CN106437620B - 一种油井合金超导化蜡及测压测温装置 - Google Patents

Abstract

一种油井合金超导化蜡及测压测温装置，包括穿入空心抽油杆的电缆本体和控制系统，所述电缆本体内分布有用于测量井下结蜡区域不同深度段的温度传感器，所述电缆本体的底部还设有压力变送器，所述温度传感器和压力变送器均通过贯穿于电缆本体内的各导线与井上的控制系统电连接；所述控制系统包括控制器，所述控制器的输入端连接所述温度传感器和压力变送器；所述电缆本体内还设有超导合金线，并通以工频或中频交流电。本发明一方面能够产生较高的热量，对油管内结蜡段原油进行全程加热，有效防止油管内原油结蜡，且不会影响电缆本体的使用寿命；另一方面，能够大大提高各个传感器的测量精度。

Description

一种油井合金超导化蜡及测压测温装置

技术领域

本发明涉及油田采油技术领域，特别是一种油井合金超导化蜡及测压测温装置。

背景技术

石油是当今世界主要的能源产品,石油在世界各国中所占的能源消耗比都非常高,因此石油开采对于每个国家来说都是非常的重要。在石油开采中,基本上所有的产油国都会遇到抽油设备的结蜡问题。当抽油设备发生结蜡故障时,容易发生堵塞现象，从而影响“三高”原油开采的正常安全生产作业，例如原油举升困难，抽油杆负荷过重，下行困难，抽油机载荷加大，原油进泵困难等，进而影响油井的采油效率和经济效益。因此，如何防止抽油系统产生结蜡故障成为石油领域的重要研究方向。

此外，油田在开发过程中，管理者需要及时掌握油水的生产状况和生产动态，这包括井下部分的地层压力或者井下不同深度段的温度，只有掌握这些生产参数，才能及时合理调整生产井工作制度，从而实现科学管理有效的开发。油井的地层压力以及温度是一个随生产而变化的动态数据，矿场人员需要定期到井上测试，通过实时监测井下各种参数并同时对油井进行控制，即通过井下的传感器实时测量井下温度、压力等数据，进而由中央控制系统进行分析，从而实现对井下生产或注入流体的流量和流动特性的动态管理。

目前油田常用的井下温、压测试技术主要热电偶、光纤测试技术用于井下温度动态监测，毛细管测试技术用于井下压力动态监测，电子压力计测试技术用于井下单点压力和温度动态监测，且不能在高温情况下实现多点温度长期动态监测，通过将热电偶束、电缆和井下温、压测试仪组合制成井下压力、多点温度组合测试装置，下入油井以获取井下单点压力和多点温度的测试数据，但是没有相应的专用电缆用于数据传输，导致结构复杂，不易井下安装，费时费力；此外采用热电偶线缆需要带冷端补偿，不能采用普通的铜导线与之连接，集成于专用电缆内时容易受到相互间信号干扰，导致测量精度不高，会使得专用电缆的结构更加复杂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种电缆本体韧性强，不易变形，能够通过大电流，使用寿命长，测温测压精度高，安装简便，可远程监控的油井合金超导化蜡及测压测温装置。

本发明的技术方案是：一种油井合金超导化蜡及测压测温装置，包括穿入空心抽油杆的电缆本体和控制系统；所述电缆本体内分布有用于测量井下结蜡区域不同深度段的温度传感器，所述电缆本体的底部还设有压力变送器，所述温度传感器和压力变送器均通过贯穿于电缆本体内的各导线与井上的控制系统电连接；所述控制系统包括控制器，所述控制器的输入端连接所述温度传感器和压力变送器；所述电缆本体内还设有超导合金线，并通以工频或中频交流电。

进一步，所述电缆本体从外到内依次包括外绝缘层、钢带铠装层、内绝缘层和被内绝缘层包裹的钢丝绳，所述内绝缘层的两侧分别设有复合绝缘层，所述超导合金线设于复合绝缘层内，所述复合绝缘层与内绝缘层之间设有填充物。

进一步，所述复合绝缘层与内绝缘层之间设有用于连接温度传感器和压力变送器的导线。进一步，所述复合绝缘层与内绝缘层之间设有支持架，所述导线设于支持架之间。

进一步，以所述电缆本体的中心为圆心，以圆心到复合绝缘层的距离最大点为半径，其所形成的圆周为等电位层；所述等电位层与钢带铠装层之间填充有绝缘纤维。

进一步，所述控制系统还包括：

温度变送模块，用于将温度传感器所测得的温度数据转变为控制器可识别并读取的数据，并发送给控制器；

触摸屏，用于报警提示、显示不同深度段的温度数据和压力数据，并可进行参数设置。

进一步，所述超导合金线连接变流模块的电源两端，三相交流电经电能表连接变流模块，变流模块用于将工频交流电转变成中频交流电；所述控制器经RS485端口连接电能表和触摸屏。

进一步，所述控制器通过通信模块与终端设备通信。

进一步，所述压力变送器为数字型压力变送器，温度传感器为测温电阻。

进一步，所述超导合金线的长度≤1500米，连接所述压力变送器的导线根据需要可设计成≥1500米。

本发明的有益效果：

（1）通过设置超导合金线来替代传统的铜线，超导合金能够大大降低电阻率，提高功率，通入大电流时，能够产生较高的热量，对油管内原油进行全程加热，有效防止油管内原油结蜡，且不会影响电缆本体的使用寿命；

（2）由外绝缘层、钢带铠装层、内绝缘层、钢丝绳、复合绝缘层、超导合金线、测温电缆线、支持架、等电位层所形成的电缆本体，一方面使得电缆本体韧性强，不易变形，另一方面，能够通过大电流，使用寿命长，且测温精度高，不受超导合金线内电流的干扰；

（3）通过将压力变送器与温度传感器集装于一根电缆本体内，结构简单，安装简便，省时省力；

（4）通过将温度传感器与压力变送器的导线设置在不同层上，且通过绝缘层绝缘，以及不同深度段的温度传感器之间也通过绝缘层绝缘，能够有效避免各个温度信号之间、温度信号与压力信号之间的信号干扰,大大提高各个传感器的测量精度；

（5）压力变送器设置于电缆本体的底部，可以作为配重体，使得电缆本体能够在压力传感器的重力作用下快速延伸至井底，省时省力；

（6）通过将超导合金线的长度设计成≤1500米，连接压力变送器的导线根据需要可设计成≥1500米，既可以将合金超导化蜡与井下测温测压的导线合二为一，集装在一根电缆内，大大提高安装便捷性，又可以同时进行不同的工作，大大缩短工作时间，提高工作效率，且可以节省超导合金线的材料，降低成本；

（7）通过终端设备远程监测温度数据、压力数据、电能消耗数据以及报警提示，并可远程设置参数值，无需现场操控，省时省力，实现无人值守。

附图说明

图1是本发明实施例电缆本体的结构示意图；

图2是本发明实施例控制器的电路原理图；

图3是本发明实施例超导合金线的连接电路原理图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1~图3所示：一种油井合金超导化蜡及测压测温装置，包括穿入空心抽油杆的电缆本体和控制系统；电缆本体内分布有用于测量井下不同深度段的温度传感器，电缆本体的底部还设有压力变送器，温度传感器和压力变送器均通过贯穿于电缆本体内的各导线与井上的控制系统电连接；控制系统包括控制器，控制器的输入端连接温度传感器和压力变送器；电缆本体内还设有超导合金线16，并通以中频交流电。

本实施例中，通过在空心抽油杆内穿过电缆本体，通以中频交流电，利用内集肤效应原理在空心抽油杆壁上产生热能，对油管内原油进行全程加热，提高油管内原油温度，降低原油粘度，改善其流动性，防止油管内原油结蜡，从而有效地开采高凝、高粘、高含蜡原油，有效解决高凝、高粘、高含蜡原油开采过程中遇到的各种技术难题，达到油井增产、增效的目的。

另外，之所以在电缆本体内设置超导合金线16代替普通的加热导线，是因为穿入空心抽油杆的加热导线长度很长，例如本实施例长度为1500m，而加热导线一旦很长，它的电阻就会增大，若将加热导线设计较粗时，又不便装入空心抽油杆内，这样，电阻过大时，功率就会过小，从而导致热量过小，不易提高原油温度，如果用在通大电流的加热回路上，会大大降低加热导线的使用寿命。为了提高加热导线的电阻率，本实施例通过将加热导线设计成超导合金线16来替代传统的铜线，超导合金能够大大降低电阻率，提高功率，通入大电流时，能够产生较高的热量，对油管内原油进行全程加热，有效防止油管内原油结蜡，且不会影响使用寿命。

本实施例中，每个测温段设置一个温度传感器，例如，本实施例的井深1500米，结蜡区大约在井口到井下400米这一段，设计电缆本体总长1500米，其中加热段的电缆长度为500米，电缆本体内自井口每隔150米设值一个温度传感器，最下面的温度传感器离井口450米，可含盖结蜡区，用于测量可能结蜡区域中不同深度段的温度。其中，温度传感器为测温电阻，具体为铂电阻，数量为三个。电缆本体的底部延伸出压力变送器，用于测量油井泵挂处的液体压力，另一方面，压力变送器前端为钨合金重力头，可以作为配重体，使得电缆本体能够在压力变送器的重力作用下快速延伸至井底，省时省力。

本实施例的压力变送器为数字型压力变送器，因为压力变送器的导线很长，可以到达3000米，而导线越长，噪声积累越多，使得噪声与信号混合后难以分开，抗干扰能力弱，而采用数字传输适用于远距离传输，即使混入杂音，也可以利用其内部的电子电路进行噪音过滤，大大提高抗干扰能力。

进一步地，如图1所示：电缆本体从外到内依次包括外绝缘层11、钢带铠装层12、内绝缘层13和被内绝缘层13包裹的钢丝绳14，内绝缘层13的两侧分别设有复合绝缘层15，超导合金线16设于复合绝缘层15内，复合绝缘层15与内绝缘层13之间设有填充物17。

通过在内绝缘层13包裹钢丝绳14，对电缆本体起到很好的固定保护及自身承重作用，同时还可以利用钢丝绳14的韧性，使电缆本体不易被折变形，也可以使电缆本体在扭曲以后得到自动复原。通过采用钢带铠装层12，增强了电缆本体的抗挤压能力。

进一步地，复合绝缘层15与内绝缘层13之间设有用于连接温度传感器和压力变送器的导线19；复合绝缘层15与内绝缘层13之间设有支持架18，导线19设于支持架18之间。

将导线19设于复合绝缘层15与内绝缘层13之间，防止与超导合金线16产生干扰；将导线19设于支持架18之间，能够抗腐蚀，抗强度，使导线得到更好的保护。另外，通过在超导合金线16外设置复合绝缘层15、在复合绝缘层15与导线19之间设置填充物17以及通过支持架18的隔离，能够降低超导合金线16内电流对导线19的干扰，大大提高温度传感器和压力变送器的测量精度。

进一步地，以电缆本体的中心为圆心，以圆心到复合绝缘层15的距离最大点为半径，其所形成的圆周为等电位层20；等电位层20与钢带铠装层12之间填充有绝缘纤维21。

等电位层20能够将分开的诸导电物体连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差，避免在导线19、超导合金线16与钢带铠装层12之间发生局部放电，提高安全用电水平。等电位层20与钢带铠装层12之间填充有绝缘纤维21，具有耐高温、韧性强等优点。

进一步地，如图3所示：超导合金线16连接变流模块的电源两端，三相交流电经电能表连接变流模块，变流模块用于将工频交流电转变成中频交流电；控制器与电能表和触摸屏通过RS485通讯。

本实施例中，三相交流电经三相断路器QF依次连接电能表、接触器KM1的常开触点、变流模块和超导合金线，交流接触器KM1的线圈连接控制器。电能表用于获取变流模块的分时段电能消耗数据，发送给控制器，由控制器传送给触摸屏进行电能消耗数据显示。变流模块和超导合金线之间还连接有启停开关K，启停开关K的控制端连接控制器，用于控制加热的启停。

本实施例的工作原理为：通电后，温度传感器开始采集电缆本体内可能结蜡区域中不同深度段的温度，将温度数据传输给温度变送模块，温度变送模块将数据转变为控制器可识别并读取的数据，然后将这些数据传输给控制器；控制器将温度数据跟预定温度数据做比较，如果温度低于预定温度，控制器发出信号，让接触器KM1的线圈吸合，电缆本体开始工作加热；如果温度高于预定温度报警值时，则触摸屏上会提示温度过高，进行报警；可以在触摸屏上设置预定温度和温度报警值。压力变送器用于测量油井泵挂处的液体压力，其压力数据直接由控制器读取；控制器根据各个温度数据的不同地址，来分析它们各自所对应的深度段，最终将不同的温度数据和压力数据显示在所对应的深度段一侧，供工程师掌握油井内部的温度和压力参数，实现科学管理的有效开发。

本实施例的控制器的型号选用西门子S7-200控制器；温度变送模块选用EM231模块。

进一步地，控制器通过通信模块与终端设备通信。

通信模块可以是以太网模块或无线通信模块。工程师可通过终端设备远程监测温度数据、压力数据和电能消耗数据，并可远程设置参数值，无需现场操控，省时省力，实现无人值守。例如，本实施例的通信模块可以是以太网模块，如选用型号为CP243-1，以太网模块通过网线与终端设备连接，控制器直接连入Internet，工程师可以通过互联网直接给控制器下载程序和实时状态监测，并对触摸屏进行远程控制和监测。本实施例的通信模块还可以是无线数据传输模块，用于与终端设备进行数据交换。本实施例的无线数据传输模块优选为GPRS DTU远程控制模块。其中，终端设备可以是服务器、PC机、智能手机等。

综上所述，本实施例主要具有以下优点：

（1）通过设置超导合金线来替代传统的铜线，超导合金能够大大降低电阻率，提高功率，通入大电流时，能够产生较高的热量，对油管内原油进行全程加热，有效防止油管内原油结蜡，且不会影响电缆本体的使用寿命；

（2）由外绝缘层、钢带铠装层、内绝缘层、钢丝绳、复合绝缘层、超导合金线、测温电缆线、支持架、等电位层所形成的电缆本体，一方面使得电缆本体韧性强，不易变形，另一方面，能够通过大电流，使用寿命长，且测温精度高，不受超导合金线内电流的干扰；

（3）通过将压力变送器与温度传感器集装于一根电缆本体内，结构简单，安装简便，省时省力；

（4）压力变送器设置于电缆本体的底部，可以作为配重体，使得电缆本体能够在压力传感器的重力作用下快速延伸至井底，省时省力；

（5）通过将超导合金线的长度设计成≤1500米，连接压力变送器的导线根据需要可设计成≥1500米，既可以将合金超导化蜡与井下测温测压的导线合二为一，集装在一根电缆内，大大提高安装便捷性，又可以同时进行不同的工作，大大缩短工作时间，提高工作效率，且可以节省超导合金线的材料，降低成本；

（6）通过终端设备远程监测温度数据、压力数据、电能消耗数据以及报警提示，并可远程设置参数值，无需现场操控，省时省力，实现无人值守。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动、变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若对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，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种油井合金超导化蜡及测压测温装置，包括穿入空心抽油杆的电缆本体和控制系统，其特征在于，所述电缆本体内分布有用于测量井下结蜡区域不同深度段的温度传感器，所述电缆本体的底部还设有压力变送器，所述温度传感器和压力变送器均通过贯穿于电缆本体内的各导线与井上的控制系统电连接；所述控制系统包括控制器，所述控制器的输入端连接所述温度传感器和压力变送器；所述电缆本体内还设有超导合金线，并通以工频或中频交流电；所述电缆本体从外到内依次包括外绝缘层、钢带铠装层、内绝缘层和被内绝缘层包裹的钢丝绳，所述内绝缘层的两侧分别设有复合绝缘层，所述超导合金线设于复合绝缘层内，所述复合绝缘层与内绝缘层之间设有填充物。

2.根据权利要求1所述的油井合金超导化蜡及测压测温装置，其特征在于，所述复合绝缘层与内绝缘层之间设有用于连接温度传感器和压力变送器的导线。

3.根据权利要求2所述的油井合金超导化蜡及测压测温装置，其特征在于，所述复合绝缘层与内绝缘层之间设有支持架，所述导线设于支持架之间。

4.根据权利要求1所述的油井合金超导化蜡及测压测温装置，其特征在于，以所述电缆本体的中心为圆心，以圆心到复合绝缘层的距离最大点为半径，其所形成的圆周为等电位层；所述等电位层与钢带铠装层之间填充有绝缘纤维。

5.根据权利要求1~4任一项所述的油井合金超导化蜡及测压测温装置，其特征在于，所述控制系统还包括：

温度变送模块，用于将温度传感器所测得的温度数据转变为控制器可识别并读取的数据，并发送给控制器；

触摸屏，用于报警提示、显示不同深度段的温度数据和压力数据，并可进行参数设置。

6.根据权利要求5所述的油井合金超导化蜡及测压测温装置，其特征在于，所述超导合金线连接变流模块的电源两端，三相交流电经电能表连接变流模块，变流模块用于将工频交流电转变成中频交流电；所述控制器经RS485端口连接电能表和触摸屏。

7.根据权利要求1~4任一项所述的油井合金超导化蜡及测压测温装置，其特征在于，所述控制器通过通信模块与终端设备通信。

8.根据权利要求1~4任一项所述的油井合金超导化蜡及测压测温装置，其特征在于，所述压力变送器为数字型压力变送器；所述温度传感器为测温电阻。

9.根据权利要求1~4任一项所述的油井合金超导化蜡及测压测温装置，其特征在于，所述超导合金线的长度≤1500米。