一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置及其应用.pdf

一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置及其应用，该装置包括天然气收集部、天然气发电部和由天然气发电部供电的电加热清蜡防蜡装置；所述天然气收集部用于收集和分离井筒内排出的天然气；所述天然气发电部利用天然气进行发电。本发明钢铠电缆的电加热所需电源来自于天然气发电部，该天然气发电部所需气源可直接从油井中的采出的伴生气获得，既可以利用伴生气，又避免了电加热法清蜡防蜡技术对电网的依赖。

1.  一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，该装置包括天然气收集部、天然气发电部和由天然气发电部供电的电加热清蜡防蜡装置；
所述天然气收集部用于收集和分离井筒内排出的天然气；
所述天然气发电部利用天然气进行发电。

2.  根据权利要求1所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，所述的天然气收集部包括与井筒依次相连通的油气计量站、联合处理站和天然气净化站。

3.  根据权利要求2所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，与所述联合处理站相连设置有储油罐；与所述天然气净化站相连设置有储气罐。

4.  根据权利要求1所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，天然气发电部包括相连的天然气发电机组和工频电热控制柜；所述工频电热控制柜用于控制电加热清蜡防蜡装置；优选的，所述天然气发电部包括相连的天然气发电机组和多组工频电热控制柜；所述多组工频电热控制柜用于分别对应控制在多个井筒安装的电加热清蜡防蜡装置。

5.  根据权利要求4所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，所述电加热清蜡防蜡装置包括通过采油树密封延伸至井筒内的钢铠电缆，所述钢铠电缆与所述工频电热控制柜相连。

6.  根据权利要求5所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，所述钢铠电缆包括由外而内依次设置的钢铠护套、绝缘材料层、聚四氟乙烯层和电缆芯线。

7.  根据权利要求6所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，所述钢铠护套为连续无缝钢管。

8.  根据权利要求5所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，所述电加热清蜡防蜡装置还包括在所述采油树顶部设置的井口高压密封系统；所述井口高压密封系统包括所述钢铠电缆依次穿过的压帽、密封盘根、弹簧、闸板和电缆夹持夹板；优选的，在所述压帽的上部还设置有悬接器。

9.  根据权利要求5所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，所述电加热清蜡防蜡装置还包括在所述钢铠电缆伸入井下的尾端上设置有集中加热器，所述集中加热器包括与所述钢铠电缆相连的电阻丝，在所述电阻丝外部设置有绝缘导热层；优选的，所述钢铠电缆通过双卡套式接头分别与电阻丝和绝缘导热层相连；优选的，所述绝缘导热层为导热硅胶层。

10.  一种如权利要求6所述基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置的工作方法，其特征在于，该工作方法包括步骤如下：
1)所述天然气收集部收集、分离出井筒中的天然气，并传输天然气至天然气发电部发电；
2)所述天然气发电部对所述电加热清蜡防蜡装置进行变频供电：
所述工频电热控制柜输出的变频电源，其火线与所述钢铠电缆的电缆芯线相连；
其零线与所述钢铠电缆的钢铠护套相连；
使所述电缆芯线与钢铠护套形成回路，利用集肤效应在钢铠护套的外壁上产生热能，清除或防止原油在井筒中结蜡；
优选的，该工作方法还包括对钢铠电缆下入井筒和钢铠电缆起出井筒步骤：
3)当钢铠电缆下入井筒时，所述弹簧将闸板打开，钢铠电缆进入所述井筒，钢铠电缆与压帽、密封盘根、弹簧和闸板组成了井口高压密封，实现在钢铠电缆下入过程以及加热过程中高压密封作用；
4)当钢铠电缆起出井筒时，所述弹簧复位使闸板关闭，防止油气液沿井口喷出；
优选的，该工作方法还包括钢铠电缆意外落井筒时的步骤：
5)当所述钢铠电缆意外落井时，所述弹簧复位使闸板关闭，防止油气液沿井口喷出。

一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置及其应用，属于油气田开发设备的技术领域。
背景技术
在采油过程中，由于地层温度、压力的降低以及原油中轻烃的逸出，原油中的蜡会以晶体的形式析出并吸附在油管壁上。井筒中的石蜡沉积会造成油井油流通道变窄，阻碍原油流动，严重时甚至会造成油井蜡卡，影响原油的采出速度，甚至导致油井停产。为了消除油井结蜡的影响，需要定期关井清除油井管壁上沉积的蜡，影响油井正常生产，同时增加了原油的开采成本。
目前，油井清防蜡工艺种类繁多，如机械法、热力法、化学法或微生物法等，其中，热力清蜡工艺由于操作简单、见效快速而广泛应用于各油田的井筒清防蜡工作中。常见的热力清蜡工艺包括向井筒中注入热流体的热洗法清蜡、基于集肤效应的电加热法清防蜡等。电加热法通常采用抽油杆、油管等作为电路中的发热元件，依靠集肤效应原理，在生产过程中持续的对油管内的原油进行加热，不需要关井停产即可进行清防蜡，且效果良好。电加热法通常采用地面电网供电，其主要问题是耗电量大，会显著增加电网负荷。对于井口附近没有电源的气举井、自喷井，以及电网负荷有限的油井，这种方法的应用会受到限制。同时，对于常规抽油杆或空心抽油杆加热，由于接箍的存在，下入过程中不能实现连续下入，增加了安装过程中的作业风险。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置。
本发明还提供一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置的工作方法。
本发明采用油井伴生天然气发电提供电源，通过工频电热控制柜调节电流频率并控制加热功率，采用连续钢铠电缆加热，电缆芯线与钢铠形成回路，通以交流电，利用集肤效应在钢铠外壁上产生热能，清除或防止原油在油管中结蜡。该方法投资少，安装速度快，可实现钢铠电缆的连续下入以及采油过程中的电加热清蜡和防蜡，保证了油井的正常生产和安装作业过程中的安全性。
术语解释：
集肤效应伴热的热量产生原理：由于绝缘导线和铁磁性碳钢“热管”中的往返电流产生 交互感应作用，导致“热管”中的返回电流聚集在其内壁表面，并产生热量的一种物理现象。也就是将电流的集肤现象集中在“热管”的内壁流动，使热管产生热量，而热管的外壁表面没有可测的电流。
集肤效应伴热的热量产生来源于三部分：
1.电流在铁磁性碳钢“热管”内壁返回过程中，由“热管”阻抗产生的热量；
2.由于绝缘导线与“热管”之间产生的交互磁场而导致磁滞现象和涡电流而产生的热量；
3.由于绝缘导线I²R的阻抗而产生的热量。
本发明的技术方案如下：
一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其特征在于，该装置包括天然气收集部、天然气发电部和由天然气发电部供电的电加热清蜡防蜡装置；
所述天然气收集部用于收集和分离井筒内排出的天然气；
所述天然气发电部利用天然气进行发电。
根据本发明优选的，所述的天然气收集部包括与井筒依次相连通的油气计量站、联合处理站和天然气净化站。
根据本发明优选的，与所述联合处理站相连设置有储油罐。
根据本发明优选的，与所述天然气净化站相连设置有储气罐。
根据本发明优选的，天然气发电部包括相连的天然气发电机组和工频电热控制柜；所述工频电热控制柜用于控制电加热清蜡防蜡装置。
根据本发明优选的，电加热清蜡防蜡装置包括通过采油树密封延伸至井筒内的钢铠电缆，所述钢铠电缆与所述工频电热控制柜相连。
根据本发明优选的，所述钢铠电缆包括由外而内依次设置的钢铠护套、绝缘材料层、聚四氟乙烯层和电缆芯线。此处设计的优点在于，本发明引用聚四氟乙烯层的作用是用于给电缆芯线密封和耐温，密封是用于防止外界流体与电缆芯线接触引发短路，耐温是提高电缆芯线的耐温程度。
根据本发明优选的，所述钢铠护套为连续无缝钢管。此处设计的优点在于，当所述钢铠电缆被变频供电时，利用集肤效应在所述钢铠护套的外壁上产生热能，同时保证电缆密封和拉伸强度。
根据本发明优选的，所述电加热清蜡防蜡装置还包括在所述采油树顶部设置的井口高压密封系统；所述井口高压密封系统包括所述钢铠电缆依次穿过的压帽、密封盘根、弹簧、闸板和电缆夹持夹板。此处设计的优点在于，本发明根据钢铠电缆的结构和原理，采用压帽、密封盘根、弹簧、闸板和电缆夹持夹板构成高压密封系统，与所述钢铠电缆组合应用时，可实现钢铠电缆意外落井和带压起出钢铠电缆作业时的井口密封：其中钢铠电缆与压帽、密封 盘根、弹簧和闸板组成了井口高压密封，实现在钢铠电缆起下过程以及加热过程中高压密封作用；所述电缆夹持夹板用于控制钢铠电缆在井筒中的位置。当钢铠电缆下入井筒时，所述弹簧将闸板打开；当钢铠电缆起出时，所述弹簧复位使闸板关闭，防止油气液沿井口喷出。
根据本发明优选的，在所述压帽的上部还设置有悬接器。
根据本发明优选的，所述电加热清蜡防蜡装置还包括在所述钢铠电缆伸入井下的尾端上设置有集中加热器，所述集中加热器包括与所述钢铠电缆相连的电阻丝，在所述电阻丝外部设置有绝缘导热层。
根据本发明优选的，所述钢铠电缆通过双卡套式接头分别与电阻丝和绝缘导热层相连。
根据本发明优选的，所述绝缘导热层为导热硅胶层。此处设计的优点在于，为了适应井下的复杂井身结构，本发明将导热硅胶层于钢铠电缆和电阻丝相结合，实现电缆在地层能够按需弯曲。
根据本发明优选的，所述天然气发电部包括相连的天然气发电机组和多组工频电热控制柜；所述多组工频电热控制柜用于分别对应控制在多个井筒安装的电加热清蜡防蜡装置。此处设计的优点在于，本发明能够实现将天然气发电机组输出的电能依据不同油井结蜡情况分别调节工频电热控制柜的工频参数，进而实现一个天然气发电机组同时为多个井筒进行互不干扰式清防蜡作业。
一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置的工作方法，包括步骤如下：
1)所述天然气收集部收集、分离出井筒中的天然气，并传输天然气至天然气发电部发电；
2)所述天然气发电部对所述电加热清蜡防蜡装置进行变频供电：
所述工频电热控制柜输出的变频电源，其火线与所述钢铠电缆的电缆芯线相连；
其零线与所述钢铠电缆的钢铠护套相连；
使所述电缆芯线与钢铠护套形成回路，利用集肤效应在钢铠护套的外壁上产生热能，清除或防止原油在井筒中结蜡。
根据本发明优选的，所述电加热清蜡防蜡装置的工作方法，还包括对钢铠电缆下入井筒和钢铠电缆起出井筒步骤：
3)当钢铠电缆下入井筒时，所述弹簧将闸板打开，钢铠电缆进入所述井筒，钢铠电缆与压帽、密封盘根、弹簧和闸板组成了井口高压密封，实现在钢铠电缆下入过程以及加热过程中高压密封作用；
4)当钢铠电缆起出井筒时，所述弹簧复位使闸板关闭，防止油气液沿井口喷出。
根据本发明优选的，所述电加热清蜡防蜡装置的工作方法，还包括钢铠电缆意外落井筒时的步骤：
5)当所述钢铠电缆意外落井时，所述弹簧复位使闸板关闭，防止油气液沿井口喷出。
本发明的优势在于：
(1)本发明钢铠电缆的电加热所需电源来自于天然气发电部，该天然气发电部所需气源可直接从油井中的采出的伴生气获得，既可以利用伴生气，又避免了电加热法清蜡防蜡技术对电网的依赖。
(2)本发明利用钢铠电缆对井筒内的蜡质堆积物进行融化，利用电缆芯线与钢铠形成回路，基于集肤效应在钢铠电缆外壁上产生热能，可实现钢铠电缆的连续下入以及采油过程中的电加热清蜡和防蜡，保证了油井的正常生产和安装作业过程中的安全性。
(3)本发明配备了井口高压密封系统，与所述钢铠电缆配合，解决了钢铠电缆的动密封与井内的高压喷涌问题。
(4)本发明采用弹簧密封式开关，加载下入电缆时压缩弹簧将密封闸板打开；电缆起出时弹簧复位使闸板关闭，防止油气液喷出；实现电缆意外落井和带压起出电缆作业时的井口密封。
(5)本发明能够实现将天然气发电机组输出的电能依据不同油井结蜡情况分别调节工频电热控制柜的工频参数，进而实现一个天然气发电机组同时为多个井筒进行互不干扰式清防蜡作业。
附图说明
图1为本发明所述基于集肤效应的天然气发电电加热清防蜡装置的结构示意图；
图2为本发明中所述钢铠电缆的剖视示意图；
图3为本发明中所述集中加热器的结构示意图；
图4为本发明实施例十的所述基于集肤效应的天然气发电电加热清防蜡装置的结构示意图；
在图1-4中，1—输电线路；2—悬接器；3—压帽；4—密封盘根；5—弹簧；6—闸板；7—电缆夹持夹板；8—法兰；9—采油树；10—固井水泥壁；11—套管；12—井筒；13—钢铠电缆；14—油气混输管线；15—油气计量站；16—油气混输管线；17—联合处理站；18—输油管线；19—储油罐；20—天然气输送管线；21—天然气净化站；22—天然气输送管线；23—储气罐；24—天然气输送管线；25—天然气发电机组；26—输电线路；27—工频电热控制柜；28—钢铠护套；29—绝缘材料层；30—聚四氟乙烯层；31—电缆芯线；32—集中加热器；33—双卡套式接头；34—绝缘导热层；35—电阻丝。
在图4中，27-1—第一工频电热控制柜；27-2—第二工频电热控制柜；27-3—第三工频电热控制柜；27-4—第四工频电热控制柜；
9—1—第一采油树；9—2—第二采油树；9—3—第三采油树；9—4—第四采油树。
具体实施方式
下面结合说明书和附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例一、
一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，包括天然气收集部、天然气发电部和由天然气发电部供电的电加热清蜡防蜡装置；
所述天然气收集部用于收集和分离井筒12内排出的天然气；
所述天然气发电部利用天然气进行发电。
所述的天然气收集部包括与井筒12依次相连通的油气计量站15、联合处理站17和天然气净化站21。
天然气发电部包括相连的天然气发电机组25和工频电热控制柜27；所述工频电热控制柜27用于控制电加热清蜡防蜡装置。
电加热清蜡防蜡装置包括通过采油树9密封延伸至井筒12内的钢铠电缆13，所述钢铠电缆13与所述工频电热控制柜27相连。
实施例二、
如实施例一所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其区别在于，所述钢铠电缆13包括由外而内依次设置的钢铠护套28、绝缘材料层29、聚四氟乙烯层30和电缆芯线31。
所述钢铠护套28为连续无缝钢管。
实施例三、
如实施例二所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其区别在于，所述电加热清蜡防蜡装置还包括在所述采油树9顶部设置的井口高压密封系统；所述井口高压密封系统包括所述钢铠电缆13依次穿过的压帽3、密封盘根4、弹簧5、闸板6和电缆夹持夹板7。
在所述压帽3的上部还设置有悬接器2。
实施例四、
如实施例一、二、三所述基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置的工作方法，包括步骤如下：
1)所述天然气收集部收集、分离出井筒中的天然气，并传输天然气至天然气发电部发电；
2)所述天然气发电部对所述电加热清蜡防蜡装置进行变频供电：
所述工频电热控制柜27输出的变频电源，其火线与所述钢铠电缆13的电缆芯线31相连；
其零线与所述钢铠电缆13的钢铠护套28相连；
使所述电缆芯线31与钢铠护套28形成回路，利用集肤效应在钢铠护套28的外壁上产生热能，清除或防止原油在井筒12中结蜡。
实施例五、
如实施例三所述基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置的工作方法，与实施例四的区别在于，所述工作方法还包括对钢铠电缆下入井筒和钢铠电缆起出井筒步骤：
3)当钢铠电缆13下入井筒12时，所述弹簧5将闸板6打开，钢铠电缆13进入所述井筒12，钢铠电缆13与压帽3、密封盘根4、弹簧5和闸板6组成了井口高压密封，实现在钢铠电缆13下入过程以及加热过程中高压密封作用；
4)当钢铠电缆13起出井筒12时，所述弹簧5复位使闸板6关闭，防止油气液沿井口喷出。
实施例六、
如实施例三所述基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置的工作方法，与实施例四的区别在于，所述工作方法还包括钢铠电缆意外落井筒时的步骤：
5)当所述钢铠电缆13意外落井时，所述弹簧5复位使闸板6关闭，防止油气液沿井口喷出。
实施例七、
如实施例一所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其区别在于，与所述联合处理站17相连设置有储油罐19；与所述天然气净化站21相连设置有储气罐23。
实施例八、
当油井井筒12内结蜡严重，仅靠钢铠电缆13加热无法完全清蜡时，本实施例提供一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其与实施例一、二、三的区别在于：
所述电加热清蜡防蜡装置还包括在所述钢铠电缆13伸入井下的尾端上设置有集中加热器32，所述集中加热器32包括与所述钢铠电缆13相连的电阻丝35，在所述电阻丝35外部设置有绝缘导热层34。所述绝缘导热层34为导热硅胶层。
利用集中加热器32中的电阻丝35及绝缘导热层34对结蜡严重位置进行集中加热，实现蜡堵位置的融蜡。
实施例九、
如实施例八所述的一种基于集肤效应的天然气发电电加热清蜡防蜡装置，其区别在于，所述钢铠电缆13通过双卡套式接头33分别与电阻丝35和绝缘导热层34相连。
实施例十、
如附图4所示。
对于比较集中的多个结蜡油井井筒，需要对多个油井同时或轮替进行清蜡作业，可以根据油井的数量确定天然气发电机组25的发电容量。
所述天然气发电部包括相连的天然气发电机组25和四组工频电热控制柜：第一工频电热控制柜27-1、第二工频电热控制柜27-2、第三工频电热控制柜27-3、第四工频电热控制柜27-4； 所述四组工频电热控制柜用于分别对应控制在四个井筒安装的电加热清蜡防蜡装置。