空心桿井筒電加熱技術(shù)

空心桿井筒電加熱技術(shù)聯(lián)合石油技術(shù)（遼寧）有限公司是美國聯(lián)合石油公司在亞太區(qū)成立的獨(dú)資石油技術(shù)服務(wù)公司?？偣疚挥诿绹轮菪菟苟厥统牵菍ｉT從事石油行業(yè)以及與石油行業(yè)相關(guān)技術(shù)的高科技跨國公司，經(jīng)營范圍涉及石油開發(fā)、鉆采、集輸、石油設(shè)備以及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)研究和現(xiàn)場服務(wù)。一、概述空心桿井筒電熱工藝技術(shù)是我聯(lián)合石油技術(shù)（遼寧）有限公司的重點(diǎn)產(chǎn)品。是拌熱采油技術(shù)的一種，適用于稠油井、高凝油井和含蠟井的原油在井筒內(nèi)舉升過程中的加溫降粘和清蠟工作。該技術(shù)采用內(nèi)集膚效應(yīng)原理，是通過地面的電流整合，使空心桿壁產(chǎn)生熱能，通過熱傳導(dǎo)對油井進(jìn)行加熱。通過多年的現(xiàn)場實(shí)踐與技術(shù)研發(fā)改進(jìn)。該技術(shù)趨于成熟，目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用于1000多口油井，并為多個油田開采作出了貢獻(xiàn)。二、工作原理空心桿電加熱系統(tǒng)是在空心抽油桿內(nèi)孔中穿入電纜并與空心桿體形成回路，通以不同頻率的交流電，利用內(nèi)集膚效應(yīng)在空心桿壁上產(chǎn)生熱能，通過熱傳導(dǎo)，對油管內(nèi)原油進(jìn)行全程加熱，以提高油管內(nèi)原油溫度，降低原油粘度，改善其流動性，從而有效地開采高粘度、高凝固點(diǎn)、高含蠟原油。集膚效應(yīng)加熱法（SkinElectricalCurrentThermoSyS簡e稱SECT法，它是由日本氮?dú)夤こ坦窘?jīng)理安藤政夫創(chuàng)造的，后來推廣到美國、加拿大、意大利、印度尼西亞和韓國等國家，上個世紀(jì)九十年代初傳入我國，廣泛應(yīng)用于稠油的開采。本系統(tǒng)所用電纜是銅制的，是線性電阻，而空心桿是屬于鐵磁質(zhì)材料，產(chǎn)生的交流阻抗是非線性的，交流阻抗比直流電阻要大的多，電流沿著空心桿內(nèi)壁流過，這是因?yàn)閷?dǎo)線的電流與空心桿的電流方向相反，使兩個相鄰的導(dǎo)體中產(chǎn)生“接近效應(yīng)”，使得電流驅(qū)向兩導(dǎo)體之間。因?yàn)殡娏魇鞘艽抛饔玫模阼F磁質(zhì)的空心桿中這種作用要比在銅制導(dǎo)線中強(qiáng)的多（鐵磁質(zhì)材料的磁導(dǎo)率是銅的1000倍），所以電流明顯驅(qū)向空心桿的內(nèi)壁流過，實(shí)際上“接近效應(yīng)”和“集膚效應(yīng)”本質(zhì)是一樣的，所以可以說“集膚效應(yīng)”體現(xiàn)在空心桿的內(nèi)表面?？招臈U內(nèi)表面流通電流的截面積要比空心桿整個截面積小得多，電流通過桿內(nèi)表面的截面積稱為有效截面，有效截面與整個截面之比愈小，集膚效應(yīng)就愈強(qiáng)，集膚效應(yīng)可用下式表示：（5=5030p/4式中：5 集膚電流透入空心桿的深度（cm）P—加熱空心桿的電阻率（。m）4一一加熱空心桿的電磁導(dǎo)率——交流電頻率

三、工藝技術(shù)的組成1、抽油桿井筒電加熱技術(shù)示意圖立*l>立*l>4111>ct!+TrtiJiD it在塞FE.I?±C!tr1TfXiAiKYIlowStifkcjr理黔Sy iti配套螺桿泵結(jié)構(gòu)示意圖配套螺桿泵結(jié)構(gòu)示意圖整體電窺尸r1—光桿接箍□二次電纜[ 1III1整體電窺尸r1—光桿接箍□二次電纜[ 1III1tI舁口四通::由管實(shí)心抽油桿支架承忸及最拉卡瓦仝己!由「田桿（馳現(xiàn)桿）加熱電勰gsSB2、工藝技術(shù)組成空心桿井筒電加熱工藝技術(shù)主要由空心抽油桿、特種加熱電纜、地面控制系統(tǒng)及附件等組成。適合各類型抽油機(jī)及地面驅(qū)動井下螺桿泵油井配套使用@常用空心抽油桿的規(guī)格及尺寸項(xiàng)目單位指標(biāo)使用長度m300—2000最高電壓50HZ、60HZV5000最大允許電流A180導(dǎo)體截面積mm235 40工作溫度°C120205250耐低溫溫度°C--60整體抗拉斷力N1500030000最小彎曲半徑mm250絕緣電阻不小于MC1500c空頻電源電源輸入相數(shù)、電壓、頻率三相、380V(1140V)、50Hz允許波動電壓380V土20%.1140V土20%、頻率土2%抗瞬時電壓降電壓在300V（920丫）以上繼續(xù)運(yùn)行輸出頻率設(shè)定在260-1000HZ之間任意設(shè)定精度±1Hz

操作面板操作顯示數(shù)字顯示運(yùn)行頻率、脈沖占空比、運(yùn)行電流、故障碼保護(hù)功能短路保護(hù)、過熱保護(hù)、過、欠壓保護(hù)、缺相保護(hù)環(huán)境使用場所屋內(nèi)、海拔1000m以下，無腐蝕性氣體、灰塵、直射陽光環(huán)境溫度-10-+50°C濕度20—80%RH不結(jié)露振動5.9皿/以0.66以下）冷卻方式強(qiáng)迫風(fēng)冷四空心桿電加熱技術(shù)從開始應(yīng)用到現(xiàn)在已有十幾年的時間，這期間的大部分時間一直采用工頻電源進(jìn)行電加熱。由于工頻加熱電源具有設(shè)備簡單、一次性投資少、資金回收快等優(yōu)點(diǎn)，因此一直被廣泛應(yīng)用。但隨著某些油田開發(fā)進(jìn)入中后期，石油開采成本逐漸增高，工頻加熱電源耗電量大、電能成本高這一問題變得更加明顯突出。而采用變頻加熱技術(shù)則可以有效減少耗電量，從而達(dá)到節(jié)能的目的。因此，研究及推廣電加熱桿變頻加熱技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價值。中頻電源的節(jié)電原理空心桿電加熱采油裝置主要由電加熱控制柜、空心抽油桿、加熱電纜三部分組成，主要是利用內(nèi)集膚效應(yīng)原理使原油在井筒內(nèi)得到加熱，從而達(dá)到稠油開采的目的。eat-ngHO一OWsSystem'實(shí)心HE-油h<eat-ngHO一OWsSystem'實(shí)心HE-油h<uu^ ?I???空心抽油桿電加熱裝置rrae6Kus傳速器工頻/中頻數(shù)據(jù)對比情況井號加熱方式日產(chǎn)液量(t)油量(t)加熱功率(KW)出油溫度節(jié)電率(%)SJ56-0X5工頻21.911807029中頻23.5155772ST56T0X10工頻74.2786928中頻74.25669SJ56-11-17工頻226.3877626中頻22.76.26476SJ56-15-11工頻137837227中頻13.47.76073SJ56-15-13工頻178.4837226中頻17.28.46172五、現(xiàn)場安裝、空心抽油桿下井施工步驟將泵筒及油管下入井內(nèi)預(yù)定深度。將變扣接頭的CYG22抽油桿外螺紋擰緊在與抽油泵柱塞相連接的實(shí)心桿上。在變扣接頭上安裝一根空心桿，然后再將終端器擰緊在空心桿上。在終端器上依次連接空心桿至設(shè)計深度?？招臈U快下到預(yù)定深度時，放慢通井機(jī)下井速度，防止損傷抽油泵。空心桿下到預(yù)定深度后，井口處桿體作好標(biāo)記提起空心桿，將這根桿拆下，測量在井筒內(nèi)的長度。1),再提出一根桿，測量其長度(L2)測量出光桿長度(L3)及防噴盒高度(L4)，計算短節(jié)尺寸(L5)，L5二L1+L2+L4-L3-防沖距，配好短節(jié)。將防噴盒安裝在電光桿上，注意防噴盒內(nèi)扶正塊一定要安裝正確，以防扶正塊與光桿摩擦。在裝入盤根時，應(yīng)在光桿及盤根上涂適量黃油。下桿時，桿頭向上，接箍向下?？招臈U吊起時，應(yīng)在桿頭處放入①19mm的通徑規(guī)，提起后應(yīng)該從下部掉出，否則證明桿內(nèi)有問題，應(yīng)仔細(xì)檢查，作好標(biāo)記，放在一邊，上絲扣時先用手旋進(jìn)至接箍端面，進(jìn)入第二個“0”型圈內(nèi)，再用910mm(36in)管鉗帶緊，管鉗必須卡在桿頭和接箍的扳手

平面內(nèi)，嚴(yán)禁卡在桿體上。9?當(dāng)放入通徑規(guī)并準(zhǔn)備吊起空心桿時，應(yīng)將空心桿護(hù)帽重新扣到桿頭上，一直到上面的空心桿下落時，方能卸下前一根桿頭的護(hù)帽，以防下桿過程中有油泥、水及其他雜物掉入桿內(nèi)孔。10-空心桿吊起時，注意通徑規(guī)下落時不要碰到操作者。 11?電光桿及空心桿下井時，也必須按上述施工要求進(jìn)行。（二）、整體電纜下井施工步驟1?將地滑輪安裝在井口大法蘭上，將天滑輪安裝在修井機(jī)釣鉤上，擰下電光桿桿頭的護(hù)帽，裝上喇叭口。2?將電纜絞車放于合適位置，調(diào)整滑輪及絞車電纜盤角度，使喇叭口與滑輪、電纜絞車在同一平面上，電纜絞車與井口之間無障礙物，地面應(yīng)無原油或泥。如井場條件不具備，可墊一些土或草袋。3?檢查電纜終端插頭有無損傷，如有則要及時處理。如無損傷，剝?nèi)ル娎|末端絕緣層30mm左右，防止電纜銅線松散，用專用壓線鉗把電纜與終端插頭壓接牢固（壓接兩處），應(yīng)先用502鉗口壓一遍，再用352鉗口壓緊，用銼刀去除壓接飛邊，在壓接處裹兩層玻璃絲膠布，記下電纜尾部長度標(biāo)記，并用手牽引電纜通過滑輪穿進(jìn)空心桿孔內(nèi)約30米左右，然后再啟動電纜絞車，使電纜自動進(jìn)入桿體內(nèi)孔中，直至設(shè)計深度，與終端器插座形成回路。察看井口處電纜長度標(biāo)記，計算桿體內(nèi)電纜長度，與空心桿下入深度做比較，檢查電纜是否到位。在井口電纜上用玻璃絲膠布，作好標(biāo)記，將電纜提出7-8米，然后用萬用表測量其阻值，檢查是否正常。一般每1000米電熱桿阻值為30左右，依次類推。4?從井口處留下長20米左右（根據(jù)井口小房與抽油機(jī)距離確定）的電纜線，余長切斷，卸下滑輪及喇叭口。如圖一安裝懸接器，使電纜及傳感器從懸接器口引出，插入測溫傳感器，截取15米（根據(jù)井口小房與抽油機(jī)距離確定）電纜作回路電纜，兩端壓好接線端子，電纜一端由懸接器上扶正孔穿過，固定在懸接器上，電纜固定角度與上端實(shí)心桿成45°實(shí)心桿方卡子懸接器光桿防噴盒傳感器電纜傳感器線f\實(shí)心桿方卡子懸接器光桿防噴盒傳感器電纜傳感器線f\回路電纜（三）、電纜下井施工注意事項(xiàng)電纜絞車必須加以固定，以防竄動。下電纜前必須仔細(xì)檢查絞車，螺絲必須緊固，變速箱內(nèi)機(jī)油必須沒過齒輪下端50mm以上，鏈條無松動，抱閘可靠，控制箱內(nèi)接線良好，有問題及時處理。檢查絞車電源線有無損壞，如有應(yīng)及時處理，絞車接線必須可靠，并接好零線。下電纜時，檢查絞車電源有無破裂，如有則要及時進(jìn)行強(qiáng)度和絕緣處理，必須用玻璃絲膠布處理。下電纜時，要防止電纜從滑輪中跳出而造成電纜破皮斷裂現(xiàn)象。下電纜過程中，嚴(yán)禁人員從電纜上跨越，操作絞車人員應(yīng)站在車下，絞車轉(zhuǎn)動部位無障礙物，井口處應(yīng)有人監(jiān)視，但禁止用手扶電纜，并觀察下井情況，如有異常應(yīng)及時提示操作絞車人員停止。電纜與銅插頭壓接時，要將銅線及鋼絲全部放入插頭連接孔中，禁止去掉部分銅線后，再與插頭連接，要保證電纜與插頭的連接面積。一定要注意施工過程戴好安全帽。（四）、控制柜安裝及接線將電控柜安裝在距井口位置適當(dāng)，散熱好的小房中?；芈冯娎|一端與懸接器連接，另一端與井內(nèi)電纜同接于控制柜輸出端。將溫度傳感器線與電纜懸掛于抽油機(jī)機(jī)架上，電纜敷設(shè)于地面部分應(yīng)埋地20cm以下。將一次電纜接于電控柜內(nèi)，注意相序必須接對。（五）、控制柜安裝中注意事項(xiàng)施工前應(yīng)仔細(xì)檢查控制柜，檢查是否有螺絲松動，如有則上緊，控制柜內(nèi)元件外觀無損傷，接線完好，有問題及時處理。上述施工中的接線線頭除傳感器外，都必須用專用壓線鉗，將每一個線頭壓上接線端子，然后用螺絲連接擰緊。傳感器線和電纜線要保留有4-5米的回縮空心桿內(nèi)的余量，以防止抽油機(jī)工作時電纜因受拉力而撕破電纜外皮或折斷電纜。（六）、開井全面檢查正常后，即可送電預(yù)熱（預(yù)熱時間的長短根據(jù)原油物性確定，一般預(yù)熱1—3小時）。待溫度達(dá)到要求后，方可啟動抽油機(jī)，調(diào)整好防噴盒壓帽，以原油不噴出為原則，嚴(yán)禁將壓帽調(diào)節(jié)過緊，造成光桿摩擦過熱。油井開抽后，檢查油井工作是否正常，電控系統(tǒng)溫度、過流繼電器及時間繼電器，

調(diào)整是否合適，直至抽油機(jī)電機(jī)上下行程電流均達(dá)到要求后，方可投入正常生產(chǎn)。油井開抽后，前兩周必須每天檢查一次電纜是否有拉緊現(xiàn)象，如有，則將懸接懸掛于抽油機(jī)梁上的電纜向下適當(dāng)竄動一定距離，以免電纜受拉力而斷裂破皮。抽油機(jī)停止工作時，必須同時停止加熱系統(tǒng)。當(dāng)電加熱裝置出現(xiàn)故障時，必須同時停止加熱系統(tǒng)。當(dāng)原油粘度不高，凝固點(diǎn)也不高，用于清蠟的油井只需要在清蠟時通電加熱。一般每隔7—10天，通電加熱5—10小時即可。必須認(rèn)真填寫“電加熱抽油桿下井資料統(tǒng)計表”，作好油井生產(chǎn)報表和有關(guān)資料的收集。（七）、正確使用防噴盒1、正常工作時：壓帽體與防噴盒體之間用手?jǐn)Q緊，擰緊程度視現(xiàn)場情況而定，不宜擰的過緊，以不漏油為原則。2、更換密封圈時：a?用扳手逆時針方向轉(zhuǎn)動頂桿，使兩防噴圈抱緊光桿。b?松開壓帽體，取出壓蓋I、壓蓋in、壓蓋n。c?更換密封圈，然后裝好壓蓋n、壓蓋n、壓蓋I,用手?jǐn)Q緊壓帽體。d?用扳手順時針方向轉(zhuǎn)動頂桿，使兩防噴圈松開光桿，即可恢復(fù)正常生產(chǎn)。六、工藝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)1、增產(chǎn)效果顯著。稠油、高凝油井配套該工藝，由于井筒油管內(nèi)原油溫度提高，原油黏度顯著下降，油井提升阻力明顯降低，油井泵效一般可提高20%以上。同時，由于油井的沖次加快，油井的產(chǎn)量普遍提高。2、 油井的生產(chǎn)時效提高，生產(chǎn)周期延長。未采用該工藝前，稠油、高凝油井要維持生產(chǎn)，須頻繁熱洗、加藥，但效果不理想，經(jīng)常出現(xiàn)油井因負(fù)荷重、抽不動現(xiàn)象，生產(chǎn)時率很低。部分油井通過熱洗、加藥，空心桿摻水也無法正常生產(chǎn)。配套采用該工藝后能從根本上解決，稠油、高凝油井的井筒開發(fā)矛盾，只要原油能進(jìn)入泵筒，油井便可正常生產(chǎn)，即使長時間停井，再開井也很方便。特別是超稠油注汽井，生產(chǎn)末期有該工藝做技術(shù)保障，管理難度顯著下降，油井生產(chǎn)周期大大延長。3、 安裝、管理方便，大大降低一線采油工的管理勞動強(qiáng)度。未采用該工藝前，稠油、高凝油井日常的熱洗、加藥工作量非常大，一線采油工的現(xiàn)場管理勞動強(qiáng)度很高，造成油井管理效率低下，油井生產(chǎn)故障頻繁。油井作業(yè)井次增加，部分井長期低產(chǎn)、低效。采用該工藝后，油井無須進(jìn)行周期性熱洗、加藥，一線采油工的管理強(qiáng)度顯著降低。4、 綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。雖然電加熱工藝耗能相比較高（單井日耗能在400--800kw?l左右），但其增產(chǎn)效果顯著，該工藝不僅能確保油井正常生產(chǎn)，而且解決了熱洗、加藥措施費(fèi)用高（每口井每天加藥50kg，費(fèi)用約500元左右）、熱洗周期太短，加藥量大，加藥比例難確定及摻水易結(jié)垢，加藥會給脫水造成困難等問題。自2000年以來，我公司的空心桿電加熱裝置在勝利、冀東、塔里木、吐哈、江蘇、華北、大港、遼河等全國各大油田廣泛應(yīng)用，并出口到俄羅斯、哈薩克斯坦等多個國家和地區(qū)，共使用1000余套。國內(nèi)平均每年在50套以上，應(yīng)用效果顯著，得到了用戶的高度評價。為用戶成功地解決了清蠟、降粘等問題，在國內(nèi)外享有良好的信譽(yù)。a電熱桿裝置在阿塞拜疆的應(yīng)用阿塞拜疆K&K油田的油井較深，泵掛在2000米以上，膠質(zhì)瀝青含量15%左右，原油粘度為40!飛?$左右，含蠟8%—10%,凝固點(diǎn)42°C，油井結(jié)蠟嚴(yán)重。04年應(yīng)用電加熱抽油桿裝置10套，加熱深度在1100米左右，清蠟效果較好。

以下為5口井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)：井號泵掛深度m加熱深度M日產(chǎn)液m3/d日產(chǎn)油m3/d加熱時間h起動停止h79井250011001310672651井2600108076672106井25001100181566040井220010701110672220井260010953430860電熱桿在新疆塔里木油田的應(yīng)用塔里木油田的部分區(qū)塊原油粘度較高，含蠟在10%以上，井液粘度1700—5600mPa.s(50°C),膠質(zhì)瀝青14.140.2%,凝固點(diǎn)在32—