CN103382814B - 柔性电热抽油杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了油田采油设备技术领域中的一种柔性电热抽油杆，外层为钢丝绳层，其特征在于：中心为发热铜芯线，钢丝绳层和发热铜芯线之间为绝缘层，并且在柔性电热抽油杆的末端设有刚性连接头，通过刚性连接头实现与抽油泵活塞或加重电热杆的可靠导电与连接。本发明结构简单、加热效果好、使用方便、安全可靠、整体强度高，降低抽油杆的失效频率，工作效率高，节省电能和热能，尤其适于对大斜度高凝稠油井的开采，经济效果明显、适用性好。

Description

柔性电热抽油杆

技术领域

本发明涉及油田采油设备技术领域，尤其涉及一种采油装置用柔性电热抽油杆。

背景技术

随着我国部分油田已经进入中后期开采，原油稠油比例逐年增高，油田为了稠油开采已投入了大量资金和技术。目前我国的稠油开采主要工艺有蒸汽吞吐、化学降粘、电加热和热水循环等。在钻井时为了有效的增加稠油井的渗透能力，在地层中的油层厚度一定时，不得不以大斜度甚至水平井的形式来增加油层的有效渗透长度。在解决了渗透问题的同时给原油的采出（举升）又提出了新的难题，如现在普遍地层压力（能量）偏低，油井达不到自喷能力，须用机抽生产，在大斜度优其拐点浅（200米内）和斜度大（≥20^o）的油井，用传统的钢性抽油杆和加热装置已经无法正常生产，有的会造成严重偏磨和弯曲断裂现象。近年为克服该情况已经开发出了柔性连续抽油杆，如扁带抽油杆和钢丝绳抽油杆，用该工艺虽然对常规稀油井能够正常开采，但对高凝稠油却无能为力。目前常用的柔性电热抽油杆发热芯线多采用PTC电阻合金，但是PTC电阻合金作为发热体时电阻率会随着温度的升高而急剧升高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、加热效果好、整体强度高、使用方便、安全可靠的柔性电热抽油杆，尤其适用于大斜度高凝稠油的开采。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种柔性电热抽油杆，外层为钢丝绳层，其特征在于：中心为发热铜芯线，钢丝绳层和发热铜芯线之间为绝缘层，并且在柔性电热抽油杆的末端设有刚性连接头，所述的发热铜芯线为多股铜芯线，所述的多股铜芯线为Φ0.6mm*30股的无氧铜镀镍铜线；所述绝缘层由里至外依次为聚全氟乙丙烯、聚酰亚胺薄膜、可溶性聚四氟乙烯层，所述钢丝绳层设有耐磨防腐涂层，所述耐磨防腐涂层为添加鳞片石墨、玻璃纤维粉和铸锡青铜粉末的可熔聚四氟乙烯，所述刚性连接头的结构为，外壳为两端外圆直径不同的35CrMo无缝管，直径小的一端外圆面设有卡槽且中心部位为芯线，另一端的中心部位为圆柱体铜插头且外壳内腔带有台阶，所述铜插头与芯线接触，在铜插头的根部与外壳之间设有第二聚四氟乙烯垫片，在第二聚四氟乙烯垫片上部的外壳大端内腔设有螺纹和空腔，在第二聚四氟乙烯垫片上部设有第二聚四氟乙烯螺栓，所述第二聚四氟乙烯螺栓设有内孔与铜插头外圆配合，第二聚四氟乙烯螺栓与外壳内腔上的内螺纹配合，在外壳大端外圆面上对称设有两个平面；所述刚性连接头外部设有卡子和螺母，所述卡子外圆面设有锥度螺纹，内孔带有卡槽，沿轴向均分为三部分，螺母与卡子配合，所述柔性电热抽油杆的末端外无耐磨防腐层，柔性电热抽油杆的发热铜芯线与刚性连接头的芯线接触，柔性电热抽油杆的钢丝绳层均匀设置在刚性连接头的小端外圆与卡子内孔之间，所述芯线包括发热铜芯线和绝缘层。

优选的，所述的柔性电热抽油杆的末端的刚性连接头下面还连接有加重电热杆，所述加重电热杆中间部位为第二发热铜芯线，壳体为35CrMo无缝管，第二发热铜芯线与壳体之间空隙充满金属铅；加重电热杆的上端设有上连接头，下端设有泵连接头。

优选的，所述的上连接头结构为，壳体外圆为小直径台圆，中心的第二发热芯线一端设有铜件，所述铜件为中心带有盲孔的圆柱体，盲孔的深度与刚性连接头内的铜插头端部到第二聚四氟乙烯螺栓的距离一致，铜件无孔端与第二发热芯线接触，所述铜件与壳体之间设有第一聚四氟乙烯垫片，所述第二发热芯线包括发热铜芯线和绝缘层，壳体的小直径台圆与壳体大端过渡段设有凹槽，凹槽内设有O型密封圈。

优选的，所述泵连接头的结构为，壳体内孔设有内螺纹和空腔，发热铜芯线端部与金属铅层端部平齐，绝缘层端面低于金属铅层端面。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：柔性电热抽油杆采用发热铜芯线和绝缘层构成的发热芯线，发热铜芯线可提高柔性电热抽油杆的发热功率，外设钢丝绳层来承担负荷，钢丝绳层外设有耐磨防腐涂层，另外柔性电热抽油杆通过刚性连接头、卡子和螺母来实现与电热加重杆的连接，并具有可靠的导电和密封作用，以保证抽油泵顺利下行，克服了柔性杆自身重量轻，下行阻力大的现象，保证了柔性电热抽油杆不产生缓下现象。本发明结构简单、加热效果好、使用方便、安全可靠、整体强度高、耐高温、耐磨耐腐蚀性好，降低抽油杆的失效频率，工作效率高，节省电能和热能，经济效果明显，尤其适用于大斜度高凝稠油的开采，适用范围大。

附图说明

图1是柔性电热抽油杆的一个实施例的结构示意图；

图2是刚性连接头的一个实施例的结构示意图；

图3是柔性电热抽油杆一个直径为Φ19实施例的截面图；

图4是柔性电热抽油杆一个直径为Φ22实施例的截面图；

图5是柔性电热抽油杆一个直径为Φ25实施例的截面图；

图6是卡子的主视图；

图7是图6的剖面图；

图8是加重电热杆的结构示意图；

图9是本发明的原理框图；

图中： 2-加重电热杆，4-刚性连接头，7-卡子，8-螺母， 11-发热铜芯线，12-绝缘层，13-钢丝绳层，14-耐磨防腐涂层，21-壳体，22-第二发热芯线，23-金属铅，24-接头，25-第一内螺纹，26-第一空腔，27-铜件，28-第一聚四氟乙烯垫片，29-第一聚四氟乙烯螺栓，30-O型密封圈，31-抽油泵活塞， 41-芯线，42-铜插头，43-外壳，44-卡槽，45-第二聚四氟乙烯垫片，46-第二内螺纹，47-第二空腔，48-平面，49-第二聚四氟乙烯螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2所示的一种柔性电热抽油杆，中心为发热铜芯线11，外层为钢丝绳层13，钢丝绳层13和发热铜芯线11之间为绝缘层12，在柔性电热抽油杆的末端设有刚性连接头4，所述刚性连接头4可与抽油泵活塞相连，也可以与加重电热杆2相连，刚性连接头4能起到可靠的连接导电与密封作用，柔性电热抽油杆可根据需要裁取任意长度。

本发明的柔性电热抽油杆的配电电源可采用IGBT变频系统，如图9所示，经中频隔离变压器可使电源与负载隔离，使柔性电热抽油杆与电源完全隔离，让柔性电热抽油杆自身形成一个以油井为基体的安全接地系统，可确保加热系统安全可靠。

所述的发热铜芯线11为多股铜芯线，选铜线作为电热部分是因为铜的电阻小，由发热功率公式W=RI2可知,尽量减小电阻R，可以增大电流I，即以电流I的平方值来提高发热功率，为了高温时增加铜的稳定性。多股铜芯线可为Φ0.6mm*30股的无氧铜镀镍铜线，在选用无氧铜的同时，再进行表面镀镍处理，使铜线具有极好的耐腐蚀性和优异的机械性能，同时镍镀层可减少变频应用中的损耗；所述绝缘层12由里至外依次为聚全氟乙丙烯、聚酰亚胺薄膜、可溶性聚四氟乙烯层，即在镀镍铜线外用聚全氟乙丙烯包覆绝缘层，其绝缘层厚度小于0.5mm，由于聚全氟乙丙烯具有高温熔融开裂的缺陷，为防止芯线与钢丝短路，再在聚全氟乙丙烯外面包覆两层聚酰亚胺薄膜，并用耐高温的聚酰亚胺专用压敏胶粘合，并经加温固化，然后再在外面包覆一层可溶性聚四氟乙烯，如油井温度低于120℃，可用交联聚乙烯替代；按防腐型抽油杆设计，钢丝绳层13外面再包覆耐磨防腐涂层14，耐磨防腐涂层14为可熔聚四氟乙烯并添加鳞片石墨、玻璃纤维粉和铸锡青铜粉末来增加耐磨性，可长期用于斜井工作，如油井温度在120℃以下时耐磨防腐涂层14可用交联聚乙烯或聚酰胺替代。

具体实施时，所述钢丝绳层13可根据负荷强弱决定钢丝绳的层数，以柔性电热抽油杆直径大小区分：如图3所示直径为Φ19的抽油杆可由正、反2层钢丝绳绕制而成，如图4所示直径为Φ22的抽油杆可由正、反、正三层钢丝绳绕制而成，如图5所示直径为Φ25的抽油杆可由正、反、正、反四层钢丝绳绕制而成，钢丝绳层13除了传递拉力外，还可用于当作导电接地回路。

所述刚性连接头4的一种优选结构为：如图2所示，外壳43为两端外圆直径不同的35CrMo无缝管，直径小的一端中心部位为芯线41且外圆面设有卡槽44，另一端的中心部位为圆柱体铜插头42且外壳43内腔带有台阶，所述铜插头42与芯线41接触，在铜插头42的根部与外壳43之间设有第二聚四氟乙烯垫片45，在第二聚四氟乙烯垫片45上部的外壳43大端内腔设有螺纹46和空腔47，在第二聚四氟乙烯垫片45上部设有第二聚四氟乙烯螺栓49，所述第二聚四氟乙烯螺栓49设有内孔与铜插头42外圆配合，第二聚四氟乙烯螺栓49与外壳43内腔上的内螺纹46配合，在外壳43大端外圆面上对称设有两个平面48；所述刚性连接头4外部设有卡子7和螺母8，如图6、7所示的卡子7外圆面设有锥度螺纹71，内孔带有卡槽72，沿轴向均分为三部分，螺母8与卡子7的锥度螺纹配合可以保证刚性连接头4与柔性电热抽油杆的可靠连接，所述柔性电热抽油杆的末端外无耐磨防腐层14，柔性电热抽油杆的发热铜芯线11与刚性连接头4的芯线41接触，柔性电热抽油杆的钢丝绳层13均匀设置在刚性连接头4的小端外圆与卡子7内孔之间，所述芯线41包括发热铜芯线11和绝缘层12。

具体实施时根据所用泵挂深度，所述的柔性电热抽油杆的末端的刚性连接头4下面还连接有加重电热杆2。如图8所示，加重电热杆2中间部位为第二发热铜芯线22，壳体21为35CrMo无缝管，第二发热铜芯线22与壳体21之间空隙充满金属铅23；加重电热杆2的上端设有上连接头24，下端设有泵连接头，可连接抽油泵活塞，克服了柔性电热抽油杆1自身重量轻，下行阻力大的现象，保证了柔性电热抽油杆1不产生缓下现象，以保证抽油泵顺利下行至油层。

加重电热杆2的上连接头24的一种优选结构为：壳体21外圆为小直径台圆，中心的第二发热芯线22一端设有铜件27，所述铜件27为中心带有盲孔的圆柱体，盲孔的深度与刚性连接头4内的铜插头42端部到第二聚四氟乙烯螺栓49的距离一致，铜件27无孔端与第二发热芯线22接触，所述铜件27与壳体21之间设有第一聚四氟乙烯垫片28，所述第二发热芯线22包括发热铜芯线11和绝缘层12，壳体21的小直径台圆与壳体21大端过渡段设有凹槽，凹槽内设有O型密封圈30。具体实施时，上连接头24插入刚性连接头4，刚性连接头4内的铜插头42插入铜件27中可实现导电，外层的聚四氟乙烯垫片及螺栓可起到密封绝缘作用，O型密封圈30也可起到密封作用。

所述加重电热杆2的泵连接头的一种优选结构为：壳体21内孔设有内螺纹25和空腔26，发热铜芯线11端部与金属铅23层端部平齐，绝缘层12端面低于金属铅23层端面,内螺纹25可为7/8吋抽油杆CYG22规格螺纹，可直接与Φ38—Φ57mm抽油泵活塞31直接连接，为兼顾Φ62mm小口径油管生产，其电热加重杆2外径可控制在Φ42—Φ46mm之间，长度不大于8.0m，与抽油泵活塞31组合后不超过9.5m的作业架高度。

本发明公开的柔性电热抽油杆加热效果好、系统绝缘安全可靠、整体强度高、耐高温、耐磨耐腐蚀性好，可降低抽油杆的失效频率，工作效率高，节省电能和热能，经济效果明显，尤其适用于高凝稠油的开采，适用范围大。

Claims (4)

1.一种柔性电热抽油杆，外层为钢丝绳层（13），中心为发热铜芯线（11），钢丝绳层（13）和发热铜芯线（11）之间为绝缘层（12），并且在柔性电热抽油杆的末端设有刚性连接头（4），所述的发热铜芯线（11）为多股铜芯线，所述的多股铜芯线为Φ0.6mm*30股的无氧铜镀镍铜线；所述绝缘层（12）由里至外依次为聚全氟乙丙烯、聚酰亚胺薄膜、可溶性聚四氟乙烯层，所述钢丝绳层（13）设有耐磨防腐涂层（14），所述耐磨防腐涂层（14）为添加鳞片石墨、玻璃纤维粉和铸锡青铜粉末的可熔聚四氟乙烯，其特征在于：所述刚性连接头（4）的结构为，外壳（43）为两端外圆直径不同的35CrMo无缝管，直径小的一端外圆面设有卡槽（44）且中心部位为芯线（41），另一端的中心部位为圆柱体铜插头（42）且外壳（43）内腔带有台阶，所述铜插头（42）与芯线（41）接触，在铜插头（42）的根部与外壳（43）之间设有第二聚四氟乙烯垫片（45），在第二聚四氟乙烯垫片（45）上部的外壳（43）大端内腔设有螺纹（46）和空腔（47），在第二聚四氟乙烯垫片（45）上部设有第二聚四氟乙烯螺栓（49），所述第二聚四氟乙烯螺栓（49）设有内孔与铜插头（42）外圆配合，第二聚四氟乙烯螺栓（49）与外壳（43）内腔上的内螺纹（46）配合，在外壳（43）大端外圆面上对称设有两个平面（48）；所述刚性连接头（4）外部设有卡子（7）和螺母（8），所述卡子（7）外圆面设有锥度螺纹（71），内孔带有卡槽（72），沿轴向均分为三部分，螺母（8）与卡子（7）配合，所述柔性电热抽油杆的末端外无耐磨防腐层（14），柔性电热抽油杆的发热铜芯线（11）与刚性连接头（4）的芯线（41）接触，柔性电热抽油杆的钢丝绳层(13)均匀设置在刚性连接头（4）的小端外圆与卡子（7）内孔之间，所述芯线（41）包括发热铜芯线（11）和绝缘层（12）。

2.根据权利要求1所述的柔性电热抽油杆，其特征在于：所述的柔性电热抽油杆的末端的刚性连接头下面还连接有加重电热杆（2），所述加重电热杆（2）中间部位为第二发热铜芯线（22），壳体（21）为35CrMo无缝管，第二发热铜芯线（22）与壳体（21）之间空隙充满金属铅（23）；加重电热杆（2）的上端设有上连接头（24），下端设有泵连接头。

3.根据权利要求2所述的柔性电热抽油杆，其特征在于：所述的上连接头（24）结构为，壳体（21）外圆为小直径台圆，中心的第二发热芯线（22）一端设有铜件（27），所述铜件（27）为中心带有盲孔的圆柱体，盲孔的深度与刚性连接头（4）内的铜插头（42）端部到第二聚四氟乙烯螺栓（49）的距离一致，铜件（27）无孔端与第二发热芯线(22)接触，所述铜件(27)与壳体（21）之间设有第一聚四氟乙烯垫片（28），所述第二发热芯线（22）包括发热铜芯线（11）和绝缘层（12），壳体（21）的小直径台圆与壳体（21）大端过渡段设有凹槽，凹槽内设有O型密封圈（30）。

4.根据权利要求2所述的柔性电热抽油杆，其特征在于：所述泵连接头的结构为，壳体（21）内孔设有内螺纹（25）和空腔（26），发热铜芯线（11）端面与金属铅（23）层端面平齐，绝缘层（12）端面低于金属铅（23）层端面。