CN101666220A - 一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采油管道清蜡及增油方法，具体地说是一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法。本发明包括有(1)采油管外敷的碳纤维加热方法；(2)电源负载传感的高频温度远程控制方法；(3)井下油层内超声波增油方法。本发明安全环保，操作简便，利用碳纤维电热能转换效率高、热红外辐射能力强的特点，通电后可迅速发出红外辐射热，通过热传导将采油管内的原油加热到设定温度，在输送过程使采油管内壁结晶的蜡逐渐融化带出，从而消除蜡堵塞；用超声波换能器，对井内油层和射孔段附近的堵塞物进行震荡清洗，加速油的流动，同时也对管壁的结蜡产生清理作用，以达到清除结蜡，增加产油量的目的。它特别适用于在陕北油田上使用。

Description

一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法

(一)技术领域

本发明涉及一种采油管道清蜡及增油方法，具体的说是一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法。

(二)背景技术

石油开采中油从油层流向井底，需要一定的能量。对新打油井最初是利用油层的天然能量，驱动原油在地层内缝隙的流动，最后汇向油井。但随着开采的进行，天然能量逐渐耗竭，压力下降，流动速度下降，石油产量大幅度递减。要想多采油，就必须弥补地层损失的能量，使油层保持足够的压力。人工注水是补充能量的方法之一，现在以大庆为首的各主要油田都是采用注水方式开发。然而，油田注水系统的耗电量巨大，用水量也巨大。且随着油田综合含水率的上升，给后续的炼油破乳除水带来许多困难。特别是大量注水使得地层温度下降，石油粘度上升，渗流减慢。为增加采油量，又必需加大注水量以增大驱油压力，这样势必就造成了恶性循环。

同时我国油田原油大部分含蜡量高，超过10％的占90％，大部分油田原油的含蜡量均在20％以上，如大庆油田含蜡量26.2％，华北油田21.2％，胜利油田20.8％，中原油田21.4--％，吉林油田22.3％，南海油田20.5％，南阳油田30，g％，沈北油田40.9％。原油中的蜡是多种化合物的混合物，其密度为880-905kg/m³，熔点49℃~60℃。在油层高温高压条件下，石油中所含的蜡溶解在原油中。随着温度和压力下降以及轻质组分的不断逸出，原油溶蜡能力随之不断降低。蜡的结晶分子向固体表面扩散性开始形成三维网状结构，其结晶长大，呈薄片状或块状，聚集和沉淀在管壁上，形成了结蜡现象。结蜡造成原油流通管道直径减小，油流阻力增大，使油井产量下降；另一方面会直接影响抽油设备的正常工作，严重时导致抽油杆、抽油泵遇卡及油管刺漏等事故发生，致使油井停产。多年来，国内外油田在清蜡和防蜡方面都采用了很多方法，如油田热气机械清蜡，化学药剂清防蜡，表面能防蜡(内衬涂料油管)，超声波清防蜡、微生物清防蜡和磁防蜡。但各种清防蜡技术都不同程度上存在一些缺点：如油井热洗机械清蜡，油井需要停产且成本较高；化学药剂成本高不环保，也易破坏力井下油地层的环境；表面能防蜡只适用于自喷井，超声波防蜡耗能高，微生物清防蜡尚处在研究和试应用之中。

另外对于我国陕北延安的油田，其系“侏罗系延安组”和“三叠系延长组”油层，主要构成是各种河流相的沉积，由于其沉积相的不稳定，使得储层厚度和物性在横向上变化很大，油藏呈蜂窝状，渗存于砂岩之中，油层浅、低渗透，造成采出率低。

陕北油田目前受到以上三个问题的严重困扰，亟待解决问题的办法。

(三)发明内容。

本发明的目的在于提供一种根据陕北油田特点，安全环保，，操作简便，且具有升温快，电热能转换效率高，热红外辐射能力强，使用寿命长，能消除蜡堵塞，加大高效清蜡，增加石油产量的一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法。

为实现上述目的本发明除蜡增油的方法包括了：

(1)采油管外敷的碳纤维加热的方法；

(a)将导电碳纤维无纺布发热单元通过耐高温导热胶粘铺于两层涂饰有聚四氟的玻璃纤维导热绝缘布中间；并用铜箔作为电极，形成绝缘、耐高温的碳纤维复合面状辐射发热膜。(b)将上述的复合面状发热膜包覆于采油管外，复合面状发热膜干态通电后40s，表面温度即可上升到150℃～180℃，可很快将原油从井下的35℃加热到60℃～65℃。

碳纤维膜加热具有电性能稳定、发热速度快、使用寿命长、热辐射能力强、电热转换效率高、只发生红外辐射热而不产红光，在使用中可无功率衰减现象等特点，是电热转化效率极高的发热材料。本技术按照井内石油的产量和流量，计算在一定电压下将原油从井下的35℃加热到60℃～65℃所需的电功率。

该发热膜干态通电后40s，表面温度即可上升到150℃～180℃。如此可迅速将流经采油管的原油加热到一定温度，原油在输送过程将热量传递给管内壁结晶的蜡层，使其逐渐融化被带出，从而消除蜡堵塞，加大生产能力。另外由于包覆有加热膜的采油管是浸没在油井的油层内，它可使周围乃至岩层内的油被加热，从而使其粘度下降，流动加快，使采油量上升。

加热膜性能技术参数如下：

①适用电压：12~380V(DC或AC)  ②电热转换效率：＞98％

③电阻率：＞120Ω·mm²/m     ④功率：＞670W/m²

⑤表面温度：＜200℃

(2)电源负载传感的高频温度远程控制方法；

我国的油井至今未实现井下温度的测控，为此本技术采用温度检测元件将油井内油温通过电子传感器转换成高频电信号，通过电源电缆线负载引出井外，在井上安装滤波检波器，再将此高频信号转变为温度数字，通过井上安装的微电脑自动控制仪表，同时检测和控制电热膜的加热时间和温度以及井口的油温，从而实现井下、井上温度的测控。

(3)井下油层内的超声波增油方法。

超声波是一种弹性波，振荡频率较高，直线波长短，能量集中，可使介质产生剧烈振动。因此被广泛应用于医疗、机械工业和化学工业等领域的医疗诊断、切削、焊接、钻孔、测量海深、测量液体的粘度和流量、非破坏性材料检验、清洗去污、搅拌、乳化、促进化学反应等方面。超声波在液体中传播属纵波，其穿透能力很强，极容易穿透油、水层；超声波方向性好，能够定向传播。通过超声波换能器发射一定能力的波长的超声波，产生的强烈空化效应、机械振动、扰动效应、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用等多级效应，增大液体分子运动频率和速度，使岩隙中的藏油降粘、流动、析出、汇集。超声波产生的振荡作用不但对油层有洗涤作用，还可降低沉积，疏清淤堵，提高注水效率的作用，从而达到增加采油量的作用。

本发明是将可发出一定波长和功率的超声波换能器通过减震软连接装置安装在采油管的最底端套管上，其同时受井上控制仪控制。

本发明的优点在于根据陕北油田特点，采用红外热辐射膜状发热材料，安全环保，操作简便，具有升温快，电热能转换效率可达98％以上，节约能源，可达到快速清蜡目的，井下远程温度检测和控制：克服了过去对井下温度状况的一无所知，实现了对油井的深度了解。

实现加热和超声同时进行：由于电源进入油井，从而实现加热除蜡和超声驱油同时进行，从而可大大增加石油产量。

(四)附图说明

附图为本发明的工作流程图。

(五)具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明除蜡增油的方法包括了：

(1)采油管外敷的碳纤维加热的方法；

(a)将导电碳纤维无纺布发热单元通过耐高温导热胶粘铺于两层涂饰有聚四氟的玻璃纤维导热绝缘布中间；并用铜箔作为电极，形成绝缘、耐高温的碳纤维复合面状辐射发热膜。(b)将上述的复合面状发热膜包覆于采油管外，复合面状发热膜干态通电后40s，表面温度即可上升到150℃～180℃，可很快将原油从井下的35℃加热到60℃～65℃。

碳纤维膜加热具有电性能稳定、发热速度快、使用寿命长、热辐射能力强、电热转换效率高、只发生红外辐射热而不产红光，在使用中可无功率衰减现象等特点，是电热转化效率极高的发热材料。本技术按照井内石油的产量和流量，计算在一定电压下将原油从井下的35℃加热到60℃～65℃所需的电功率，，将其包覆于采油管外。

该发热膜干态通电后40s，表面温度即可上升到150℃～180℃。如此可迅速将流经采油管的原油加热到一定温度，原油在输送过程将热量传递给管内壁结晶的蜡层，使其逐渐融化被带出，从而消除蜡堵塞，加大生产能力。另外由于包覆有加热膜的采油管是浸没在油井的油层内，它可使周围乃至岩层内的油被加热，从而使其粘度下降，流动加快，使采油量上升。

加热膜性能技术参数如下：

①适用电压：12～380V(DC或AC)  ②电热转换效率：＞98％

③电阻率：＞120Ω·mm²/m      ④功率：＞670W/m²

⑤表面温度：＜200℃

(2)电源负载传感的高频温度远程控制方法；

我国的油井至今未实现井下温度的测控，为此本技术采用温度检测元件将油井内油温通过电子传感器转换成高频电信号，通过电源电缆线负载引出井外，在井上安装滤波检波器，再将此高频信号转变为温度数字，通过井上安装的微电脑自动控制仪表，同时检测和控制电热膜的加热时间和温度以及井口的油温，从而实现井下、井上温度的测控。

(3)井下油层内的超声波增油方法。

超声波是一种弹性波，振荡频率较高，直线波长短，能量集中，可使介质产生剧烈振动。因此被广泛应用于医疗、机械工业和化学工业等领域的医疗诊断、切削、焊接、钻孔、测量海深、测量液体的粘度和流量、非破坏性材料检验、清洗去污、搅拌、乳化、促进化学反应等方面。超声波在液体中传播属纵波，其穿透能力很强，极容易穿透油、水层；超声波方向性好，能够定向传播。通过超声波换能器发射一定能力的波长的超声波，产生的强烈空化效应、机械振动、扰动效应、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用等多级效应，增大液体分子运动频率和速度，使岩隙中的藏油降粘、流动、析出、汇集。超声波产生的振荡作用不但对油层有洗涤作用，还可降低沉积，疏清淤堵，提高注水效率的作用，从而达到增加采油量的作用。

本发明是将可发出一定波长和功率的超声波换能器通过减震软连接装置安装在采油管的最底端套管上，其同时受井上控制仪控制。

根据油井采油量统计，当油管流量低于某临界值时，接通热辐射电热膜电源；并开启测温仪表，检测井内和井口油温。随着加热进行，井内油温会逐渐上升。当井内油温到达65℃时，井上控制仪表会启动采油机开始工作，当井下油温高于70℃，控制仪表会停止加热，当油温低于60℃时，控制仪表又会启动加热。同时仪表随时检测井口油温，当井口油温到达45℃时，表明整个油井内油温已高于蜡的融化温度，油管内壁和抽油杆外壁的积蜡会逐渐溶蚀。

在开启热辐射电热膜电源的同时，也开启超声波换能器的电源，此时超声波会对井内油层和射孔段附近的可溶性有机堵塞物进行震荡清洗。随着油温的提高，这种超声作用传递作用更会加强，加速了油的流动。同时超声波也会对管壁的结蜡起到清理作用。

在以上加热和超声的共同作用，油井的流量会逐渐增大，一直恢复到正常数值，此时控制仪表会进行延时操作一定时间后，自动关闭系统，完成整个油井的清蜡过程。

本发明采用技术最成熟、应用最广泛的单片机系统设计开发，实现了整系统微电脑自动控制，提高了清蜡工作准确性、稳定性、安全性；各路传感数据自动由微电脑集中采集转换，然后按照预先设定的上下限控制各部件的工作或停止，每个数据由该系统分别显示于LED数码管上。同时，全部工作数据可以通过软件下载到客户电脑中，从而可以对整个清蜡过程进行分析和监督。另外系统配备有短路、过载、过热保护功能，一旦有关参数超过安全范围会立即自动停止工作，为系统提供了完善的安全保障。

Claims (5)

1、一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法，其特征在于：包括有(1)采油管外敷的碳纤维加热方法；(2)电源负载传感的高频温度远程控制方法；(3)井下油层内用超声波进行增油方法。

2、根据权利要求1所述的一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法，其特征在于所述的采油管外敷的碳纤维加热方法是：(1)将导电碳纤维无纺布发热单元通过耐高温导热胶粘铺于两层涂饰有聚四氟的玻璃纤维导热绝缘布中间；并用铜箔作为电极，形成绝缘、耐高温的碳纤维复合面状辐射发热膜；(2)所制成复合面状发热膜干态通电后40s，表面温度即可上升到150℃～180℃，可很快(速)将原油从井下的35℃加热到60℃～65℃。

3、根据权利要求1或2所述的一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法，其特征在于所述发热膜的适用电压：12---380V；电热转换效率：＞98％；电阻率：＞120Ω·mm²/m；功率：＞1000W/m²表面温度：＜200℃。

4、根据权利要求1所述的一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法，其特征在于所述电源负载传感的高频温度远程控制方法：是将井下温度检测值转变成高频电子信号，通过电源电缆线负载引出井外，省去专门的信号线。在井上安装滤波检波器，将此高频信号转再转变为温度数字，通过井上安装的微电脑自动控制仪表，同时检测和控制电热膜的加热时间和温度以及井口的温度，从而实现井下及井上温度的测控。

5、根据权利要求1所述的一种采油管道碳纤维热辐射清蜡及超声波增油的控制方法，其特征在于所述井下油层内用超声波进行增油方法：通过超声波换能器，产生的强烈空化效应、机械振动、扰动效应，增大液体分子运动频率和速度，使岩隙中的藏油降粘、流动、析出、汇集，并疏清淤堵，增加采油量。

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