CN103132949B - 用于烃类生产油管内的加热器缆线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于烃类生产油管内的加热器缆线，所述缆线包括沿着固定至所述油管的金属热导体导管延伸和通过固定组件与所述金属热导体导管接触的弹性体，所述缆线还包括一绝缘所述电气导体的内套、一位于这些电气导体的绝缘内套之上的金属外套、一围绕所述金属外套的氟聚合物外罩，以及一由一螺旋状围绕所述氟聚合物外罩的弹簧所形成的外壳；这些导体的绝缘内套的涂层是由至少一个保护所述绝缘内套的所有表面的层状带所形成，其可抗高压并以一围绕的方式沿着所述绝缘内套排列。本发明用于烃类生产油管内的加热器缆线适用于高压和淹没的环形页岩井,也可以用在其它需求较少的井。

Description

用于烃类生产油管内的加热器缆线

技术领域

本发明涉及适用于暴露于高压的页岩型井和具有最终或永久淹没的环形空间的井，或两者的组合之内的烃类生产油管内的加热器缆线，此种缆线也适用于垂直或定向井，无压力和干燥的环形井，以及在一定范围的变量中具有高操作弹性的其它生产系统。所述加热器缆线的目的是用以预防以及／或者清除烃类生产井的油管中因为像是石蜡和氢氧化合物等物质累积所引起的障碍，并且降低让石油钻探变得困难的油的高黏度，当所述油和缆线在低于极限的温度并暴露于高压，例如高于1000磅每平方英寸（pounds per squareinch，简写为psi），甚至超过10,000psi的压力下，会特别有用。

背景技术

石油储量最大的石油为重型或高黏度型石油，在这类的油的组合物中，通常有高含量的高分子量烃（或低等级API）。此外，在流体中也可能含有石蜡(paraffin)，在低温下会形成固体，往往会阻碍油管。一般来说，这些问题不同时发生，因为当石油是轻的且具有低黏度时，并不难开采，但它通常包含石蜡，石蜡容易产生固体沉淀阻碍油管。当石油是重的，它通常不含有石蜡，但这类油的黏度曲线会产生一个问题。在这种情况下，不会有沉淀的固体成分，但是从黏度曲线来看，低温时使油的黏度显著增加到非常接近凝固，虽然没有达到临界点，但油的黏度增加意味着必须以非常低的流速开采，以便不损坏设备，它可能会导致抽取过程被中断，即使没有造成故障，也会变得很难或不太可能开采。

已知烃类温度和黏度之间有反向的关系。实际上，当温度下降，其黏度会增加，直到变成膏状与达到近乎固态为止。如果比较地球最深的地区和最接近地表之间的温度，可以观察到数值随着深度越浅降得越多。也就是，越接近表面的温度越低，因此当石油从地质层开采上来时，当它越接近地表，温度会越来越低。总括来说，对某些类型的油来说，温度降低意味着要克服黏度增加所产生的压力。冷却所增加的黏度会产生很大的反压，可能会导致井的生产停止，或因为人为压力而造成泵损坏。即使在后者的情况，随着时间演进，生产量也会降低，或者无法生产。

在具有高含量的石蜡的井中，沉淀物会阻塞井，使其无法有效地开采。

在天然气井中，坚硬结构的氢氧化物也会如同石蜡一般阻塞开采的油管。

在上述这些情形中，针对温度下降的问题，解决方案是避免每个井的温度降到适当限制之下。

此外，值得一提的是，页岩型烃类的储备，在稍早之前还无法开采，也算是全球石油储量的一部分。随着技术的进步，现在已经成为商业上可行的，具有相当大的潜力。值得一提的是，开采这类新井的技术提升，除了上文提到的温度问题是所有油井都会遇到的，另外还有一些新的变量，像是压力，因为现有的缆线不耐高压操作。举例来说，页岩型井大多是在高压下开采，而且通常在安装过程中或甚至在操作期间，安装加热器缆线的区域会承受非常高的压力下，因此有必要开发特别的设计来永久地抵抗压力。即使是使用封隔器(packer)，开采的损失和维持定位所需的高压也并非过去常见。

对于安装了加热器缆线的区段来说，通常也会被非常高密度的溶液淹没，而阻塞了井，在后续的操作中，液体往往也会留在那个位置上，在开采部分或所有的石油时，石油也会沿着所述区段上升，这意味着加热器缆线必须承受高的压力和被淹没在具有化学侵蚀性的流体中，这也是本发明所欲改善的对象。

针对此一主题，一些先前技术的文件概述如下：

ES8700534一案是关于用以加热围绕探勘井的区域的程序和缆线。所使用的缆线是利用线圈导入，因此具有弹性的，因此不会固定在探勘油管(drilling tubing)上形成固定的安装系统。

WO92/08036一案是关于特殊的加热器缆线，其加热效果是通过其核心与其表面的套子之一的短路达到加热效果。在此案中并没有提到不同的架设和安装方法。

WO01/27437与RU2182959同一案是关于将加热器缆线加入探勘油管的装置或设备。本案是关于包含一滑轮的装置，以及将缆线引进生产油管或移除缆线的设备，其目的在于引进或移除缆线，而非构成一固定安装的加热系统。

WO00/11317一案是关于包括光纤导体的加热器缆线。光纤可测量井的温度，因此也可通过温差侦测流体的存在。

US6142707一案是关于一种油管内含油管的加热系统，在外部和内部油管间会有电流产生。

US5782301一案是关于提供三相电力以应用于油管的加热器缆线，因为它没有外部导管。其结构主要是由铅所制成。实际上，采用这种结构的缆线发生过相当多的问题，而且它们只能提供低加热电力且需要相当大的电流，因此并不适用于高黏度或高压的石油生产，同时它们也只是如同电镀浸水泵(electrosubmergible pump)所用的改良馈入缆线。

US5182792一案是揭示某种设备或装置，它并非隔绝油管内的电气组件，而是在内部缆线和油管本身之间产生短路。它可用于一般的管线，而并非专门用于油井。

US5065818一案是关于固定在无管线油井的水泥壁的加热器。

US4911239一案是关于一种泵加热器，其可加热泵的输入端以便于泵树(pumpingtree)和生产油管壁之间产生短路。

最后，值得一提的是的实用新型专利AR039993B4，其是关于石油生产油管所用的加热器缆线，包含一外金属热导体和一个具有电绝缘、抗蚀特性与机械耐用性的弹性内套的组合，所述套是由几个重叠的套子形成，其中包括：a）一围绕电导体的电绝缘内套，将加热器组件连接到装置旁边的导体；b）一覆盖第一套的第二网状金属套；c）一围绕第二套的第三氟聚合物套；以及d）一围绕第三套的外壳。尽管所述加热器缆线在某些条件下满足其功能，当它在烃类生产井内承受高压时，它会有一些结构和功能的缺陷。这意味着，高压会经由金属网孔造成保护的电导体的绝缘套的变形，由于绝缘套的介电能力受到影响，比起流体穿过网孔和绝缘套所产生的化学反应更为不佳。此外，射频讯号可通过金属网孔，因此，由于其自身的电流流动，会干扰到其它井内的缆线或设备。

以现行油井所用的最高技术来说，撇开黏度、石蜡，或氢氧化物的问题不谈，即使能够发挥到极限，也没有考虑到目前所面临的高压井问题，像是最近世界上新开发的页岩型井。因此有必要让探勘过程中所使用到的所有配件和装置更能够耐压，而传统旧的工具和设计无法达到要求。所以，有必要开发高耐用程度的组件，像是本发明的所提出的加热器缆线。

发明内容

本发明的目的是提供高操作弹性的用于烃类生产油管内的加热器缆线，以便使用在具有不同特性的井或可交换，使得它可以被安装在页岩型或一个普通的，垂直的或水平井，不论压力高低和环形空间有无被水淹没，结合上述这些变量，并且抗拒广泛的流体的化学和物理侵蚀性，以整合为一的产品，适用于像是石油公司等用户。毫无疑问地，这种加热器缆线适用于高压和淹没的环形页岩井，由于其特殊的优势，因此也可以用在其它需求较少的井。

因此，本发明的目的是提供一种用于烃类生产油管的加热器缆线，生产油管包括但不限于钻探油管；较佳是应用于加压或淹没的环形空间页岩型井，用以预防以及／或者清除烃类生产井的油管中因为像是石蜡和氢氧化合物等物质累积，或者是因为黏度急速增加所引起的障碍，所述缆线包括沿着固定至所述油管的金属热导体导管延伸和通过固定组件与所述金属热导体导管接触的弹性体，所述缆线还包括一绝缘所述电气导体的内套、一位于所述电气导体的绝缘内套之上的金属外罩、一围绕所述金属外套的氟聚合物外罩，以及一由一螺旋状围绕所述氟聚合物外罩的弹簧所形成的外壳所形成。所述电气导体的绝缘内套的涂层是由至少一个保护所述绝缘内套的所有表面的层状带所形成，其可抗高压并以一围绕的方式沿着所述绝缘内套排列。根据一较佳实施例，所述层状带是由一外铝套与一内聚合物套所形成。

附图说明

图1为一烃类钻探油管段的视图，其中根据一典型排列方式，热导体导管是被固定，而加热器缆线是沿着热导体导管内固定；

图2所示为加热器缆线的截面图；

图3所示为加热器缆线的部分视图，其中可清楚看到不同的结构套；

图4所示为缆线的电气导体的绝缘内套的保护套排列方式；

图5所示为图4的保护套的形式以及保护套如何被排列在缆线导体的绝缘内套上。

主要组件附图标记说明：

1典型油管(tubing)

2加热器(heater)

3固定方法(anchorage fixation method)

4夹子(clamp)

5加热器缆线

6电气导体

7绝缘内套(inside sheath)

8金属网格(metallic mesh)

9氟聚合物外罩(fluoropolymeric jacket)

10外护套(outside armour sheath)

11外铝套(aluminium outer sheath)

12内套

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为一被设置于开采烃类的生产井内的典型油管(tubing)1，其中由金属热导体导管形成(metallic thermo conductor duct)的加热器(heater)2是通过架设组件和固定方法(anchorage fixation method)3与夹子(clamp)4予以排列。本发明的加热器缆线5沿着金属热导体导管设置，在此实施例中包括三条电气导体6。

在图2与图3中，应可了解的是缆线5的结构包括将电气导体6绝缘的内套(insidesheath)7、所述绝缘内套7的金属网格(metallic mesh)8、围绕金属网格8的氟聚合物外罩(fluoropolymeric jacket)9，以及卷曲围绕在氟聚合物外罩9上的弹簧所形成的外护套(outside armour sheath)10。金属网格8是由所述绝缘内套7的所有表面的至少一条层状保护带(laminar protective band)所形成，并且以螺旋状的排列方式围绕着所述绝缘内套7。

如图4所示，所述绝缘内套7与所述层状带的连续螺旋是在所述层状带8的宽度的，举例来说，10％和90％之间彼此部分重叠，不过根据较佳实施例，这些连续螺旋是在所述层状带的宽度的50％彼此重叠。

如图5所示，层状带8较佳是由一外铝套(aluminium outer sheath)11和聚合物材料，如聚对苯二甲酸乙二酯（Mylar或Melinex，根据商标名称）的内套12所组成。选择性地，层状带8的外套可由铜制成，但由于此种材料容易在短期或中期内锈蚀，影响缆线的可用时间，因此仅会用于特定的状况或应用中。

在一未显示在图上的替代实施例中，实际上，金属热导体导管可通过架设与固定装置而被固定在实质上排列在油管内轴向位置的至少一杆(rod)上。依此方式，金属热导体导管可达成与生产油管内所传输的流体的直接热交换，因为金属热导体导管没有与生产油管1接触，而是与其内部流动的流体接触。

本发明为了解决传统加热器缆线的上述不便，并且预防或消除石蜡固化造成烃类探勘油井的部分或完全堵塞，因此提出新颖的加热器缆线。实际上，所述缆线与先前使用的缆线的结构特性不同，因此可提供有效的解决方案，形成一抗压的障壁，以确保电气传导性并保护其绝缘内套，让缆线即使在高压或液体注满环型空间的情况下，也能保有最佳的状态。此外，另一杰出的优点是它可散热，让导体在电流经过时维持正常的操作参数。还有，值得一提的是射频讯号完全被屏蔽于导体之外。另一额外的优势是可持续操作并维持最大电力。其高机械耐用性适合被放在油管中，并且承受高压。将缆线安装在油管内的过程可以在油井内利用电气浸水泵或气举(gas lift)完成，但是没有办法用机械泵的方式完成。油管的外部固定并无限制。在此同时，缆线的高耐受性使得它可以被放在倾斜的井(slantedwell)或甚至水平井(horizontal well)内，用以加热流体和其周围，提升井内的流动。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种用于烃类生产油管内的加热器缆线，所述缆线包括沿着固定至所述油管的金属热导体导管延伸和通过固定组件与所述金属热导体导管接触的弹性体；所述缆线还包括电气导体和一绝缘所述电气导体的内套、一位于所述电气导体的绝缘内套之上的金属外套、一围绕所述金属外套的氟聚合物外罩，以及一由一螺旋状围绕所述氟聚合物外罩的弹簧所形成的外壳；其特征在于：

所述电气导体的绝缘内套之上的金属外套是由至少一个保护所述绝缘内套的所有表面的层状带所形成，其可抗高压并以一围绕的方式沿着所述绝缘内套排列；

所述层状带依循一螺旋状配置覆盖所述绝缘内套的表面且所述层状带的连续螺旋是部分地彼此重叠；

所述层状带的连续螺旋是在所述层状带的宽度的至少10％和90％之间彼此重叠。

2.如权利要求1所述的用于烃类生产油管内的加热器缆线，其特征在于，所述层状带的连续螺旋是在所述层状带的宽度的50％彼此重叠。

3.如权利要求1至2任一项所述的用于烃类生产油管内的加热器缆线，其特征在于，所述层状带是由一铝套所形成。

4.如权利要求1至2任一项所述的用于烃类生产油管内的加热器缆线，其特征在于，所述层状带是由一外铜套与一聚合物内套所形成。

5.一种用于烃类生产油管内的加热器缆线，所述缆线包括沿着固定至所述油管的金属热导体导管延伸和通过固定组件与所述金属热导体导管接触的弹性体；所述缆线还包括电气导体和一绝缘所述电气导体的内套、一位于所述电气导体的绝缘内套之上的金属外套、一围绕所述金属外套的氟聚合物外罩，以及一由一螺旋状围绕所述氟聚合物外罩的弹簧所形成的外壳；其特征在于：

所述电气导体的绝缘内套之上的金属外套是由至少一个保护所述绝缘内套的所有表面的层状带所形成，其可抗高压并以一围绕的方式沿着所述绝缘内套排列；

所述层状带依循一螺旋状配置覆盖所述绝缘内套的表面且所述层状带的连续螺旋是部分地彼此重叠；

所述层状带是由一外铝套与一聚合物内套所形成。

6.如权利要求5所述的用于烃类生产油管内的加热器缆线，其特征在于，所述内套是由聚对苯二甲酸乙二酯所制成。

7.一种用于烃类生产油管内的加热器缆线，所述缆线包括沿着固定至所述油管的金属热导体导管延伸和通过固定组件与所述金属热导体导管接触的弹性体；所述缆线还包括电气导体和一绝缘所述电气导体的内套、一位于所述电气导体的绝缘内套之上的金属外套、一围绕所述金属外套的氟聚合物外罩，以及一由一螺旋状围绕所述氟聚合物外罩的弹簧所形成的外壳；其特征在于：

所述电气导体的绝缘内套之上的金属外套是由至少一个保护所述绝缘内套的所有表面的层状带所形成，其可抗高压并以一围绕的方式沿着所述绝缘内套排列；

所述层状带依循一螺旋状配置覆盖所述绝缘内套的表面且所述层状带的连续螺旋是部分地彼此重叠；

所述加热器缆线具有一双层状带，其中对应螺旋部分地彼此重叠。