空心抽油杆电加热装置.pdf

本发明公开了一种空心抽油杆电加热装置，其包括有供电装置、特种加热电缆、空心抽油杆及电路联接器。供电装置通过供电电缆与一变压器连接，将所述变压器提供的三相380V、50Hz交流电变成50Hz-500Hz、0-2500V的单相交流电，同时所述供电装置的火线通过供电电缆与所述特种加热电缆连接；所述特种加热电缆的中心为用于提供足够抗拉强度的钢芯，所述钢芯的外侧包有一层特殊编织的导体，在所述导体的外面依次设有绝缘层和保护套；所述特种加热电缆可自由下入与提出的置于所述空心抽油杆的通孔内，所述特种加热电缆的最底端通过电路联接器与所述空心抽油杆连接。

1.   一种空心抽油杆电加热装置，包括有供电装置(2)、特种加热电缆(3)、空心抽油杆(4)及电路联接器(5)，其特征在于：
所述供电装置(2)通过供电电缆与一变压器连接，将所述变压器提供的三相380V、50Hz交流电变成50Hz-500Hz、0-2500V的单相交流电，所述供电装置(2)的火线通过供电电缆与所述特种加热电缆(3)连接；
所述特种加热电缆(3)的中心为用于提供足够抗拉强度的钢芯(17)，所述钢芯(17)的外侧包有一层特殊编织的导体(18)，在所述导体(18)的外面依次设有绝缘层(19)和保护套(20)；
所述特种加热电缆(3)可自由下入与提出的置于所述空心抽油杆(4)的通孔内，所述特种加热电缆(3)的最底端通过电路联接器(5)与所述空心抽油杆(4)连接。

2.   根据权利要求1中所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于：所述电路联结器(5)包括由低碳合金钢材料制成的底座、插头及填充在所述底座与插头之间的填充介质，其中底座与所述空心抽油杆(4)的底端采用螺纹连接，所述插头与所述特种加热电缆(3)焊接，所述底座与所述插头间的填充介质为导电膏。

3.   根据权利要求1中所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于：所述特殊编织的导体(18)由27根0.52铜线绞合成为一股，再由同样结构的6股铜线围绕钢芯(17)绞合，节距比不大于15/30，可以避免某些铜线由于受力不均而起鼓的现象。

4.   根据权利要求1中所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于：所述钢芯(17)为钢丝绳。

5.   根据权利要求1中所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于：所述绝缘层和保护套的材料均为耐温为250℃的PPESK聚醚砜酮树脂材料。

6.   根据权利要求1中所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于：所述供电装置(2)采用立式结构，在立式壳体(22)的上方设有机机芯(20)，底部设有变压器(21)，在所述机芯与变压器之间隔离。

7.   根据权利要求6中所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于：所述机芯(20)包括有整流电路(23)、滤波电路(24)、逆变电路(25)、控制部分(26)、及显示部分(27)。

8.   根据权利要求6或7中所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于：所述变压器(21)为中频输出变压器，采用了铁基非晶合金材料制成的环形结构，线圈导线采用多股换位铜导线绕制的方式，大大降低了由于电源频率较高导线集肤效应和邻近效应产生的涡流损耗。

9.   根据权利要求1至7任意一项所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于：所述绝缘层(19)与保护套(20)被合并成一体。

空心抽油杆电加热装置
技术领域
本发明关于一种用于油田的加热装置，更具体地就，关于一种用于稠油或高凝油抽油井井筒的电加热装置。
背景技术
现在油田抽油过程中多数采用热水(或热油)循环伴热开采的方法，即使加热过的液体从中间套管10、油管9之间进入，再从中间套管10和外套管(图中未示出)之间返回地面。这种加热方法存在热效率低，不适应特稠油、超稠油的开采。
另一种常用的方法是使用深井石油电磁加热装置，该深井石油电磁加热装置由地面供电电源、井下电磁加热器、油管、套管构成。其中加热器的结构由内向外为油管、绝缘层、铜线圈、绝缘材料。工作原理是向铜线圈供电后形成磁场，在油管上形成涡流而产生热量，用以加热原油。但是这种方法结构复杂，在油管和套管之间设置绝缘材料、铜线及绝缘层较为困难，且故障多、不方便。
为此，中国专利第92216143.7号中曾公开了一种交流电热抽油杆伴热装置，该伴热装置包括有供电装置、加热电缆、电路联接器及空心抽油杆，在使用时使电缆、电路联接器与空心抽油杆形成一回路，并在通电后加热周边的稠油或高凝油，便于采用。但是该专利中的伴热装置需要抽油杆短节来实现加热电缆与空心抽油杆的连接，具有结构复杂的问题，同时采用的加热电缆不能满足现有油田开采的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空心抽油杆电加热装置，该电加热装置通过对内部的加热电缆的结构改进，使其符合现有开采环境的要求。同时通过对电路联接器的结构改进，使得使用更加方便与简单。
本发明中的空心抽油杆电加热装置包括有供电装置、特种加热电缆、空心抽油杆及电路联接器，其中：
所述供电装置通过供电电缆与一变压器连接，将所述变压器提供的三相380V、50Hz交流电变成50Hz-500Hz、0-2500V的单相交流电，所述供电装置的火线通过供电电缆与所述特种加热电缆连接；
所述特种加热电缆的中心为用于提供足够抗拉强度的钢芯，所述钢芯的外侧包有一层特殊编织的导体，在所述导体的外面依次设有绝缘层和保护套；
所述特种加热电缆可自由下入与提出的置于所述空心抽油杆的通孔内，所述特种加热电缆的最底端通过电路联接器与所述空心抽油杆连接。
所述电路联结器包括由低碳合金钢材料制成的底座、插头及填充在所述底座与插头之间的填充介质，其中底座与所述空心抽油杆的底端采用螺纹连接，所述插头与所述特种加热电缆焊接，所述底座与所述插头间的填充介质为导电膏。
所述特殊编织的导体由27根铜线绞合成为一股，再由同样结构的6股铜线围绕钢芯绞合，节距比不大于15/30，可以避免某些铜线由于受力不均而起鼓的现象。
所述钢芯为钢丝绳。
所述绝缘层和保护套的材料均为耐温为250℃的PPESK聚醚砜酮树脂材料。
所述供电装置采用立式结构，在立式壳体的上方设有机机芯，底部设有变压器，在所述机芯与变压器之间隔离。
所述机芯包括有整流电路、滤波电路、逆变电路、控制部分、及显示部分。
所述变压器为中频输出变压器，采用了铁基非晶合金材料制成的环形结构，线圈导线采用多股换位铜导线绕制的方式，大大降低了由于电源频率较高导线集肤效应和邻近效应产生的涡流损耗。
所述绝缘层与保护套被合并成一体。
本发明中的空心抽油杆电加热装置优点在于结构简单，安装容易、成本较低、调整方便，易于实现自动化。是稠油(或高凝油)开采的最有效、最经济、最安全的油井加热装置。
附图说明
图1是本发明中电加热装置的结构示意图；
图2是本发明中特种电缆的结构示意图；
图3是本发明中供电装置的结构示意图；
图4是本发明中供电装置的电路原理图；
图5是本发明中的电路联接器的结构示意图；
图6是本发明中特种加热电缆的立体示意图；
图7是本发明中机芯的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。
如图1所示，本发明中空心抽油杆的电加热装置包括有供电装置2、特种电缆3、电路连接器5及空心抽油杆4。其中：
供电装置2通过供电电缆12与变压器1连接，将由变压器1提供的三相380V、50Hz交流电变成50Hz-500Hz、0-2500V的单相交流电。如图3所示，供电装置2采用立式结构，即在立式壳体22内设置有一机芯28和变压器21，其中机芯28在上，变压器21在下，机芯28和变压器21之间隔离。机芯28的发热元件比较多，采用了正负母排重叠的技术，如图7所示，在正负母排之间只有几毫米的绝缘材料，使母排对外部的集肤效应降到最小，并采用了8个电解电容，其排布方式使其达到了最好的均流效果。由于此技术对本领域的技术人员来说是很容易实现的，因此不再详细说明。本发明中的供电装置2采取强制风冷的散热形式，并采用独立风道，即防尘防雨雪，又作到了通风的良好性。变压器21为中频输出变压器，其结构形式为干式变压器，为了减小损耗，降低噪声，提高效率，采用了铁基非晶合金材料制成的环形结构，使磁路最短，重量最小。线圈导线采用多股换位铜导线绕制，大大降低了由于电源频率较高导线集肤效应和邻近效应产生的涡流损耗。
如图4所示，供电装置2的包括有一整流电路23、滤波电路24、逆变电路25、控制部分26、显示部分27及变压器21，其工作原理是：通过电力二极管和电解电容组成电容滤波的三相不可控整流电路，将交流电转换为直流电，再通过控制部分26中的程序控制由电力半导体器件组成的逆变电路的开关，将工频(50Hz)变换为中频(50Hz-500Hz)，然后由中频变压器21输出到特种加热电缆3，通过电流的集肤和邻近效应对油层加热。逆变电路的控制程序采用电压空间矢量(SVPWM)的脉宽调制方法生成正弦波，与传统的中频电源相比具有直流电压利用率高、谐波成分少、控制简单，数字化实现方便等优点。由于供电装置的电路为现有技术，作为本领域的技术人员在上述原理的启示下是很容易实现的，因此不再详细说明。
如图1所示，特种加热电缆3通过电缆引入器8、供电电缆13与供电装置2的火线连接，同时特种加热电缆3在空心抽油杆4的通孔内引入深井底下，同时空心抽油杆4穿过空心环流泵6。特种加热电缆3与空心抽油杆4构成回路，组成集肤效应加热体，对油井进行加热，使油井获得80-120W/m的加热量，油温可达60℃-80℃，维持特、超稠油(或高凝油)油井的正常生产。由于空心抽油杆4的铁磁材质决定只有在其内表面有电流流动，外表面没有电压和电流，只有漏电压和漏电流，而漏电压只有几十毫伏，漏电流也只有几十毫安，对生产是十分安全的。
如图2所示，特种加热电缆3为提高电缆的抗拉强度，其中心为采用钢丝绳的钢芯17，总体抗拉强度可提高到1.5-3t。钢丝绳17的外部包覆有特殊编织的导体(电缆芯线)18，一般为25-35mm²，取决于油井加热时电缆的额定电流。如图6所示，特殊编织的导体18由27根铜线绞合成为一股，再由同样结构的6股铜线围绕钢芯17绞合，节距比不大于15/30，这样可以避免某些铜线由于受力不均而起鼓的现象。导体18的外面依次包覆有均由PPESK聚醚砜酮树脂材料制成的绝缘层19和保护套20(绝缘层19和保护套20可以合并成一整体)，其中绝缘层19和保护套20的厚度取决于油井加热所需的电压。且该绝缘层19和保护套20的耐高温度为250℃。
如图5所示，电路联接器5由三部分组成：底座50、插头51和填充介质52。其中底座50采用低碳合金钢材料加工而成，与空心抽油杆4底端通过螺纹连接。插头51为铜棒，与特种加热电缆3焊接。底座50与插头51间的填充介质52为导电膏。由于电路联接器5与空心抽油杆4底端之间通过螺纹连接，从而可以实现特种加热电缆3在空心抽油杆4内自由下入与提出的功能。
如图1所示，本发明中电加热装置的使用过程如下：
首先利用供电装置2将由供电电源1通过供电电缆12提供的三相380V、50Hz交流电源转换成50Hz-500Hz的单相交流电，再通过供电电缆13提供给特种加热电缆3送入井下，其中特种加热电缆3置于空心抽油杆4的通孔内，与空心抽油杆4一起穿过空心环流泵6，即在油井的底部利用电路联接器5与空心抽油杆4构成回路，组成集肤效应加热体，对油井进行加热，使油井获得80-120W/m的加热量，油温可达60℃-80℃，而维持特、超稠油(或高凝油)油井的正常生产。
综上所述，本发明中的电加热装置具有下述优点：
1、特种加热电缆的改进，可以适应现有开采的要求，同时可以耐高温250℃。
2、输出变压器26的铁芯为环形，材料为非晶态，具有造价低，效率高，运行十分可靠的优点。