CN104851505B - 碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，其特征在于所述输送电功率装置包括连接在抽油机悬挂器上并分别与两根导电引出线连接的碳纤维复合芯铝绞线，所述碳纤维复合芯铝绞线外围包覆绝缘套形成电缆线，所述电缆线深入抽油机的空心杆内腔中并与空心杆内腔底部的内壁电连接。本发明具有的有益效果：采用碳纤维复合芯铝绞线为内芯的电缆线，碳纤维复合芯作为电缆线的承重体，既解决了材料截面积受限条件下的悬挂抗拉强度问题，又解决了电缆线与悬挂器的绝缘问题；承重材料和导体材料的质量密度的减少，减轻了电缆线的重量，使得抽油机举升功率降低，降耗节能。

Description

碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置

技术领域

本发明涉及一种向采油井下输送电功率装置，尤其涉及一种碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置。

背景技术

电热采油技术中，利用中频电源，通过电缆线将中频电压送入到电热采油空心杆的底部，并使电缆线的导电体与空心杆底部接触，在地面上的空心杆与中频电源的另一极相接，即将空心杆作为中频电源的负载，通过电磁感应产生的涡流直接对空心抽油杆加热。

随着油井生产的后期，所有稠油油井的深度会逐步加深。由于原油的高黏度影响地层孔隙内的流动性变差，另外受井底井眼周围渗透率的影响，因此采收率很低，在开采过程中会使抽油泵排量降低，造成原油很难流入到井口，出现抽油杆负荷增大甚至造成抽油杆断脱的局面。针对上述问题，目前，采用了稠油蒸汽吞吐工艺，利用辅助热/化学采油技术，催化剂、加氢热裂技术，以及空心杆电加热技术。空芯抽油杆电缆中频加热技术是一种现场环境适应性很强，效果显著，无环境污染，地面设备成本低的降黏除蜡的一种技术。但是，随着稠油油井的加深，要求向井下输送的总功率会逐渐加大，要求导电体的截面尺寸加大，电缆总重量加重，而空心抽油杆的内径被现有设备固定，限制了整个电缆承重材料截面积的增加。向井下输送电热功率的电缆较之电缆的常用使用方法有很大差别。通常的电缆或者地面铺设，或者架空，电缆的重量由地面承重，或者有多个立杆上的悬挂点承重。然而向井下输送电加热功率的电缆只有电缆的一端承受整个电缆的重量。电缆的承重点或者是铠装钢护套，或者是铜导电体。由于在向井下将电缆装入空心杆时，要求电缆线有一定的柔性或者弯曲的曲率半径较小，钢护套的壁厚不可能因钢护套抗拉强度提高而增加钢护套的壁厚。若整个电缆的重量由铜导电体承重，单芯的铜棒的直径大了，又不能满足电缆线弯曲度的要求，多芯的铜线又不能保证多根线均匀的承受重力。由于有这些技术条件相互矛盾的限制性因素，出现了电热采油油井的电加热深度加深，向井下输送电热功率的电缆长度受限的技术瓶颈。

铝材料的电阻率是铜材料电阻率的1.6倍，铝材料的质量密度是铜材料的25%，在输送同样的电流的情况下，将铝导线的截面积增加1.6倍，铜线和铝线的单位长度上的直流电压降相同，但是铝导电体的自身重量比使用铜导线的重量降低47%。

类似于现有的技术，将导体通过绝缘体再悬挂在抽油机的悬挂器上。因铝线的抗拉强度较低，且存在铝线的蠕变（随着时间延长，铝线慢慢会被拉长直至断裂）问题。所以，不能采用铝线作为电缆线的承重体。

若采用铝线作为导体，用钢护套作为承重体，因铝线的截面积变大，钢护套的外径又要加粗，导致电缆线的弯曲半径要增加，不符合电缆线向井下输送的施工要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题而提供一种碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，采用碳纤维复合芯铝绞线为内芯的电缆线，其中的铝绞线作为电导体，碳纤维复合芯作为承重体，解决悬挂承重问题，此外改变电缆线下端与空心杆内腔的配合关系，提高电连接的可靠性。

本发明的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，包括分别与电源两极连接的第一导电引出线和第二导电引出线，分别与两根导电引出线连接的输送电功率装置，其特征在于所述输送电功率装置包括连接在抽油机悬挂器上并分别与两根导电引出线连接的碳纤维复合芯铝绞线，所述碳纤维复合芯铝绞线外围包覆绝缘套形成电缆线，所述电缆线深入抽油机的空心杆内腔中并与空心杆内腔底部的内壁电连接。在增加导体导电截面积的条件下，减轻电缆线单位长度的重量，增加与悬挂器钢件链接的电缆线的轴向上（电缆线长度方向）的抗拉强度，能有效解决悬挂承重问题，避免出现电缆线直径粗与空心杆内腔不适应的问题。碳纤维复合芯铝绞线的第二个优势是：在单位长度的直流电阻性电压降落相同的条件下，其单位长度的重量轻；第二个优势是：碳纤维复合芯铝绞线中心的碳纤维复合芯与铝线是绝缘的，通过一个钢件接线管，不用绝缘直接挂在抽油机的悬挂器上；第三个优势是：其碳纤维复合芯的比强度是钢件的两倍，质量密度只有钢的25%，悬挂承重材料及导电材料都相对较轻，使得整个电缆重量下降，进而降低抽油机的举升功率，有利于节约电能。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采用如下技术措施：所述的第二导电引出线与所述的悬挂器电连接，所述的碳纤维复合芯铝绞线中的碳纤维复合芯通过连线管与所述的悬挂器电连接，所述的第一导电引出线与碳纤维复合芯铝绞线中的铝绞线电连接。用碳纤维复合芯铝线向采油井下输送电功率要解决的第一个问题是：碳纤维复合芯铝绞线的悬挂问题。因碳纤维复合芯铝线中心的碳纤维复合芯直径只有几个毫米，但是其抗拉强度达数吨，且碳纤维复合芯与导电的铝导线是绝缘的。通过一个复合芯钢件接线管，解决了碳纤维复合芯铝绞线与抽油机钢件悬挂器的连接问题。不像现有的采用导体与悬挂器进行机械连接，需要同时解决链接强度和连接件之间的绝缘问题。

所述的悬挂器上设有一轴向贯通的穿线通道，所述第一导电引出线贯穿所述穿线通道，所述铝绞线通过一线鼻子与所述的第一导电引出线电连接，所述的线鼻子抱箍在碳纤维复合芯铝绞线的上端。

所述的悬挂器通过钢绳与抽油机连接，所述钢绳和连线管与悬挂器都为拆卸式连接。

所述碳纤维复合芯铝绞线下端的铝绞线在碳纤维复合芯下端具有下延段，所述碳纤维复合芯下端包覆绝缘层。一端悬挂另一端自由下垂至空心杆底部时，要求铝绞线与空心杆底部和靠近底部的空心杆内壁有良好的导电性接触，即铝绞线与空心杆之间的接触电阻越小越好，越接触得可靠越好。在电缆线自由下垂的底端，碳纤维复合芯的端头长度相比铝绞线端头短，铝绞线端头长，碳纤维复合芯的端头包裹绝缘材料，然后再用铝绞线包裹碳纤维复合芯的端头。外层绝缘套的端头长度短，使下延段裸露。裸露的铝绞线下延段可以直接与空心杆内腔的底部形成电连接，也可以通过其他部件进行电连接。

进一步来说，所述下延段连接一金属法兰盘，所述金属法兰盘下端面连接若干根软铜线束。这些裸的软铜线束（所谓的软是泛指，并非特指，通常情况下通过降低铜线的直径来达到，既越细的铜线越软，细、软的程度达到能够顺利铺撒开来即可）会铺撒开来，增大导体与空心杆底部和内壁的电接触面积。

用铜质法兰盘连接铝绞线端头，铜质法兰盘靠空心杆底部的端面上附着有很多细软的铜丝束，铜丝束的长度达数厘米。当铜质法兰盘快要接触到空心杆的底部时，铜丝束会自然地铺展开来，在重力的作用下，铜丝束与空心杆底部和靠近底部的内壁会有较大的电接触面积。

为了提高细软铜线束与空心杆内腔底部壁体的接触面积，所述空心杆的内腔底端为倒锥形空腔。

所述电缆线外壁上设置若个间隔设置的箍件。在现有的碳纤维复合芯铝绞线上加装了绝缘套之后，当一端悬挂，另一端自由下垂时，在电缆线的单位长度上，铝绞线与碳纤维复合芯之间和铝绞线与外部绝缘套之间的摩擦力，将小于其自身的静态重力和动态的惯性力。尤其是在高温时，铝材料的热膨胀系数远大于碳纤维复合芯，在高温时，铝绞线与碳纤维复合芯之间的摩擦力会急剧下降。所以，要在装有外层绝缘护套的电缆线上，每间隔一段距离，加上一个箍件。该箍件的内圆表面积适当增加，箍件的适当挤压作用使得上述的铝绞线与碳纤维复合芯之间、铝绞线与外部绝缘套之间的摩擦力增加，这个摩擦力要大于箍件间隔距离长度内电缆线的自身重力。

所述箍件为铠装的不锈钢管，或者为外箍，或者为内箍和外箍的组合。

本发明具有的有益效果：1、采用碳纤维复合芯铝绞线为内芯的电缆线，碳纤维复合芯作为电缆线的承重体，既解决了材料截面积受限条件下的悬挂抗拉强度问题，又解决了电缆线与悬挂器的绝缘问题；2、改变电缆线下端与空心杆内腔的配合关系，提高电连接的可靠性。3、设置箍件避免出现铝绞线、碳纤维复合芯、绝缘套受重力作用产生的相对位移，也能避免碳纤维复合芯铝绞线电缆受重力作用拉长的问题出现。4、承重材料和导体材料的质量密度的减少，减轻了电缆线的重量，使得抽油机举升功率降低，降耗节能。

附图说明

图1是本发明中碳纤维复合芯铝绞线电缆与抽油机悬挂器的悬挂链接结构示意图。

图2是本发明中碳纤维复合芯铝绞线电缆与空心轴底部预形成电连接结构示意图。

图3是本发明中碳纤维复合芯铝绞线电缆防止内芯发生偏移的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，包括分别与电源两极连接的第一导电引出线1和第二导电引出线3，分别与两根导电引出线连接的输送电功率装置，其特征在于所述输送电功率装置包括连接在抽油机悬挂器10上并分别与两根导电引出线连接的碳纤维复合芯铝绞线，所述碳纤维复合芯铝绞线外围包覆绝缘套形成电缆线8，所述电缆线8深入抽油机的空心杆7内腔中并与空心杆内腔底部的内壁电连接。空心杆7的下端通过连接箍与抽油杆连接。碳纤维复合芯铝绞线是裸线，需要在其外表装上绝缘套（采用耐腐蚀、阻燃、耐磨和耐高温材质）。为了使碳纤维复合芯、铝绞线、绝缘套之间都不相互发生位移，所述电缆线外壁上设置若个间隔设置的箍件。所述箍件为铠装的不锈钢管，或者为外箍，或者为内箍17和外箍18的组合

使用时，第一导电引出线1从悬挂器10的侧面引出。电热电源可以是工频或者是中频的，或者是比工频更低的调制波电源，该第一导电引出线1与悬挂器10绝缘。悬挂器10连接到抽油机驴头的钢绳端头2上。电源的第二导电引出线3，与悬挂器10是直接连接的。碳纤维复合芯连接用的接线管4起到承重的碳纤维复合芯非金属材料与悬挂器金属材料的过度连接作用。

所述的悬挂器10上设有一轴向贯通的穿线通道，所述第一导电引出线1贯穿所述穿线通道，所述铝绞线6通过一线鼻子9与所述的第一导电引出线1电连接，所述的线鼻子9抱箍在碳纤维复合芯铝绞线的上端。

所述的第二导电引出线3与所述的悬挂器10电连接，所述的碳纤维复合芯铝绞线中的碳纤维复合芯5通过连线管4与所述的悬挂器10电连接，所述的第一导电引出线1与碳纤维复合芯铝绞线中的铝绞线6电连接。

所述的悬挂器10通过钢绳与抽油机连接，所述钢绳2和连线管4与悬挂器10都为拆卸式连接。

所述碳纤维复合芯铝绞线下端的铝绞线在碳纤维复合芯下端具有下延段12，所述碳纤维复合芯下端包覆绝缘层11，然后再用铝绞线包裹碳纤维复合芯的底端。外层绝缘套的底端长度相对铝绞线短，使下延段12裸露，所述下延段12连接一金属法兰盘13，所述金属法兰盘13下端面连接若干根软铜线束14。为了增加接触面积，所述空心杆7的内腔底端为倒锥形空腔。使用时，软铜线束14接触到倒锥形面时能轻松顺利的铺展开来。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。在上述实施例中，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，包括分别与电源两极连接的第一导电引出线（1）和第二导电引出线（3），分别与两根导电引出线连接的输送电功率装置，其特征在于所述输送电功率装置包括连接在抽油机悬挂器（10）上并分别与两根导电引出线连接的碳纤维复合芯铝绞线，所述碳纤维复合芯铝绞线外围包覆绝缘套形成电缆线（8），所述电缆线（8）深入抽油机的空心杆（7）内腔中并与空心杆内腔底部的内壁电连接；

所述的第二导电引出线（3）与所述的悬挂器（10）电连接，所述的碳纤维复合芯铝绞线中的碳纤维复合芯（5）通过连线管（4）与所述的悬挂器（10）电连接，所述的第一导电引出线（1）与碳纤维复合芯铝绞线中的铝绞线（6）电连接。

2.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，其特征在于所述的悬挂器（10）上设有一轴向贯通的穿线通道，所述第一导电引出线（1）贯穿所述穿线通道，所述铝绞线（6）通过一线鼻子（9）与所述的第一导电引出线（1）电连接，所述的线鼻子（9）抱箍在碳纤维复合芯铝绞线的上端。

3.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，其特征在于所述的悬挂器（10）通过钢绳与抽油机连接，所述钢绳（2）和连线管（4）与悬挂器（10）都为拆卸式连接。

4.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，其特征在于所述碳纤维复合芯铝绞线下端的铝绞线在碳纤维复合芯下端具有下延段（12），所述碳纤维复合芯下端包覆绝缘层（11）。

5.根据权利要求4所述的碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，其特征在于所述下延段（12）连接一金属法兰盘（13），所述金属法兰盘（13）下端面连接若干根软铜线束（14）。

6.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，其特征在于所述电缆线外壁上设置若干个间隔设置的箍件。

7.根据权利要求6所述的碳纤维复合芯铝绞线向采油井下输送电功率装置，其特征在于所述箍件为内箍（17）和外箍（18）的组合。