一种集成式井下多元热流体发生器头部

技术领域

本发明涉及石油工程稠油热采设备技术领域，具体涉及一种集成式井下多元热流体发生器头部。

背景技术

多元热流体技术热力开采稠油是一种非常高效的新技术，其具有燃烧效率高、零碳注入环保节能的优势，多元热流体技术输出的高温多元热流体具有综合增油机理，可大幅提高单井产能和提高原油采收率。

多元热流体技术用于油砂开采，其核心装备是井下发生器。井下发生器是基于地面多元热流体发生器的一种新型油田增产装备，该装备将位于地面的多元热流体发生器小型化、集成化，放入到油井中直接生成高温高压的多元热流体，以达到提高油田采收率的目的。但是，由于井下发生器安装于油井套管内部使用，受油井套管内部空间的限制，井下发生器的最大外径只能做到160mm，并且受油井套管内径尺寸较小的限制，发生器头部无法使用现有法兰与油管进行连接；现有井下发生器使用时，水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器均设置于对应的管线上，从而致使管线上的接口位置较多，存在接口位置泄露的隐患。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种集成式井下多元热流体发生器头部，基于同心管的方式在前端部设计了同轴邻接的螺纹孔一、螺纹孔二，以便使用两种不同内径尺寸规格的空气管线和水管线套接组成的同心管直接与发生器头部连接；若干水通道环向间隔分布于头部本体的外周侧，使流经发生器的水体最大程度的带走发生器头部的热量，避免发生器头部过热；水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器均集成于头部本体内部，使发生器头部集成度高、体积显著缩小，相对于水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器外接于管线上的方式，显著减少连接接口，同时减少接口位置处的泄露隐患；油通道位于头部本体的一侧，并通过螺纹孔三连接连续油管，连接方式简单，并且与空气管线和水管线不干扰；空气通道内流出的空气流与燃料通道后端出口流出的柴油在发生器头部后端充分掺混后喷出，确保发生器头部所喷出的柴油空气混合物在燃烧器内得以充分燃烧；结构设计简单合理，制备实施可行性高，实用性强。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种集成式井下多元热流体发生器头部，包括头部本体，所述的头部本体沿轴线方向从前向后依次设有首尾相接的螺纹孔一、螺纹孔二和喷嘴本体，所述的喷嘴本体固设于头部本体后端的中心孔内，所述的螺纹孔一的内径>螺纹孔二的内径，所述的头部本体外周侧环向间隔设有若干水通道，所述的水通道前端口环向分布于螺纹孔一的底面外周侧、后端口环向分布于头部本体的后端面外周侧，水通道内部安装有水止回阀，水通道后端安装有水喷嘴；

所述的喷嘴本体内部设有沿轴线方向的燃料通道，燃料通道的前端部封闭、后端部设有若干与所述的头部本体后端外部相贯通的喷嘴孔道，所述的头部本体上开设有油通道，所述的油通道前端设有位于头部本体的前端面外周侧的螺纹孔三，油通道后端与所述的燃料通道贯通相接；

所述的头部本体后端环向间隔设有若干环绕于所述的喷嘴本体外周侧的空气通道，所述的空气通道前端与螺纹孔二相贯通，空气通道后端设有朝向燃料通道后端出口的第四斜管段；

所述的头部本体上安装有用于测定空气通道内部空气压力的空气压力传感器、用于测定水通道内部水压力的水压力传感器、用于测定油通道内部油压力的油压力传感器；

所述的头部本体上设有点火器安装通道，所述的点火器安装通道前端与头部本体前端外部相贯通，点火器安装通道后端贯通头部本体的后端面并与所述的喷嘴孔道后端出口相对应，所述的点火器安装通道内部安装有点火器。

本发明的一种集成式井下多元热流体发生器头部，基于同心管的方式在前端部设计了同轴邻接的螺纹孔一、螺纹孔二，以便使用两种不同内径尺寸规格的空气管线和水管线套接组成的同心管直接与发生器头部连接；若干水通道环向间隔分布于头部本体的外周侧，使流经发生器的水体最大程度的带走发生器头部的热量，避免发生器头部过热；水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器均集成于头部本体内部，使发生器头部集成度高、体积显著缩小，相对于水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器外接于管线上的方式，显著减少连接接口，同时减少接口位置处的泄露隐患；油通道位于头部本体的一侧，并通过螺纹孔三连接连续油管，连接方式简单，并且与空气管线和水管线不干扰；空气通道内流出的空气流与燃料通道后端出口流出的柴油在发生器头部后端充分掺混后喷出，确保发生器头部所喷出的柴油空气混合物在燃烧器内得以充分燃烧；结构设计简单合理，制备实施可行性高，实用性强。

优选的技术方案是，所述的水通道包括从前向后首尾连通的第一斜管段和第一直管段，所述的第一斜管段沿水流的喷射方向径向向外倾斜设置，所述的水止回阀和水喷嘴均安装于所述的第一直管段内部。该结构设计的水通道确保了发生器头部与水管线的对接便捷性，同时第一直管段便于水止回阀和水喷嘴的安装，并且水通道整体位于头部本体的外周侧，可以有效避让空气通道、油通道和喷嘴本体，使头部本体结构设计布局合理，有助于头部本体的小型集成化设计。

优选的技术方案还有，所述的喷嘴本体后端的外周侧面上设有环向凹槽一，喷嘴本体的后端部设有若干环绕于所述的喷嘴孔道外周侧的第二斜管段，所述的第二斜管段沿空气流的喷射方向径向向内倾斜设置，第二斜管段的前端口与所述的环向凹槽一贯通连接，第二斜管段的后端口分布于喷嘴本体的后端面上，所述的喷嘴孔道的后端口与第二斜管段贯通相接；

所述的空气通道包括从前向后首尾连通的第三斜管段和第五斜管段，所述的第三斜管段和第五斜管段均沿空气流的喷射方向径向向外倾斜设置，所述的第五斜管段的后端口分布于所述的头部本体的外周侧面后端，所述的第四斜管段沿空气流的喷射方向径向向内倾斜设置，第四斜管段的前端与所述的第三斜管段后端贯通相接，第四斜管段的后端与所述的环向凹槽一贯通相接。流经空气通道内的一部分空气经由第四斜管段、环向凹槽一、第二斜管段从发生器后端喷出，同时流经燃料通道、喷嘴孔道内的柴油在第二斜管段内与空气流充分掺混后一起雾化喷出进入燃烧器内燃烧，确保了柴油与空气混合物在燃烧器内的燃烧效率；流经空气通道内的另一部分空气经第三斜管段和第五斜管段向发生器头部的后侧喷出，使喷出的空气可以将安装于发生器头部后端内衬内壁上的热量带走，以充分冷却内衬内壁，有效避免内衬内壁面过热烧蚀。

进一步优选的技术方案有，所述的喷嘴本体前端部设有端盖，所述的端盖中心安装有用于封堵所述的燃料通道前端口的封堵螺丝，所述的端盖上设有若干环绕于燃料通道外周侧的气孔，所述的第三斜管段的前端口与所述的端盖后端面间存在环形间隙，端盖的外周侧面与所述的螺纹孔二的内壁面后端设有相互适配的螺纹结构，所述的喷嘴本体通过端盖螺接安装于所述的头部本体上。喷嘴本体上的燃料通道前端为敞口式设计，确保喷嘴本体加工的便捷性；喷嘴本体在头部本体上的安装方式简单，确保发生器头部的组装加工效率；端盖的设计使空气通道的结构设计更佳合理化，确保了空气流通的顺畅性。

优选的技术方案还有，所述的头部本体上径向设有三个传感器安装孔、空气测压管道、水测压管道、油测压管道、线缆通道，所述的传感器安装孔外端口安装有螺纹塞柱，所述的空气压力传感器、水压力传感器、油压力传感器分别通过螺纹塞柱一一对应安装于三个所述的传感器安装孔内部，所述的空气压力传感器通过所述的空气测压管道与所述的螺纹孔二相连通，所述的水测压管道的后端口位于头部本体后端面的外周侧，所述的水压力传感器通过所述的水测压管道与头部本体后端外部相连通，所述的油压力传感器通过所述的油测压管道与所述的燃料通道相连通，所述的线缆通道沿轴线方向开设于头部本体的外侧，并且线缆通道贯通于三个所述的传感器安装孔，空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器的线缆均穿接于所述的线缆通道内部。空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器结构设计和布局巧妙合理，确保了本发明发生器头部的制备实施可行性。

进一步优选的技术方案还有，所述的喷嘴本体外周侧面上还设有环向凹槽二，环向凹槽二的底面设有与所述的燃料通道贯通的通孔，所述的油通道包括从前向后首尾相接的第二直管段和第三直管段，所述的第二直管段沿所述的头部本体轴线方向设置，所述的第三直管段的外端口与第二直管段贯通相接，第三直管段的内端口和油测压管道的内端口均与所述的环向凹槽二贯通相接。第三直管段的内端口和油测压管道的内端口均与环向凹槽二对应相接，以达到二者与燃料通道贯通的目的，结构设计巧妙合理，确保了喷嘴本体与头部本体组装加工时的便捷高效性。

进一步优选的技术方案还有，所述的头部本体外周侧面前端设有缺口槽和第四直管段，所述的第四直管段前端口分布于所述的缺口槽的底部、后端为封闭结构，所述的点火器安装通道倾斜设置，点火器安装通道的前端口与所述的第四直管段贯通相接，所述的线缆通道前端口分布于所述的缺口槽底部。点火器安装通道的前端口与第四直管段贯通相接，只需要将点火器安装于点火器安装通道内，然后将封堵安装于第四直管段内即可，确保了点火器安装的便捷性；第四直管段前端口和线缆通道前端口分布于缺口槽的底部，使二者的长度有效减少，确保了加工便捷性。

进一步优选的技术方案还有，所述的点火器安装通道、第四直管段和点火器均对应设有两套。点火器设置有两套，一备一用，当其中一个点火器故障时，还可以使用另一个点火器点火，以确保多元流体发生器正常工作。

优选的技术方案还有，所述的螺纹孔一的型号为4-1/2油管螺纹，所述的螺纹孔二的型号为2-3/8油管螺纹，所述的螺纹孔三的型号为3/4油管螺纹。该型号的螺纹结构广谱性好，确保了发生器头部与常规油管、水管、空气管线的对接顺畅性。

进一步优选的技术方案还有，所述的头部本体后端螺接安装有旋风器，旋风器的外侧面设有沿轴线方向的螺纹通道。旋风器使第三斜管段和第五斜管段向发生器头部的后侧喷出的风形成螺旋旋风，即在内衬内壁面上以螺旋旋风形式前进带走热量，以确保对内衬内壁面的高效冷却效果；旋风器将燃料雾化形成细小油滴，促使燃料与空气充分燃烧。

本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明的一种集成式井下多元热流体发生器头部，基于同心管的方式在前端部设计了同轴邻接的螺纹孔一、螺纹孔二，以便使用两种不同内径尺寸规格的空气管线和水管线套接组成的同心管直接与发生器头部连接；若干水通道环向间隔分布于头部本体的外周侧，使流经发生器的水体最大程度的带走发生器头部的热量，避免发生器头部过热；水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器均集成于头部本体内部，使发生器头部集成度高、体积显著缩小，相对于水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器外接于管线上的方式，显著减少连接接口，同时减少接口位置处的泄露隐患；油通道位于头部本体的一侧，并通过螺纹孔三连接连续油管，连接方式简单，并且与空气管线和水管线不干扰；空气通道内流出的空气流与燃料通道后端出口流出的柴油在发生器头部后端充分掺混后喷出，确保发生器头部所喷出的柴油空气混合物在燃烧器内得以充分燃烧；结构设计简单合理，制备实施可行性高，实用性强。

2、所述的水通道包括从前向后首尾连通的第一斜管段和第一直管段，所述的第一斜管段沿水流的喷射方向径向向外倾斜设置，所述的水止回阀和水喷嘴均安装于所述的第一直管段内部。该结构设计的水通道确保了发生器头部与水管线的对接便捷性，同时第一直管段便于水止回阀和水喷嘴的安装，并且水通道整体位于头部本体的外周侧，可以有效避让空气通道、油通道和喷嘴本体，使头部本体结构设计布局合理，有助于头部本体的小型集成化设计。

3、流经空气通道内的一部分空气经由第四斜管段、环向凹槽一、第二斜管段从发生器后端喷出，同时流经燃料通道、喷嘴孔道内的柴油在第二斜管段内与空气流充分掺混后一起雾化喷出进入燃烧器内燃烧，确保了柴油与空气混合物在燃烧器内的燃烧效率；流经空气通道内的另一部分空气经第三斜管段和第五斜管段向发生器头部的后侧喷出，使喷出的空气可以将安装于发生器头部后端内衬内壁上的热量带走，以充分冷却内衬内壁。

4、第三直管段的内端口和油测压管道的内端口均与环向凹槽二对应相接，以达到二者与燃料通道贯通的目的，结构设计巧妙合理，确保了喷嘴本体与头部本体组装加工时的便捷高效性。

5、点火器安装通道的前端口与第四直管段贯通相接，只需要将点火器安装于点火器安装通道内，然后将封堵安装于第四直管段内即可，确保了点火器安装的便捷性；第四直管段前端口和线缆通道前端口分布于缺口槽的底部，使二者的长度有效减少，确保了加工便捷性。

6、点火器设置有两套，一备一用，当其中一个点火器故障时，还可以使用另一个点火器点火，以确保多元流体发生器正常工作

7、所述的头部本体后端螺接安装有旋风器，旋风器的外侧面设有沿轴线方向的螺纹通道。旋风器使第三斜管段和第五斜管段向发生器头部的后侧喷出的风形成螺旋旋风，即在内衬内壁面上以螺旋旋风形式前进带走热量，以确保对内衬内壁面的高效冷却效果；旋风器将燃料雾化形成细小油滴，促使燃料与空气充分燃烧。

附图说明

图1是本发明集成式井下多元热流体发生器头部的主视图；

图2是本发明集成式井下多元热流体发生器头部的主视角立体结构示意图；

图3是本发明集成式井下多元热流体发生器头部的后视图；

图4是本发明集成式井下多元热流体发生器头部的后视角立体结构示意图；

图5是本发明集成式井下多元热流体发生器头部在水通道位置的剖视图；

图6为图5中D处的局部放大图；

图7是本发明集成式井下多元热流体发生器头部在传感器安装孔位置的剖视图；

图8是图7中H处的局部放大图；

图9是本发明集成式井下多元热流体发生器头部在点火器安装通道位置的剖视图。

图中：1、头部本体；1-1、传感器安装孔；1-2、空气测压管道；1-3、水测压管道；1-4、油测压管道；1-5、点火器安装通道；1-6、缺口槽；1-7、第四直管段；1-8、线缆通道；2、螺纹孔一；3、螺纹孔二；4、水通道；4-1、第一斜管段；4-2、第一直管段；5、水止回阀；6、水喷嘴；7、喷嘴本体；7-1、燃料通道；7-2、喷嘴孔道；7-3、封堵螺丝；7-4、端盖；7-4-1、气孔；7-5、环向凹槽一；7-6、第二斜管段；7-7、环向凹槽二；8、空气通道；8-1.第三斜管段；8-2、第四斜管段；8-3、第五斜管段；9、旋风器；9-1、螺纹通道；10、油通道；10-1、第二直管段；10-2、第三直管段；10-3、螺纹孔三；11、空气压力传感器；12、水压力传感器；13、油压力传感器；14、螺纹塞柱；15、点火器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例

如图1～9所示，本发明是一种集成式井下多元热流体发生器头部，包括头部本体1，所述的头部本体1沿轴线方向从前向后依次设有首尾相接的螺纹孔一2、螺纹孔二3和喷嘴本体7，所述的喷嘴本体7固设于头部本体1后端的中心孔内，所述的螺纹孔一2的内径>螺纹孔二3的内径，所述的头部本体1外周侧环向间隔设有若干水通道4，所述的水通道4前端口环向分布于螺纹孔一2的底面外周侧、后端口环向分布于头部本体1的后端面外周侧，水通道4内部安装有水止回阀5，水通道4后端安装有水喷嘴6；

所述的喷嘴本体7内部设有沿轴线方向的燃料通道7-1，燃料通道7-1的前端部封闭、后端部设有若干与所述的头部本体1后端外部相贯通的喷嘴孔道7-2，所述的头部本体1上开设有油通道10，所述的油通道10前端设有位于头部本体1的前端面外周侧的螺纹孔三10-3，油通道10后端与所述的燃料通道7-1贯通相接；

所述的头部本体1后端环向间隔设有若干环绕于所述的喷嘴本体7外周侧的空气通道8，所述的空气通道8前端与螺纹孔二3相贯通，空气通道8后端设有朝向燃料通道7-1后端出口的第四斜管段8-2；

所述的头部本体1上安装有用于测定空气通道8内部空气压力的空气压力传感器11、用于测定水通道4内部水压力的水压力传感器12、用于测定油通道10内部油压力的油压力传感器13；

所述的头部本体1上设有点火器安装通道1-5，所述的点火器安装通道1-5前端与头部本体1前端外部相贯通，点火器安装通道1-5后端贯通头部本体1的后端面并与所述的喷嘴孔道7-2后端出口相对应，点火器安装通道1-5内部安装有点火器15。

优选地，所述的水通道4包括从前向后首尾连通的第一斜管段4-1和第一直管段4-2，所述的第一斜管段4-1沿水流的喷射方向径向向外倾斜设置，所述的水止回阀5和水喷嘴6均安装于所述的第一直管段4-2内部。

优选地还有，所述的喷嘴本体7后端的外周侧面上设有环向凹槽一7-5，喷嘴本体7的后端部设有若干环绕于所述的喷嘴孔道7-2外周侧的第二斜管段7-6，所述的第二斜管段7-6沿空气流的喷射方向径向向内倾斜设置，第二斜管段7-6的前端口与所述的环向凹槽一7-5贯通连接，第二斜管段7-6的后端口分布于喷嘴本体7的后端面上，所述的喷嘴孔道7-2的后端口与第二斜管段7-6贯通相接；

所述的空气通道8包括从前向后首尾连通的第三斜管段8-1和第五斜管段8-3，所述的第三斜管段8-1和第五斜管段8-3均沿空气流的喷射方向径向向外倾斜设置，所述的第五斜管段8-3的后端口分布于所述的头部本体1的外周侧面后端，所述的第四斜管段8-2沿空气流的喷射方向径向向内倾斜设置，第四斜管段8-2的前端与第三斜管段8-1后端贯通相接，第四斜管段8-2的后端与所述的环向凹槽一7-5贯通相接。

进一步优选地，所述的喷嘴本体7前端部设有端盖7-4，所述的端盖7-4中心安装有用于封堵所述的燃料通道7-1前端口的封堵螺丝7-3，所述的端盖7-4上设有若干环绕于燃料通道7-1外周侧的气孔7-4-1，所述的第三斜管段8-1的前端口与所述的端盖7-4后端面间存在环形间隙，端盖7-4的外周侧面与所述的螺纹孔二3的内壁面后端设有相互适配的螺纹结构，所述的喷嘴本体7通过端盖7-4螺接安装于头部本体1上。

优选地还有，所述的头部本体1上径向设有三个传感器安装孔1-1、空气测压管道1-2、水测压管道1-3、油测压管道1-4、线缆通道1-8，所述的传感器安装孔1-1外端口安装有螺纹塞柱14，所述的空气压力传感器11、水压力传感器12、油压力传感器13分别通过螺纹塞柱14一一对应安装于三个所述的传感器安装孔1-1内部，所述的空气压力传感器11通过所述的空气测压管道1-2与所述的螺纹孔二3相连通，所述的水测压管道1-3的后端口位于头部本体1后端面的外周侧，水压力传感器12通过所述的水测压管道1-3与头部本体1后端外部相连通，油压力传感器13通过所述的油测压管道1-4与所述的燃料通道7-1相连通，所述的线缆通道1-8沿轴线方向开设于头部本体1的外侧，并且线缆通道1-8贯通于三个所述的传感器安装孔1-1，空气压力传感器11、水压力传感器12和油压力传感器13的线缆均穿接于所述的线缆通道1-8内部。

进一步优选地，所述的喷嘴本体7外周侧面上还设有环向凹槽二7-7，环向凹槽二7-7的底面设有与所述的燃料通道7-1贯通的通孔，所述的油通道10包括从前向后首尾相接的第二直管段10-1和第三直管段10-2，所述的第二直管段10-1沿所述的头部本体1轴线方向设置，所述的第三直管段10-2的外端口与第二直管段10-1贯通相接，第三直管段10-2的内端口和油测压管道1-4的内端口均与环向凹槽二7-7贯通相接。

进一步优选地还有，所述的头部本体1外周侧面前端设有缺口槽1-6和第四直管段1-7，所述的第四直管段1-7前端口分布于所述的缺口槽1-6的底部、后端为封闭结构，所述的点火器安装通道1-5倾斜设置，点火器安装通道1-5的前端口与所述的第四直管段1-7贯通相接，所述的线缆通道1-8前端口分布于所述的缺口槽1-6底部。

进一步优选地还有，所述的点火器安装通道1-5、第四直管段1-7和点火器15均对应设有两套。

优选地还有，所述的螺纹孔一2的型号为4-1/2油管螺纹，所述的螺纹孔二3的型号为2-3/8油管螺纹，所述的螺纹孔三10-3的型号为3/4油管螺纹。

进一步优选地还有，所述的头部本体1后端螺接安装有旋风器9，旋风器9的外侧面设有沿轴线方向的螺纹通道9-1。

本发明一种集成式井下多元热流体发生器头部的工作原理：

将内径尺寸小的空气管线和内径尺寸大的水管线套接组成为同心管直接与发生器头部连接，其中发生器头部前端通过螺纹孔一2与水管线对接、通过螺纹孔二3与空气管线对接、通过螺纹孔三10-3与柴油管线对接，水管线内的水流依次经第一斜管段4-1、第一直管段4-2内的止回阀5和水喷嘴6从发生器头部后端喷出，以冷却内衬外壁面；空气管线内的一部分空气经第三斜管段8-1、第五斜管段8-3从发生器头部后端喷出，以冷却内衬内壁面；空气管线内的另一部分空气经第三斜管段8-1、第四斜管段8-2、环向凹槽一7-5进入第二斜管段7-6；柴油管线内的柴油经第二直管段10-1、第三直管段10-2、燃料通道7-1、喷嘴孔道7-2进入第二斜管段7-6，并与第二斜管段7-6内的空气充分混合后经旋风器9雾化喷出至燃烧室内；点火器15对进入燃烧室内的细小油滴进行点燃燃烧。

本发明的一种集成式井下多元热流体发生器头部，基于同心管的方式在前端部设计了同轴邻接的螺纹孔一、螺纹孔二，以便使用两种不同内径尺寸规格的空气管线和水管线套接组成的同心管直接与发生器头部连接；若干水通道环向间隔分布于头部本体的外周侧，使流经发生器的水体最大程度的带走发生器头部的热量，避免发生器头部过热；水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器均集成于头部本体内部，使发生器头部集成度高、体积显著缩小，相对于水止回阀、空气压力传感器、水压力传感器和油压力传感器外接于管线上的方式，显著减少连接接口，同时减少接口位置处的泄露隐患；油通道位于头部本体的一侧，并通过螺纹孔三连接连续油管，连接方式简单，并且与空气管线和水管线不干扰；空气通道内流出的空气流与燃料通道后端出口流出的柴油在发生器头部后端充分掺混后喷出，确保发生器头部所喷出的柴油空气混合物在燃烧器内得以充分燃烧；结构设计简单合理，制备实施可行性高，实用性强。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。