專利名稱：空心抽油桿電加熱裝置的制作方法
技術領域：
本發明關于一種用于油田的加熱裝置，更具體地就，關于一種用于稠油或 高凝油抽油井井簡的電加熱裝置。
背景技術：
現在油田抽油過程中多數采用熱水(或熱油)循環伴熱開釆的方法，即使加熱過的液體從中間套管10、油管9之間進入，再從中間套管IO和外套管(圖 中未示出)之間返回地面。這種加熱方法存在熱效率低，不適應特稠油、超稠 油的開釆。另一種常用的方法是使用深井石油電磁加熱裝置，該深井石油電磁加熱裝 置由地面供電電源、井下電磁加熱器、油管、套管構成。其中加熱器的結構由 內向外為油管、絕緣層、銅線圈、絕緣材料。工作原理是向銅線圈供電后形成 磁場，在油管上形成渦流而產生熱量，用以加熱原油。但是這種方法結構復雜， 在油管和套管之間設置絕緣材料、銅線及絕緣層較為困難，且故障多、不方便。為此，中國專利第92216143.7號中曾公開了一種交流電熱抽油桿伴熱裝置， 該伴熱裝置包括有供電裝置、加熱電纜、電路聯接器及空心抽油桿，在使用時 使電纜、電路聯接器與空心抽油桿形成一回路，并在通電后加熱周邊的稠油或 高凝油，便于釆用。但是該專利中的伴熱裝置需要抽油桿短節來實現加熱電纜 與空心抽油桿的連接，具有結構復雜的問題，同時釆用的加熱電纜不能滿足現 有油田開釆的要求。發明內容有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種空心抽油桿電加熱裝置，該電 加熱裝置通過對內部的加熱電纜的結構改進，使其符合現有開釆環境的要求。同時通過對電路聯接器的結構改進，使得使用更加方便與簡單。本發明中的空心抽油桿電加熱裝置包括有供電裝置、特種加熱電纜、空心抽油桿及電路聯接器，其中所述供電裝置通過供電電纜與變壓器連接，將所述變壓器提供的三相380V、 50Hz交流電變成50Hz-500Hz、 0-2500V的單相交流電，所述供電裝置 的火線通過供電電纜與所述特種加熱電纜連接；所述特種加熱電纜能自由下入與提出的置于所述空心抽油桿的通孔內，所 述特種加熱電纜的最底端通過電路聯接器與所述空心抽油桿連接。所述電路聯結器包括由低碳合金鋼材料制成的底座、插頭及填充在所述底 座與插頭之間的填充介質，其中底座與所述空心抽油桿的底端采用螺紋連接， 所述插頭與所述特種加熱電纜焊接，所述底座與所述插頭間的填充介質為導電 膏。所述特種加熱電纜的中心為用于提供足夠抗拉強度的鋼芯，所述鋼芯的外 側包有一層特殊編織的導體，在所述導體的外面依次設有絕緣層和保護套；所 述特殊編織的導體由27根00.52銅線絞合成為 一股，再由同樣結構的6股銅線 圍繞鋼芯絞合，節距比不大于15/30。所述鋼芯為鋼絲繩。所述特種加熱電纜外部為鋼管，中心為銅導體，在所述銅導體與所述鋼管 之間為絕緣層。所述供電裝置采用立式結構，在立式殼體內部的上方設有機芯，底部設有 變壓器，在所述機芯與變壓器之間設有隔離部。所述機芯包括有整流電路、濾波電路、逆變電路、控制部分、及顯示部分。所述變壓器為中頻輸出變壓器，該中頻輸出變壓器包括有鐵基非晶合金材 料制成的環形結構，及繞制在所述環形結構上的多股換位銅導線。所述絕緣層與保護套被合并成一體。本發明中的空心抽油桿電加熱裝置優點在于結構簡單，安裝容易、成本較 低、調整方便，易于實現自動化。是稠油(或高凝油)開采的最有效、最經濟、最安全的油井加熱裝置。
圖l是本發明中電加熱裝置的結構示意圖；圖2是本發明中特種電纜實施例一的結構示意圖；圖3是本發明中特種電纜實施例二的結構示意圖；圖4是本發明中供電裝置的結構示意圖；圖5是本發明中供電裝置的電路原理圖；圖6是本發明中的電路聯接器的結構示意圖；圖7是本發明中特種加熱電纜的立體示意圖；圖8是本發明中機芯的電路結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明中的具體實施例作進一步詳細說明。 如圖l所示，本發明中空心抽油桿的電加熱裝置包括有供電裝置2、特種 電纜3、電路連接器5及空心抽油桿4。其中供電裝置2通過供電電纜12與變壓器1連接，將由變壓器1提供的三相 380V、 50Hz交流電變成50Hz-500Hz、 0-2500V的單相交流電。如圖4所示， 供電裝置2采用立式結構(也可以采用分體結構)，即在立式殼體22內設置有 機芯28和變壓器21,其中機芯28在上，變壓器21在下，機芯28和變壓器21 之間設有隔離部29。機芯28的發熱元件比較多，釆用了正負母排重疊的技術， 如圖8所示，在正負母排之間只有幾亳米的絕緣材料，使母排對外部的集膚效 應降到最小，并采用了 8個電解電容，其排布方式使其達到了最好的均流效果。 由于此技術對本領域的技術人員來說是很容易實現的，因此不再詳細說明。本 發明中的供電裝置2采取強制風冷的散熱形式，并采用獨立風道，即防塵防雨 雪，又作到了通風的良好性。變壓器21為中頻輸出變壓器，其結構形式為干式 變壓器，為了減小損耗，降低噪聲，提高效率，采用了鐵基非晶合金材料制成的環形結構(也可釆用其它導磁材料和結構形式)，使磁路最短，重量最小。線 圈導線采用多股換位銅導線繞制，大大降低了由于電源頻率較高導線集膚效應 和鄰近效應產生的渦流損耗。由于變壓器其他部分與現有技術相同，因此也不 再詳細說明。如圖5所示，供電裝置2包括有整流電路23、濾波電路24、逆變電路25、 控制部分26、顯示部分27及變壓器21,其工作原理是通過電力二極管和電 解電容組成電容濾波的三相不可控整流電路，將交流電轉換為直流電，再通過 控制部分26中的程序控制由電力半導體器件組成的逆變電路的開關，將工頻 (50Hz)變換為中頻(50Hz-500Hz),然后由中頻變壓器21輸出到特種加熱電纜 3,通過電流的集膚和鄰近效應對油層加熱。逆變電路的控制程序采用電壓空間 矢量(SVPWM)的脈寬調制方法生成正弦波，與傳統的中頻電源相比具有直 流電壓利用率高、諧波成分少、控制簡單，數字化實現方便等優點。由于供電 裝置的電路為現有技術，作為本領域的技術人員在上述原理的啟示下是很容易 實現的，因此不再詳細說明。如圖l所示，特種加熱電纜3通過電纜引入器8、供電電纜13與供電裝置 2的火線連接，同時特種加熱電纜3在空心抽油桿4的通孔內引入深井底下， 同時空心抽油桿4穿過空心環流泵6。特種加熱電纜3與空心抽油桿4構成回 路，組成集膚效應加熱體，對油井進行加熱，使油井獲得80-120W/m的加熱量， 油溫可達60。C-80。C,維持特、超稠油(或高凝油)油井的正常生產。由于空心 抽油桿4的鐵磁材質決定只有在其內表面有電流流動，外表面沒有電壓和電流， 只有漏電壓和漏電流，而漏電壓只有幾十毫伏，漏電流也只有幾十毫安，對生 產是十分安全的。如圖2所示，特種加熱電纜3為提高電纜的抗拉強度，其中心為釆用鋼絲 繩的鋼芯17，總體抗拉強度可提高到1.5-3t。鋼絲繩17的外部包覆有特殊編織 的導體(電纜芯線)18，鋼絲繩17的直徑一般為25-35mm2，取決于油井加熱 時電纜的額定電流。如圖7所示，特殊編織的導體18由27根0O.52銅線絞合 成為一股，再由同樣結構的6股銅線圍繞鋼芯17絞合，節距比不大于15/30，這樣可以避免某些銅線由于受力不均而起鼓的現象。導體18的外面依次包覆有均由聚醚砜酮樹脂(PPESK)材料制成的絕緣層19和保護套20 (絕緣層19和 保護套20可以合并成一整體，也可以采用其它耐高溫絕緣材料)，其中絕緣層 19和保護套20的厚度取決于油井加熱所需的電壓。且該絕緣層19和保護套20 的耐高溫度為250°C。如圖3所示，本發明中的特種電纜3也可以采用鋼鎧電纜，該鋼鎧電纜的 外部為鋼管30,中心為銅導體31,在銅導體31與鋼管30之間為絕緣層32。 采用該鋼鎧電纜可以提高抗拉強度和使用壽命。該鋼鎧電纜中的絕緣層32由 聚醚砜酮樹脂(PPESK)材料制成。如圖6所示，電路聯接器5由三部分組成底座50、插頭51和填充介質 52。其中底座50釆用低碳合金鋼材料加工而成，與空心抽油桿4底端通過螺紋 連接。插頭51為銅棒，與特種加熱電纜3焊接。底座50與插頭51間的填充介 質52為導電膏。由于電路聯接器5與空心抽油桿4底端之間通過螺紋連接，從 而可以實現特種加熱電纜3在空心抽油桿4內自由下入與提出的功能。如圖1所示，本發明中電加熱裝置的使用過程如下首先利用供電裝置2將由供電電源1通過供電電纜12提供的三相380V、 50Hz交流電源轉換成50Hz-500Hz的單相交流電，再通過供電電纜13提供給特 種加熱電纜3送入井下，其中特種加熱電纜3置于空心抽油桿4的通孔內，與 空心抽油桿4 一起穿過空心環流泵6,即在油井的底部利用電路聯接器5與空 心抽油桿4構成回路，組成集膚效應加熱體，對油井進行加熱，使油井獲得 80-120W/m的加熱量，油溫可達6(TC-8(TC,而維持特、超稠油(或高凝油) 油井的正常生產。綜上所述，本發明中的電加熱裝置具有下述優點1、 特種加熱電纜的改進，可以適應現有開采的要求，同時可以耐高溫250。C。2、 輸出變壓器26的鐵芯為環形，材料為非晶態，具有造價低，效率高， 運行十分可靠的優點。
權利要求
1、一種空心抽油桿電加熱裝置，包括有供電裝置(2)、特種加熱電纜(3)、空心抽油桿(4)及電路聯接器(5)，其特征在于所述供電裝置(2)通過供電電纜與變壓器連接，將所述變壓器提供的三相380V、50Hz交流電變成50Hz-500Hz、0-2500V的單相交流電，所述供電裝置(2)的火線通過供電電纜與所述特種加熱電纜(3)連接；所述特種加熱電纜(3)能自由下入與提出的置于所述空心抽油桿(4)的通孔內，所述特種加熱電纜(3)的最底端通過電路聯接器(5)與所述空心抽油桿(4)連接。
2、 根據權利要求1中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所述電 路聯結器(5)包括由低碳合金鋼材料制成的底座、插頭及填充在所述底座與插 頭之間的填充介質，其中底座與所述空心抽油桿(4)的底端釆用螺紋連接，所 述插頭與所述特種加熱電纜(3)焊接，所述底座與所述插頭間的填充介質為導 電膏。
3、 根據權利要求1中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所述特 種加熱電纜(3)的中心為用于提供足夠抗拉強度的鋼芯(17)，所述鋼芯(17) 的外側包有一層特殊編織的導體(18),在所述導體(18)的外面依次設有絕緣 層(19)和保護套(20);所述特殊編織的導體(18)由27根00.52銅線絞合 成為一股，再由同樣結構的6股銅線圍繞鋼芯(17)絞合，節距比不大于15/30。
4、 根據權利要求3中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所述鋼 芯(17)為鋼絲繩。
5、 根據權利要求1中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所述特 種加熱電纜(3)外部為鋼管(30),中心為銅導體(31)，在所述銅導體與所述 鋼管之間為絕緣層(32)。
6、 根據權利要求3或5中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所 述絕緣層(19、 32)和保護套(20)的材料為耐溫為25(TC的聚醚砜酮樹脂材料。
7、 根據權利要求1中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所述供 電裝置(2)釆用立式結構，在立式殼體(22)的內部的上方設有機芯(28), 底部設有變壓器(21)，在所述機芯與變壓器之間設有隔離部(29)。
8、 根據權利要求7中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所述機 芯(20)包括有整流電路(23 )、濾波電路(24)、逆變電路(25)、控制部分(26)、 及顯示部分(27)。
9、 根據權利要求7或8中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所 述變壓器(21)為中頻輸出變壓器，該中頻輸出變壓器包括有鐵基非晶合金材 料制成的環形結構，及繞制在所述環形結構上的多股換位銅導線。
10、 根據權利要求3中所述的空心抽油桿電加熱裝置，其特征在于所述 絕緣層(19)與保護套(20)合并成為一體。
全文摘要
本發明公開了一種空心抽油桿電加熱裝置，其包括有供電裝置、特種加熱電纜、空心抽油桿及電路聯接器。供電裝置通過供電電纜與變壓器連接，將所述變壓器提供的三相380V、50Hz交流電變成50Hz-500Hz、0-2500V的單相交流電，同時所述供電裝置的火線通過供電電纜與所述特種加熱電纜連接；所述特種加熱電纜的中心為用于提供足夠抗拉強度的鋼芯，所述鋼芯的外側包有一層特殊編織的導體，在所述導體的外面依次設有絕緣層和保護套；所述特種加熱電纜可自由下入與提出的置于所述空心抽油桿的通孔內，所述特種加熱電纜的最底端通過電路聯接器與所述空心抽油桿連接。
文檔編號E21B43/16GK101220740SQ200810056899
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月25日 優先權日2008年1月25日
發明者朱成林 申請人:朱成林