用于井下热水循环的工具技术领域
本发明涉及石油开采的技术领域，特别涉及一种在井下加热时供热水循环的工
具。
背景技术
高凝油的凝固点在40℃以上，稠油的粘温拐点在50℃左右，这两类原油在由底
层采出到地面的过程中，由于地层的温度在举升过程中散失较大，井筒内的温度在某
一处小于原油的凝固点或粘温拐点，导致往往原油还没有被举升到井口就会凝固、结
蜡或粘稠，导致举升效率大大降低。因此需要采用工艺技术对井筒进行加热，以保证
原油的正常举升。
目前常用的井筒伴热方式有电缆加热、空心杆热水循环加热、双空心杆热水循环
加热三种。电缆加热是向空心抽油杆内下入一根电缆，靠电阻生热效应通过空心抽油
杆杆壁对油管内的原油进行加热，但由于用电量大，成本高，加热深度受限等问题，
在低油价时代该技术正逐渐被取代。空心杆热水循环加热是在空心抽油杆上安装一个
循环阀，向空心抽油杆内注热水，通过循环阀与油管内的原油混合，达到伴热保温的
效果，但由于空心抽油杆隔热性差，热水沿程散热快，管柱底部加热效果差，往往不
能有效实现指定深度的加热效果。
现有的注热水循环加热装置，在使用过程中内管极易弯曲、变形，而且由于内外
管管壁贴紧或距离较近，导致局部快速散热，降低加热效果；在起管作业时，经常出
现内管脱不开等施工风险。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提出一种用于井下热水循环的工具，避免内管在
使用过程中弯曲、变形或旋转，内管和外管之间间隔设置形成环形空间，起到了保温
隔热的效果。
本发明的一种用于井下热水循环的工具，包括外管和套设于所述外管中的内管，
所述外管的内壁与所述内管的外壁之间形成环形空间；所述外管包括从上到下依次固
定连接的至少两个外管分段，所述内管包括从上到下依次固定连接的至少两个内管分
段；
在各所述内管分段的外壁上设置至少两个限位机构，各所述限位机构均包括沿所
述内管分段的周向相互间隔设置的至少两个凸起，在所述外管分段的内壁上设置沿其
周向相互间隔设置的至少两个限位槽，各所述限位槽均沿所述外管分段的轴向延伸，
所述限位槽的数量与各所述限位机构中所述凸起的数量相同，所述限位槽沿所述外管
分段周向的分布位置与所述凸起沿所述内管分段周向的分布位置相对应，通过所述凸
起与所述限位槽的对位配合所述内管与所述外管固定连接。
作为一种可实施的方式，各所述凸起与相应的所述内管分段一体成型。
进一步地，各所述内管分段均为内壁光滑的钢管。
进一步地，各所述限位机构均包括沿所述内管分段的周向均匀设置的三个所述凸
起。
进一步地，所述环形空间的横截面积与所述内管分段的内腔的横截面积的比值大
于或等于1.5。
作为一种可实施的方式，相邻的所述外管分段通过套装在相邻的所述外管分段端
部的外管接箍固定连接，在所述外管接箍外包覆一密封套。
进一步地，在所述外管分段与其上套装的所述外管接箍之间设置密封胶圈。
作为一种可实施的方式，相邻的所述内管分段通过套装在相邻的所述内管分段端
部的内管接箍固定连接，所述内管接箍与所述内管分段之间为过盈配合。
进一步地，在所述内管分段与其上套装的所述内管接箍之间设置密封圈。
进一步地，在所述外管分段的内壁上设置向内凸伸的支撑台，在所述支撑台的顶
端平面上开设所述限位槽；在所述凸起上设置与所述支撑台的顶端平面相抵靠的轴
肩。
本发明相比于现有技术的有益效果在于：本发明的用于井下热水循环的工具中的
内管分段上设置限位机构，限位机构包括凸起，凸起与外管分段上的限位槽相配合，
从而将内管与外管卡紧固定，不仅结构简单便于加工，还避免了内管在使用过程中的
弯曲、变形或旋转，可靠地固定了内管。
同时，外管的管壁和内管的管壁之间间隔形成环形空间，不会在局部的快速散热，
保证了加热效果；还能避免在起管作业时出现内管脱不开等施工风险。热水在环形空
间中的流速相对于在内管内腔中的流速较低，使热水能在环形空间中缓慢流动，从而
能充分地散发热量，提高了对外部原油的加热效果和效率。外管对内管的保温隔热作
用能进一步保证了对原油的加热效果，提高热水循环的加热效率，保证了原油的举升
效率，而且成本较低。
附图说明
图1为本发明的用于井下热水循环的工具的横截面的示意图；
图2为本发明的用于井下热水循环的工具的外管分段的横截面示意图；
图3为本发明的用于井下热水循环的工具的内管分段的横截面示意图；
图4为本发明的用于井下热水循环的工具的内管分段及其上连接零件的主视示
意图；
图5为本发明的用于井下热水循环的工具的外管分段及其上连接零件的主视示
意图。
附图标记：
10-外管；11-外管分段；12-外管接箍；13-密封胶圈；14-密封套；
15-限位槽；18-支撑台；
20-内管；21-内管分段；22-内管接箍；23-凸起；28-轴肩。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。
请参阅图1至图3所示，本发明提出一种用于井下热水循环的工具，包括外管
10和套设于外管10中的内管20，外管10的内壁与内管20的外壁之间形成环形空间。
请参阅图4和图5所示，外管10包括从上到下依次固定连接的至少两个外管分段11，
内管20包括从上到下依次固定连接的至少两个内管分段21。
在各内管分段21的外壁上设置至少两个限位机构，各限位机构均包括至少两个
凸起23，凸起23沿内管分段21的周向相互间隔设置。在外管分段11的内壁上设置
至少两个限位槽15，限位槽15沿外管分段11的周向相互间隔设置，各限位槽15均
沿外管分段11的轴向延伸。限位槽15的数量与各限位机构中凸起23的数量相同，
限位槽15沿外管分段11周向的分布位置与凸起23沿内管分段21周向的分布位置相
对应，通过凸起23与限位槽15的对位配合内管20与外管10固定连接。
本发明的用于井下热水循环的工具中设置了在内管分段21上设置限位机构，限
位机构包括凸起23，凸起23与外管分段11上的限位槽15相配合，从而将内管20
与外管10卡紧固定，不仅结构简单便于加工，还避免了注热水循环加热装置的内管
20在使用过程中的弯曲、变形或旋转，可靠地固定了内管20。同时，外管10的管壁
和内管20的管壁之间间隔预定距离形成环形空间，外管10的管壁和内管20的管壁
不可能相接触，因此不会在局部的快速散热，保证了加热效果；还能避免在起管作业
时出现内管20脱不开等施工风险。
较优地，外管10即为常规的空心抽油杆，用于井下热水循环的工具通过在外管
10内设置内管20，形成双空心杆循环通道，在内管20的上端注入热水，使热水在内
管20内循环散热，进而实现对油管内的原油加热，通过外管10对内管20的保温隔
热作用能进一步保证了对原油的加热效果。本发明可用于稠油、高凝油举升过程中对
凝固点或粘温拐点以上油管内原油的加热，提高热水循环的加热效率，保证了原油的
举升效率，而且成本较低。
作为一种可实施的方式，各凸起23与相应的内管分段21一体成型。通常由于抽
油杆的直径较小，插入其中用于循环热水的管道直径也相应较小，内管分段的直径为
16mm～19mm，壁厚为2mm。因此，将凸起23与内管分段21一体成型，使内管分段21
的加工简单，且保证了内管分段21在使用中能有足够的强度。
进一步地，各内管分段21均为内壁光滑的钢管。通常内管分段21采用薄壁钢管，
可以减少热水在内管20内的摩擦阻力，也可以相应地减小泵注热水的压力。
进一步地，各限位机构均包括沿内管分段21的周向均匀设置的三个凸起23，在
各限位机构上形成了三个受力点进行支撑，保证了对内管20的可靠限位。如图4所
示，在各内管分段21的外壁上设置三个限位机构，如图3所示，各限位机构均包括
沿内管分段21的周向均匀设置的三个凸起23，如图2所示，在外管分段11的内壁
上设置沿周向均匀设置的三个限位槽15，限位槽15沿外管分段11的轴向从其上端
延伸其下端，上述结构简单，组装时凸起23从限位槽15的上端滑入限位槽15，安
装过程十分简便，能可靠地固定内管分段21，提高了工作效率。
进一步地，环形空间的横截面积与内管分段21的内腔的横截面积的比值大于或
等于1.5。也就是说，环形空间的横截面积远大于内管分段21的内腔的横截面积，
当热水从内管20的上端向下流入，再从环形空间向上流出时，由于环形空腔的横截
面积相对较大，必然导致热水在环形空间中的流速相对于在内管分段21的内腔中的
流速会降低，使热水能在环形空间中缓慢流动，从而能充分地散发热量，提高了对外
部原油的加热效果，提高了热传导的效率。同时，由于外管分段11的内壁并不光滑，
从内管20的上端打压注水，热水在环形空间中向上流出不仅需要克服热水的重力，
还需要克服与外管分段11的摩擦阻力，这样也能进一步减缓循环流出时的流速，使
热水充分散热。
作为一种可实施的方式，如图5所示，相邻的外管分段11通过套装在相邻的外
管分段11端部的外管接箍12固定连接，在外管接箍12外包覆一密封套14。进一步
地，在外管分段11与其上套装的外管接箍14之间设置密封胶圈13。上述结构均能
保证热水不会从外管10中溢出。
作为一种可实施的方式，如图4所示，相邻的内管分段21通过套装在相邻的内
管分段21端部的内管接箍22固定连接，内管接箍22与内管分段21之间为过盈配合。
进一步地，在内管分段21与其上套装的内管接箍22之间设置密封圈。上述结构均能
保证热水不会经内管20的管壁溢出。
进一步地，如图2所示，在外管分段11的内壁上设置一向内凸伸的支撑台18，
在支撑台18的顶端平面上开设限位槽15，避免在外管10的管壁上直接开设限位槽
15，导致限位槽15处的管壁过薄，影响外管10支撑内管20的强度。如图3所示，
在凸起23上设置与支撑台18的顶端平面相抵靠的轴肩28。当凸起23的顶端与限位
槽15配合顶抵时，轴肩28与支撑台18的顶端平面相抵靠，形成稳定的支撑结构，
避免在井下复杂工况下，凸起23从限位槽15中脱落。较优地，支撑台18的高度较
小，凸起23的高度相对于支撑台18的高度较大，能方便地在直径相对较小的内管分
段21上加工凸起23。
本发明的用于井下热水循环的工具的组装及使用过程如下：
S1、在地面上根据油井的深度，确定需要使用的外管分段11的数量和内管分段
21的数量；
S2、将第一根内管分段21内置于第一根外管分段11中，通过限位槽15与凸起
23的互相配合将第一根内管分段21与第一根外管分段11固定，将第一根外管分段
11下入油管中；
S3、在井口悬挂第一根外管分段11，在第一根内管分段21的上端通过内管接箍
22连接第二根内管分段21，在第一根外管分段11的上端通过外管接箍12连接第二
根外管分段11，通过限位槽15与凸起23的互相配合将第二根内管分段21与第二根
外管分段11固定；
重复步骤S3，直至所有的外管分段11和外管接箍12组装成外管10，所有的内
管分段21和内管接箍22组装成内管20；
S4，由内管20的上端口输入热水,对原油加热。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的
详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明
的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，
所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。