在稠油开采过程中通常会采用提高原油采收率方法技术，如原位燃烧法、循环蒸汽驱和蒸汽辅助重力驱等。但是在某些特殊的情况下， 如储层的低注入性、靶区埋藏深且非均质性强等，这些方法则显得不经济且技术实施上面临挑战。而在埋藏深且非均质性强的稠油靶区，电磁加热技术能够均匀加热储层，且传送到储层的电磁能可高达92%，且该方法能够将电磁能转化热能，进而增加储层温度降低原油粘度^[1]。电磁加热技术由于其环保性和巨大潜力而备受关注。首次电磁加热商业应用是在加拿大阿尔伯塔省Wildmere油田，在实施电磁加热前、后产油率分别为0.95吨/天和3.18吨/天；在该油田的另一口井则是由1.59吨/天升高至4.77吨/天，且观察到的最高产油率则达9.54吨/天^[2]。在犹他州沥青砂储层的射频加热测试中加热3周后采收率为3.5%^[3]。巴西Rio Panan稠油油田（2500cP）低频电加热（频率30kW）测试显示产油率由1.2桶/天升高至10桶/天^[4]。在明尼苏达州North Midway油田，针对均质的白云岩储层（起始深度为500ft），采用功率为25kW、频率为13.56MHz的发生器对其进行射频加热，射频天线长度为25 ft，放置深度为620ft，经过40小时的射频加热后测得在650ft深度温度升高至220℉^[5]。相关学者针对薄层水平井将高频电磁加热与注气相结合以提高采收率进行了实验室尺度的研究，在注入氮气压力为41.3kPa时初始原油采收率为20%，仅采用电磁加热技术（频率为10MHz）时原油采收率为24%，当电磁加热技术与氮气注入相结合时原油采收率则提高至45%^[6]。Hascakir 等 （2008）则探讨了采用微波电磁加热（频率为2.45GHz）过程中储层（碾碎的灰岩）和操作因素（盐度和水湿润性等）对采收过程的影响^[7]。Jha 等 （2012）对印度Mehsana油田稠油（16°API, 50-45cp）进行了电磁加热（频率3GHz）潜力研究，研究指出了电磁加热技术在驱替效率和热转化率等方面相对蒸汽辅助重力驱的优点，但同时也发现“热点”的存在可能会对油田尺度的应用产生不利影响^[8]。Kovaleva 等 （2011）通过实验研究讨论了混相注入通过稠油采收率过程中电加热和射频电磁加热对传质现象的影响，研究发现射频加热提高了采收率，沥青质沉淀最少；这是由于电磁辐射后原油性质发生了改变^[9]。Peraser 等 （2012）通过对Alaskan油藏稠油的数值模拟研究表明采用中等功率水平的电磁加热能够使产油率相比于冷采提高200%，同时无需关井促使热扩散或者吞吐^[10]。Alomair 等 （2012）则对三种电磁加热技术——电阻加热、电磁感应加热和微波加热技术对稠油的加热过程进行了实验实验，当采用微波加热时原油采收率增加了30%，且相比于其他两种方法其平均电力消耗位于下端，三种方法的增量原油采收率分别为17.80–34.00%、24.80–29.4%和10.34–20.79%^[11]。刚果海上油田测试也表明井下条件电加热技术能够提高原油采收率 ^[12]。Bientinesi et al （2013）则基于数值模拟实验研究了偶极天线辅助电磁加热技术，结果表明最佳频率为10-20MHz，但是为了优化实验中所需油砂数量采用的频率值为2.45 GHz^[13]。Greff and Babadagli （2013）则分析了纳米颗粒对电磁加热技术的影响，并观察到纳米颗粒能够降低稠油的粘度，且增加纳米颗粒的浓度能够进一步提高储层温度和采收率因子^[14]。Bera and Babadagli （2017）则研究了稠油微波加热过程中电磁加热功率和纳米颗粒（Ni和Fe）的影响，结果表明Ni纳米颗粒比Fe纳米颗粒更为有效，且微波加热过程中加入纳米颗粒会显著降低原油粘度^[15]。Ali 等 （2020）对纳米辅助电磁加热提高稠油采收率技术进行了总结^[16]。

为了进一步提高稠油采收率，各国学者展开了电磁加热和其他方法相结合的混合驱方法。比较常见的是溶剂注入和电磁加热相结合的方法（Zhu and Zeng, 2012；Zhu 等, 2013；Trautman 等, 2013；Trautman and Macfarlane, 2014；Davletbaev 等, 2016；Bogdanov 等, 2016；Hu 等, 2017，2018a，2018b；Sadeghi 等, 2020）^[17-26]。将溶剂注入和电磁加热相结合的优点是，溶剂稀释重油以提高其流动性，通过加强多孔储层中的热对流过程充当热载体，形成蒸汽室以改善重力驱替过程，并增强由于电磁加热而困在孔隙空间中的水的热膨胀和汽化等现象所提供的天然能量（Hu 等, 2017）^[23]。Paz 等 （2017）则探讨了水驱和电磁加热（频率2.45GHz MW）混合驱技术，观察到水饱和度的增加导致功率吸收的增加，并强调电磁辐射有效地加热了饱和水/油的砂岩岩心，石油产量大幅增加了37%，认为这种组合技术是提高原油采收率的一种潜在方法^[27]。Rafiee 等（2015）则对蒸汽辅助重力驱、电磁加热和二者相结合的驱油性能进行了数值模拟和对比分析，结果表明蒸汽辅助重力驱和电磁加热相结合的方法比采用其中一种技术的驱油效率更高^[28]。

电磁加热过程的成本则取决于加热储层所采用的功率（频率）：（1）采用电阻加热技术时若频率为60Hz则估算CAPEX（资本性支出）为<10万€/MW；（2）当采用电磁感应加热技术时若频率为<300KHz时则CAPEX约为100万€/MW；（3）采用射频加热技术时若频率为0.3~300MHz则估算CAPEX为500~1000万€/MW；（4）采用微波加热技术时若频率为>300MHz则估算CAPEX为>1000万€/MW^[29]。

尽管电磁加热技术已被证明是环境友好型提高稠油采收率的方法，能够应用于薄层和浅部储层，尤其是当砂岩储层分布不连续且存在页岩阻碍蒸汽加热时（Wacker 等，2011）^[1, 30]；并且对于深部储层，井下电磁加热技术能够显著降低热损失，井筒附近快速高温能够去除结蜡等^[31]。但是它也存在一些缺点：（1）一些方法只能应用于加热垂直井井筒附近地区，高频加热十分有用，但是穿透深度较小，因此可能造成加热储层区域有所下降^[32]；（2）由于储层存在腐蚀性流体可能会对微波加热过程中所采用的电极和天线造成腐蚀，由此可能导致成本上升^[1]。

井下蒸汽发生器作为一种发展和替代常规地面蒸汽发生器的新兴热采设备，它最显著的优点是可以减少地面和井筒内热损失，提高热能利用率。对井下蒸汽发生器的研究主要分为两个方向：以烃气等作为主要燃料的井下催化燃烧式蒸汽发生器和以电能作为能源的井下电热式蒸汽发生器。相较而言，井下电热式加热比催化燃烧式加热更容易掌控，相关技术较为成熟，如Precision Combustion，Inc.（PCI）公司基于催化燃烧器技术的井下蒸汽发生器技术、BlackBird™能源公司ATSG高级涡轮蒸汽发生器技术、超临界水热燃烧型井下蒸汽发生器（王树众等，2020）^[33]等，已有商业化成果案例（Gwak and Bae，2010；Castrogiovanni 等，2011；Wilson，2012；Al-Nakhli 等，2016；Hascakir 等，2018；Moussa 等，2019）^[34-39]。

井下电热式蒸汽发生器又可以进一步细分为电极、电阻丝和电磁等电加热方式。目前电磁加热井下蒸发发生器研究相对较少，目前国内主要出于仿真模拟和室内试验测试阶段；国外井下蒸汽发生器技术核心部分仍处于保密状态。因此，我们在对井下电磁加热蒸汽发生器进行的重点调研同时适当对其他井下电加热蒸汽发生器技术和射频加热技术进行了调研，以期对井下电磁加热蒸汽发生器研究起一定的借鉴意义。

相比于国外技术，国内对井下加热技术的研究起步较晚。在中国石油学会石油工程学会2001年度年会上，中国石油勘探开发研究院热采所的张义堂和张朝晖等（2001）人发表论文论述了井下电加热技术在稠油开采中的优势^[40]。2001年，胜利石油管理局采油工艺研究院的张毅等人，在石油机械上发表文章讲述了井下蒸汽发生器和蒸汽-燃气发生器研究的历史背景，以及直燃式井下蒸汽发生器的优点和适用条件（张毅和王弥康，2001）^[41]。

中国专利公布公告数据显示，中国石油天然气股份有限公司于2014年4月公布了名称为井下电加热蒸汽发生器的发明专利（CN103759240A）（匡韶华等，2014）^[42]。该加热器中的加热管均为空心圆柱体，其空心结构为通孔，流体在通孔中流动。电加热元件是一种细长的电热丝，电热丝绕制在加热管的外管壁上，电热丝通电之后，可实现对加热管中流体的加热。2013年5月，中国海洋石油总公司公开了专利一种蒸汽热采稠油的设备及其方法（CN103114836A）^[43]。该设备分为地面、井下两部分，其中井下装置最少包含一个蒸汽发生器；地面装置与油管、输水管和电缆的上端相连接。供电电缆、油管以及输水管在井筒内一直深入到水平井段。油管的下端处于油层中，输水管和供电电缆的下端都连接至蒸汽发生器。蒸汽发生器设置在目标油层上方或油层中，其产生的蒸汽可直接进入油层加热稠油，避免了蒸汽在输送过程中的泄漏和热量损失。

除此之外，我国科技工作者在对稠油热采井下加热技术的研究过程中也还取得了一些其他成果。公告号为CN106090861A的专利文献公布了一种电磁感应水雾直喷圆环窄缝结构双面加热的蒸汽发生器，内加热器布置在外加热器内，内加热器的上部设置有一水雾分配器，水雾分配器用于将水形成高压水雾喷入内加热器内。公告号为CN102906368B的专利资料公布了一种井下蒸汽发生器及其使用方法。公告号为CN106016221A的专利资料公布了一种电热式井下蒸汽发生器，该电热式井下蒸汽发生器由上往下依次相连的是入口部、电加热部和出口部。电加热部包含至少一个加热段，加热段由加热段壳体和置于加热段壳体内的多根加热管组成。每根加热管内分别设置有电热丝，同时电热丝和加热管之间填充了绝缘耐温材料，各加热管之间、加热管与加热段壳体之间存在可供水流过的空间。水由入口部上的进水口流入加热段，加热产生的蒸汽经出口处排出口直接进入油层。