电加热技术简介(华浮)

智能式油井电加热成套装置辽宁华孚石油高科技股份有限公司2008年12月n前言一、系统构成二、加热原理三、电参数的确定四、现场试验及应用情况五、特点及技术指标六、与国内外同类技术对比七、电热技术的发展目录前言稠油、高凝油开采过程中，原油自井底沿井筒举升到井口，随地层温度的变化，原油粘度将增加甚至凝固，严重的影响油井的正常生产，甚至停产，因此必须采取相应的技术措施。为解决这一生产问题，我公司研制出了稠油、高凝油开采的油井电加热采油技术《智能式油井电加热成套装置》；并获得国家专利（专利号ZL94230220.6）。从90年代初至今已在采油生产现场得到广泛应用，电加热技术也从泵上加热发展到泵下加热，电源从工频发展到中频；由于研制出带压注入新工艺，目前电热技术已从稠油开采扩展到稀油开采。下面介绍现在油田广泛应用的中频井下电加热技术。一.系统构成智能式油井电加热成套装置，由四大部分构成：1.程控中频电源2.空心抽油杆3.特种电缆4.空心抽油泵过泵电加热采油工艺示意图程控中频电源是中频电热采油装置的核心部分,应用IGBT把50Hz的工频电流转换成中频电流，无论开关频率，还是可控性，都具有晶闸管所无法比拟的优点。1.程控中频电源1、输入：三相380V、50Hz2、输出：额定功率50kVA100kVA150kVA200kVA频率500HZ占空比1～93％3、主要控制保护功能：a、短路保护b、散热片过温保护c、过流保护（最大允许电流250A）。d、断路保护4、使用环境：温度－30～50℃湿度≤85％海拔高度＜1000m5、保护等级：IP20中频电源主要技术性能参数空心抽油杆除了将抽油机的动力传给抽油泵，抽吸井液外，还可使特种电缆穿过，下到泵下进行加热，降粘减阻，使原油充分入泵，提高泵效。目前应用的空心抽油杆其规格性能见下表：表1.空心抽油杆规格，性能8.693.4Φ32×5528.26203.6735CrMoΦ34×5430.26203.9235CrMoΦ36×5332.76204.2335CrMoΦ36×5.5235.06204.5435CrMoΦ36×61充分最大荷载(t)应力(Mpa)质量（kg/m)材质规格级别2.空心抽油杆空心抽油杆图片空心抽油杆钢铠电缆:电缆组成剖面见右下图。绝缘层和护套层的材料根据需要选择。由于护套采用了钢管，完全克服了电缆表面易破损的缺陷，极大减少了短路事故的发生。其主要技术参数如下：§额定电压分为：1500V、2000V、2500V。§绝缘电阻：≥300MΩ·km(温度20℃，湿度80％)；§钢铠护套抗拉强度：≥335MPa；§温度范围：-30℃～250℃；§使用寿命：≥2年。电缆芯线聚四氟乙烯绝缘材料矿物绝缘材料钢铠护套3.特种电缆功率（W/m）cosΦ阻抗（Z/m）电压（V/m）负载电流（A）表2.钢铠电缆（30mm2）电特性表（500Hz）1060.590.0181.810093.90.610.0191.7190820.640.0201.680680.660.0211.4770500.660.0211.2660390.710.0221.15029.50.770.0240.964021.90.870.0280.843010.60.880.030.620特种电缆参数图1.钢铠电缆（30mm2）V-I特性曲线0200400600800100012001400160018002000020406080100120I（A）V（V/1km）020406080100120140020406080100120I(A)P(W/m)图2.钢铠电缆（30mm2）P-I特性曲线空心抽油泵是实现泵下加热、降粘的关键设备，该泵主要由泵筒组件和柱塞组件两部分组成，该泵游动凡尔采用机械式强制开闭，延长检泵周期，检泵时自动泄油，泵效高，金属密封，耐温可达350℃。该泵在下井作业中，可以使泵筒与注汽油管、柱塞及抽油杆在一次作业中下入井内，从而避免了二次作业造成的成本增加和井下热量损失。4.空心抽油泵回路接头19提升接箍18特种空心杆17油管短接16.滑动密封杆15滑动密封套14弹性卡环13导流块12固定凡尔座11固定凡尔体10固定凡尔外壳9.游动凡尔体8游动凡尔座7活塞6中心杆5出油口4限位挡块3加长杆2泵筒1表3.空心泵主要技术参数表连接油管（英寸）最大外径（mm）泵常数过流面积（mm2）冲次（次/min）冲程（m）精度型号27/8891.53403≤101.8～33KCYB44/2431/231/21071074.32.541030648≤6≤63.6～62.5～633KCYB70/32KCYB57/32空心抽油泵二.加热原理当单相交流电通过加热电缆铜芯和钢铠电缆外壁时，加热电流便在钢铠电缆的内壁上产生集肤效应，电流集中在钢铠电缆内壁一定深度内流过，而钢铠电缆外壁不带电，自身成为一个很好的绝缘结构，钢铠外套和加热电缆铜芯组成的串联回路构成集肤效应加热体。当电流通过电缆铜芯和钢铠时，钢铠电缆内产生磁通，在此交变磁通作用下产生涡流，回路电流I1和I2与涡流I3和I4的方向如图六所示，如果忽略漏磁通的影响，那么I2=I4，但方向相反，互相抵消，实际上作用在电缆铜芯和钢铠上的电流只有I1和I3。～V这种集肤效应作用带来两个好处，其一是使电流通过钢管的截面积减小，交流阻抗增加，因此用较小的加热电流便可获得较大的加热功率，其二是钢铠电缆外表面只有漏电压和漏电流，加热系统十分安全。I1I2I3I4三.油井加热电参数的确定油井的加热功率可以由程序计算出来，在实际应用中一般数据为：一般稠油井筒加热量为50～60w/m，特稠油为60～80w/m，超稠油为80～100w/m，高凝油可按凝固点分类，凝固点在50℃以下，加热量为40～50w/m，凝固点在50℃以上，加热量为50～60w/m。油井电加热频率一般采用300－500Hz。≤300mΦ32×5.5特种杆规格（mm）9适于井深≤1700mΦ34×5.5;Φ36×5.5Φ36×6;Φ38×6空心抽油杆规格（mm）8335电缆抗拉强度（MPa）7适用于注汽井≤250加热电缆耐温（℃）6适于钢铠电缆50，100150，200中频电源功率（kW）550，60电源频率（Hz）4电源容量：中频电源功率380±10%电源电压（V）3适应特超稠油及高凝油井50～100油井加热功率（W/m）2适应特超稠油及高凝油井50～80井口出油温度（℃）1备注技术参数项目名称项目序号表4.技术指标综合数据表加热功率：（w/m）加热功率的计算是确定电源容量的依据，可以依据上述经验数据求出来，方法如下：P=K﹒P1P——油井所需加热功率；w/mP1——油井井筒散失热量；w/mK——校正系数，一般取值1.2～1.3。求出加热功率后，可以按有关的图表进行电加热参数计算.油井加热电参数的确定四.现场试验及应用情况冷37—166井井深：1518.8m，油层厚度26.2m，50℃地面脱气原油粘度19763mPa.s，胶质+沥青质含量50.04%。该井95年4月18日注汽，因注汽压力高注不进停注，水力压裂后下入普通泵，泵上电杆加热，开抽后不出，液面360m。示功图显示油稠不入泵，5月19日下入电杆越泵加热装置进行试验。Φ57泵下入1250m，Φ34的电杆下深1366m，泵下加热段为116m，冲程3.6m，冲次2.8次/分，试验获得成功，井内的原油顺利入泵（下入电杆越泵加热前后的示功图对比见附图1）。初期日产油21吨，井口出液温度50℃。该井截止到96年4月30日，累积生产303天，累产原油2730吨，平均日产9吨。越泵加热后示功图分析原因，基本正常越泵技术后示功图分析原因，正常越泵加热前示功图分析原因，原油不入泵越泵加热技术前示功图分析原因，稠油不入泵井深：1361.4m，油层厚度33m，50℃地面脱气原油粘度13140mPa.s，胶质+沥青质含量51.88%。该井95年6月5日注汽，因注汽压力高注不进停注，6月29日水力压裂后下入普通泵电杆上加热,开抽排完液后不出，液面在260m，示功图显示油稠不入泵，下入电杆越泵加热装置，Φ57泵下入1150m，Φ34的电杆下深1260m，泵下加热110m，冲程4.8m冲次2.8次/分，初期日产油12吨，该井截止到96年4月30日，累积生产266天，累产原油2313吨，平均日产8.7吨。冷37—168井井深：1536～1572m，50℃地面脱气原油粘度72090mPa.s，属于超稠油,胶质+沥青质含量61.56%，Φ57泵下深1300m，电杆加热深度为1390m。注汽后下泵转抽，排完水后不出，根据测试资料分析，认为是油稠不入泵，下入电杆越泵加热装置后抽油正常，初期日产油28吨。冷41-03843井冷41区块冷17号平台五.特点及技术指标油井井筒加热技术发展比较快，这项技术与同类技术比较有如下特点：§加热效率高§加热功率大§比电磁加热功率大2～3倍,比电热带功率也大1.5～2倍。§结构简单、使用方便§安全可靠§能增加泵效，节省抽油机用电量§空心抽油杆越泵电加热可使泵上、泵下同时加热，解决了油稠入泵难的问题.六.与国内外同类技术对比§空心抽油杆电加热装置：施工方便，性能稳定可靠，温控调整灵活，应用广泛，增产效果明显，是最经济、最有效的油井加热方法，在辽河、胜利、新疆等油田应用几千口油井。§电磁加热技术，实际上是以油管和套管做回路组成的电加热方法，应用实践证明这种方法故障多，热效率低，安装使用不方便，应用受到限制。§国产或进口电加热带，由于加热功率（W/m）小，热损失大，易损坏，仅在少数油井上试用，没有推广应用。具体指标如表7。最高最低较低较低加热效率特稠油高凝油一般稠油高凝油一般稠油高凝油一般稠油高凝油适用性能60～100℃50～60℃50～60℃50～60℃加热温度50～120W/m50～80W/m50～60W/m50～60W/m加热功率空心抽油杆加热装置加拿大电磁加热系统无锡油井电加热带美国瑞侃油井电热带类别项目表7.国内外同类技术对比表七、电热技术的发展n1.注水井井下电加热技术n2.螺杆泵井泵上和泵下电加热采油技术n3.水平井电加热技术n4.电潜泵井电加热技术n5.稀油自喷井电热清防蜡技术（带压注入新工艺）汇报结束谢谢!