油井用鋼帶護套變頻加熱電纜的制作方法

本實用新型屬于加熱電纜領域，具體涉及一種適用于潛油電泵井、自噴井、天然氣井等無桿采油井的井下加熱用的鋼帶護套變頻加熱電纜。

背景技術：

在我國北方地區，有很多的高凝油油井，其含硫量、含蠟量都比普通油井更高。由于其原油的凝固點高、油粘度大，給采油工作帶來很多困難。一口新建油井，用不了多長時間，油管壁就會凝結上一層厚厚的蠟，致使出油管堵塞。出現這種現象時，采用抽油桿采油作業的油井，可以利用空心抽油桿的集膚效應對原油進行加熱；但對于潛油電泵井、自噴井、天然氣井等無抽油桿采油井，就需要尋找一種新的高效加熱模式。

在無桿采油井的加熱模式選擇上，目前普遍采用電阻加熱電纜或油管外壁纏繞伴熱帶電纜進行加熱的方式，這種加熱方式操作方便簡單，但存在熱效率低，能耗高，熱量流失大的問題。還有少數采用銅導體氧化鎂絕緣鋼管護套加熱的方式，這種方式不僅制造困難、價格昂貴，而且彎曲困難，不可反復使用，給安裝施工帶來巨大的困難。

公告號為CN202488787U的實用新型專利公開了一種聚丙烯絕緣輻照交聯聚烯烴護套油井加熱電纜，包括套題、絕緣層和護套層，具有結構簡單，抗拉張力大，提高電纜發熱效應的特點。但是該專利所提供的方案僅通過護套層材料的選擇，解決了長時間在原油中浸泡后電纜外徑增大的問題，靠的是導體自身電阻產生的熱量加熱，熱效率低，能耗大，現已基本無人使用。

公告號為CN205389276U的實用新型專利公開了油井用鋼帶護套變頻加熱電纜，包括絕緣層，加熱回路導體，護套層和流體腔，能夠均勻加熱并充分散熱，但是該方案中的加熱回路道題由電阻絲構成，即采用電阻加熱電纜，其能耗較高，熱效率較低。

因此，有必要研制一種輕便高效的油井加熱電纜。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于解決上述無桿采油井中現有幾種加熱方式加熱效率低、制造困難、給施工帶來不便等問題，提供一種輕便高效的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜。

本實用新型是通過以下技術方案實現的：

油井用鋼帶護套變頻加熱電纜，其特征在于：電纜由輻照交聯聚烯烴護套層、鍍鋅鋼帶層、玻璃絲纖維帶層、輻照交聯聚烯烴絕緣層和導體由外至內依次包裹而成；所述鍍鋅鋼帶層為雙層鎧裝結構，每層均為間隙繞包；所述玻璃絲纖維帶層為雙層繞包結構，每層玻璃絲纖維帶搭蓋率為50%；所述導體為7根稀土高鐵鋁合金線絞合緊壓組成；導體在油管中的下末端與鍍鋅鋼帶層相連形成回路。

作為優選，所述輻照交聯聚烯烴護套層的厚度為1.2mm，輻照劑量為13兆拉德。

作為優選，所述輻照交聯聚烯烴絕緣層的厚度為1.2mm，輻照劑量為13兆拉德。

電纜的絕緣材料，通常選擇交聯聚乙烯、三元乙丙橡膠、氟塑料等材質，本方案選用輻照交聯聚烯烴材質的護套層和絕緣層是因為該材料耐溫、耐油，價格僅為常用的氟塑料的三分之一，符合經濟性原則。

作為優選，所述鍍鋅鋼帶層的單層厚度為0.5-0.8mm；間隙繞包的間隙距離的范圍為1-2mm。鍍鋅鋼帶層既要保證電纜能夠彎曲，又要保證能夠滿足變頻集膚加熱對厚度的要求。

作為優選，所述玻璃絲纖維帶層的單層厚度為0.2mm。選擇耐高溫的玻璃絲纖維帶，并采用雙層繞包，層間搭蓋結構，總厚度相當于4層，既起到保護輻照交聯聚烯烴絕緣層免受鍍鋅鋼帶層劃傷的作用，又能夠進行隔熱。

作為優選，所述導體的有效截面積為25-50 mm²。導體選擇稀土高鐵鋁合金，其強度可達159MPa，為純鋁導體的1.6倍。稀土高鐵鋁合金導體通過添加微量稀土元素、鐵元素及特殊的工藝處理，使產品在導電性、柔韌性、延伸性、抗蠕變性、抗腐蝕性等方面均優于銅導體；與銅導體相比其柔韌性提高了25％，延伸性提高了30％，蠕變性小了40％，電阻率基本與純鋁導體持平。在本方案中，選擇用稀土高鐵鋁合金線絞合緊壓制成的導體在20℃時的直流電阻≤1.2Ω/km。

本實用新型中提供的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜，其井下端導體與鍍鋅鋼帶層相連，鍍鋅鋼帶層與導體形成回路，整體加熱裝置利用中頻集膚效應、渦流效應原理進行加熱。

一種上述油井用鋼帶護套變頻加熱電纜的加工方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）導體制作，采用7根稀土高鐵鋁合金線絞合緊壓制成導體；

（2）絕緣擠制，將125℃的輻照交聯聚烯烴材料通過擠塑機擠包到導體上，厚度為1.2mm，再通過專門的輻照設備進行輻照交聯；

（3）包帶工序，采用玻璃絲纖維帶對步驟（2）得到的產品進行雙層繞包，單層厚度為0.2mm，每層搭蓋率為50%；

（4）鋼帶鎧裝，采用單層為0.5-0.8mm厚的鍍鋅鋼帶對包帶后的纜芯進行雙層鎧裝，每層鍍鋅鋼帶都為間隙繞包，間隙距離為1-2mm；

（5）外護套擠制，通過擠塑機將125℃輻照交聯聚烯烴護套料擠包到鍍鋅鋼帶外層，厚度為1.2mm，然后通過專門的輻照設備進行輻照交聯。

選擇125℃輻照交聯聚烯烴材料，符合油井實際加熱需要。

作為優選，所述步驟（1）中使用的稀土高鐵鋁合金線的直徑為2.0-3.0mm。

作為優選，所述步驟（2）與步驟（5）中輻射交聯步驟的輻射劑量為11至14兆拉德。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型提供的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜，適用于變頻集膚電流加熱方式，加熱效率高，節能效果好，熱能不流失；利用鍍鋅鋼帶護套電纜，有效克服傳統無縫鋼管不易纏繞，制作困難的問題，鍍鋅鋼帶層既起到加熱體作用，又能承載自身重量；選用質量輕，強度高的稀土高鐵鋁合金線作為導體，使得產品在導電性、柔韌性、延伸性、抗蠕變性、抗腐蝕性、重量輕等方面表現出優越性；使用125℃的輻照交聯聚烯烴制成的絕緣層和護套層，耐溫耐油，經濟實用。本實用新型提供的電纜加工方法，步驟簡單，其各項數據指標為實際操作中多次實驗所得的最佳數據。本實用新型提供的加熱電纜的油井用加熱裝置，具有使用壽命長，施工安裝方便，維護成本低的特點。

此外，本實用新型方法原理可靠，步驟簡單，具有非常廣泛的應用前景。

由此可見，本實用新型與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著地進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜的橫截面示意圖。

圖2是本實用新型提供的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜的加工方法的流程圖。

圖3是本實用新型提供的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜的油井用加熱裝置的剖面示意圖。

其中，1-輻照交聯聚烯烴護套層，2-鍍鋅鋼帶層，3-玻璃絲纖維帶層，4-輻照交聯聚烯烴絕緣層，5-導體，6-加熱電纜，7-接線盒，8-變頻電源控制柜，9-懸接器，10-油管，11-潛油電泵，12-出油管道，13-溫度傳感器，14-出油口閥門，15-套管，16-套管卸壓閥。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述：

如圖1所示，本實用新型提供的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜，由輻照交聯聚烯烴護套層1、鍍鋅鋼帶層2、玻璃絲纖維帶層3、輻照交聯聚烯烴絕緣層4和導體5由外至內依次包裹而成；所述鍍鋅鋼帶層2為雙層鎧裝結構，每層均為間隙繞包；所述玻璃絲纖維帶層3為雙層繞包結構，每層玻璃絲纖維帶搭蓋率為50%；所述導體5為7根稀土高鐵鋁合金線絞合緊壓組成；導體5在油管中的下末端與鍍鋅鋼帶層2相連形成回路。

在本實施例中，所述輻照交聯聚烯烴護套層1的厚度為1.2mm，輻照劑量為13兆拉德。

在本實施例中，所述輻照交聯聚烯烴絕緣層4的厚度為1.2mm，輻照劑量為13兆拉德。

電纜的絕緣材料，通常選擇交聯聚乙烯、三元乙丙橡膠、氟塑料等材質，本方案選用輻照交聯聚烯烴材質的護套層和絕緣層是因為該材料耐溫、耐油，價格僅為常用的氟塑料的三分之一，符合經濟性原則。

在本實施例中，所述鍍鋅鋼帶層2的單層厚度為0.5mm，在本實用新型的其他實施例中，鍍鋅鋼帶層2的單層厚度在0.5-0.8mm范圍內；間隙繞包的間隙距離為1.5mm，在本實用新型的其他實施例中，間隙繞包的間隙距離在1-2mm范圍內。鍍鋅鋼帶層2既要保證電纜能夠彎曲，又要保證能夠滿足變頻集膚加熱對厚度的要求。

在本實施例中，所述玻璃絲纖維帶層3的單層厚度為0.2mm。選擇耐高溫的玻璃絲纖維帶，并采用雙層繞包，層間搭蓋結構，總厚度相當于4層，既起到保護輻照交聯聚烯烴絕緣層4免受鍍鋅鋼帶層2劃傷的作用，又能夠進行隔熱。

在本實施例中，所述導體5的有效截面積為25mm²，在本實用新型的其他實施例中，所述導體的有效截面積在25-50mm²范圍內。導體5選擇稀土高鐵鋁合金，其強度可達159MPa，為純鋁導體的1.6倍。稀土高鐵鋁合金導體通過添加微量稀土元素、鐵元素及特殊的工藝處理，使產品在導電性、柔韌性、延伸性、抗蠕變性、抗腐蝕性等方面均優于銅導體；與銅導體相比其柔韌性提高了25％，延伸性提高了30％，蠕變性小了40％，電阻率基本與純鋁導體持平。在本方案中，選擇用稀土高鐵鋁合金線絞合緊壓制成的導體5在20℃時的直流電阻≤1.2Ω/km。

如圖2所示，本實用新型提供的一種上述油井用鋼帶護套變頻加熱電纜的加工方法，包括以下步驟：

（1）導體制作，采用7根稀土高鐵鋁合金線絞合緊壓制成導體5；

（2）絕緣擠制，將125℃的輻照交聯聚烯烴材料通過擠塑機擠包到導體5上，厚度為1.2mm，再通過專門的輻照設備進行輻照交聯；

（3）包帶工序，采用玻璃絲纖維帶對步驟（2）得到的產品進行雙層繞包，單層厚度為0.2mm，每層搭蓋率為50%；

（4）鋼帶鎧裝，采用單層0.5-0.8mm厚的鍍鋅鋼帶對包帶后的纜芯進行雙層鎧裝，每層鍍鋅鋼帶都為間隙繞包，間隙距離為1-2mm；

（5）外護套擠制，通過擠塑機將125℃輻照交聯聚烯烴護套料擠包到鍍鋅鋼帶外層，厚度為1.2mm，然后通過專門的輻照設備進行輻照交聯。

選擇125℃輻照交聯聚烯烴材料，符合油井實際加熱需要。

在本實施例中，所述步驟（1）中使用的稀土高鐵鋁合金線的直徑為2.16mm，在本實用新型的其他實施例中，選用的稀土高鐵鋁合金線的直徑在2.0-3.0mm范圍內。

在本實施例中，所述步驟（2）與步驟（5）中輻射交聯步驟的輻射劑量為13兆拉德，在本實用新型的其他實施例中，所述輻射劑量可以為11至14兆拉德。

在使用上述的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜進行加熱作業時，使用一種如圖3所示的加熱裝置。其中，加熱電纜6的頂端設有接線盒7，通過接線盒7連接變頻電源控制柜8，通過接線盒7后，加熱電纜6經懸接器9進入油管10，加熱電纜6底端與油管10底端均深入油層，加熱電纜6底部接有潛油電泵11；油管10的上端側表面開設出油管道12，出油管道12上設有溫度傳感器13和出油口閥門14；油管10外套設套管15，套管15側表面設有套管卸壓閥16。

本實用新型中提供的加熱電纜6，其井下端導體5與鍍鋅鋼帶層2相連，鍍鋅鋼帶層2與導體5形成回路，整體加熱裝置利用中頻集膚效應、渦流效應原理進行加熱，具有使用壽命長，施工安裝方便，維護成本低的特點。

本實用新型提供的油井用鋼帶護套變頻加熱電纜，適用于變頻集膚電流加熱方式，加熱效率高，節能效果好，熱能不流失；利用鍍鋅鋼帶鎧裝電纜，有效克服傳統無縫鋼管不易纏繞，制作困難的問題，鍍鋅鋼帶層既起到加熱體作用，又能承載自身重量；選用質量輕，強度高的稀土高鐵鋁合金線作為導體5，使得產品在導電性、柔韌性、延伸性、抗蠕變性、抗腐蝕性、重量輕等方面表現出優越性；使用125℃的輻照交聯聚烯烴制成的絕緣層和護套層，耐溫耐油，經濟實用。本實用新型提供的電纜加工方法，步驟簡單，其各項數據指標為實際操作中多次實驗所得的最佳數據。

上述技術方案只是本實用新型的一種實施方式，對于本領域內的技術人員而言，在本實用新型公開了應用方法和原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限于本實用新型上述具體實施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是優選的，而并不具有限制性的意義。