092027081
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者劉永建, 杜婉琳, 王常斌, 王淑彥 申請(qǐng)人:大慶石油學(xué)院