CN107071941B - 油井用钢带护套变频加热电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了油井用钢带护套变频加热电缆，属于加热电缆领域，由辐照交联聚烯烃护套层、镀锌钢带层、玻璃丝纤维带层、辐照交联聚烯烃绝缘层和导体由外至内依次包裹而成；镀锌钢带层为双层铠装结构，每层均为间隙绕包；玻璃丝纤维带层为双层绕包结构，每层玻璃丝纤维带搭盖率为50%；导体为7根稀土高铁铝合金线绞合紧压组成；导体在油管中的下末端与镀锌钢带层相连形成回路，耐油耐温，经济适用，加热效率高。本发明还提供了该电缆的加工方法，包括导体制作、绝缘挤制、包带工序、钢带铠装、外护套挤制等，步骤简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明属于加热电缆领域，具体涉及一种适用于潜油电泵井、自喷井、天然气井等无杆采油井的井下加热用的钢带护套变频加热电缆。
背景技术
在我国北方地区，有很多的高凝油油井，其含硫量、含蜡量都比普通油井更高。由于其原油的凝固点高、油粘度大，给采油工作带来很多困难。一口新建油井，用不了多长时间，油管壁就会凝结上一层厚厚的蜡，致使出油管堵塞。出现这种现象时，采用抽油杆采油作业的油井，可以利用空心抽油杆的集肤效应对原油进行加热；但对于潜油电泵井、自喷井、天然气井等无抽油杆采油井，就需要寻找一种新的高效加热模式。
在无杆采油井的加热模式选择上，目前普遍采用电阻加热电缆或油管外壁缠绕伴热带电缆进行加热的方式，这种加热方式操作方便简单，但存在热效率低，能耗高，热量流失大的问题。还有少数采用铜导体氧化镁绝缘钢管护套加热的方式，这种方式不仅制造困难、价格昂贵，而且弯曲困难，不可反复使用，给安装施工带来巨大的困难。
公告号为CN202488787U的实用新型专利公开了一种聚丙烯绝缘辐照交联聚烯烃护套油井加热电缆，包括套题、绝缘层和护套层，具有结构简单，抗拉张力大，提高电缆发热效应的特点。但是该专利所提供的方案仅通过护套层材料的选择，解决了长时间在原油中浸泡后电缆外径增大的问题，靠的是导体自身电阻产生的热量加热，热效率低，能耗大，现已基本无人使用。
公告号为CN205389276U的实用新型专利公开了油井用钢带护套变频加热电缆，包括绝缘层，加热回路导体，护套层和流体腔，能够均匀加热并充分散热，但是该方案中的加热回路道题由电阻丝构成，即采用电阻加热电缆，其能耗较高，热效率较低。
因此，有必要研制一种轻便高效的油井加热电缆。
发明内容
本发明的目的在于解决上述无杆采油井中现有几种加热方式加热效率低、制造困难、给施工带来不便等问题，提供一种轻便高效的油井用钢带护套变频加热电缆。
本发明是通过以下技术方案实现的：
油井用钢带护套变频加热电缆，其特征在于：电缆由辐照交联聚烯烃护套层、镀锌钢带层、玻璃丝纤维带层、辐照交联聚烯烃绝缘层和导体由外至内依次包裹而成；所述镀锌钢带层为双层铠装结构，每层均为间隙绕包；所述玻璃丝纤维带层为双层绕包结构，每层玻璃丝纤维带搭盖率为50%；所述导体为7根稀土高铁铝合金线绞合紧压组成；导体在油管中的下末端与镀锌钢带层相连形成回路。
作为优选，所述辐照交联聚烯烃护套层的厚度为1.2mm，辐照剂量为13兆拉德。
作为优选，所述辐照交联聚烯烃绝缘层的厚度为1.2mm，辐照剂量为13兆拉德。
电缆的绝缘材料，通常选择交联聚乙烯、三元乙丙橡胶、氟塑料等材质，本方案选用辐照交联聚烯烃材质的护套层和绝缘层是因为该材料耐温、耐油，价格仅为常用的氟塑料的三分之一，符合经济性原则。
作为优选，所述镀锌钢带层的单层厚度为0.5-0.8mm；间隙绕包的间隙距离范围为1-2mm。镀锌钢带层既要保证电缆能够弯曲，又要保证能够满足变频集肤加热对厚度的要求。
作为优选，所述玻璃丝纤维带层的单层厚度为0.2mm。选择耐高温的玻璃丝纤维带，并采用双层绕包，层间搭盖结构，总厚度相当于4层，既起到保护辐照交联聚烯烃绝缘层免受镀锌钢带层划伤的作用，又能够进行隔热。
作为优选，所述导体的有效截面积为25-50 mm2。导体选择稀土高铁铝合金，其强度可达159MPa，为纯铝导体的1.6倍。稀土高铁铝合金导体通过添加微量稀土元素、铁元素及特殊的工艺处理，使产品在导电性、柔韧性、延伸性、抗蠕变性、抗腐蚀性等方面均优于铜导体；与铜导体相比其柔韧性提高了25％，延伸性提高了30％，蠕变性小了40％，电阻率基本与纯铝导体持平。在本方案中，选择用稀土高铁铝合金线绞合紧压制成的导体在20℃时的直流电阻≤1.2Ω/km。
本发明中提供的油井用钢带护套变频加热电缆，其井下端导体与镀锌钢带层相连，镀锌钢带层与导体形成回路，整体加热装置利用中频集肤效应、涡流效应原理进行加热。
一种上述油井用钢带护套变频加热电缆的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）导体制作，采用7根稀土高铁铝合金线绞合紧压制成导体；
（2）绝缘挤制，将125℃的辐照交联聚烯烃材料通过挤塑机挤包到导体上，厚度为1.2mm，再通过专门的辐照设备进行辐照交联；
（3）包带工序，采用玻璃丝纤维带对步骤（2）得到的产品进行双层绕包，单层厚度为0.2mm，每层搭盖率为50%；
（4）钢带铠装，采用单层为0.5-0.8mm厚的镀锌钢带对包带后的缆芯进行双层铠装，每层镀锌钢带都为间隙绕包，间隙距离为1-2mm；
（5）外护套挤制，通过挤塑机将125℃辐照交联聚烯烃护套料挤包到镀锌钢带外层，厚度为1.2mm，然后通过专门的辐照设备进行辐照交联。
选择125℃辐照交联聚烯烃材料，符合油井实际加热需要。
作为优选，所述步骤（1）中使用的稀土高铁铝合金线的直径为2.0-3.0mm。
作为优选，所述步骤（2）与步骤（5）中辐射交联步骤的辐射剂量为11至14兆拉德。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的油井用钢带护套变频加热电缆，适用于变频集肤电流加热方式，加热效率高，节能效果好，热能不流失；利用镀锌钢带护套电缆，有效克服传统无缝钢管不易缠绕，制作困难的问题，镀锌钢带层既起到加热体作用，又能承载自身重量；选用质量轻，强度高的稀土高铁铝合金线作为导体，使得产品在导电性、柔韧性、延伸性、抗蠕变性、抗腐蚀性、重量轻等方面表现出优越性；使用125℃的辐照交联聚烯烃制成的绝缘层和护套层，耐温耐油，经济实用。本发明提供的电缆加工方法，步骤简单，其各项数据指标为实际操作中多次实验所得的最佳数据。本发明提供的加热电缆的油井用加热装置，具有使用寿命长，施工安装方便，维护成本低的特点。
此外，本发明方法原理可靠，步骤简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1是本发明提供的油井用钢带护套变频加热电缆的横截面示意图。
图2是本发明提供的油井用钢带护套变频加热电缆的加工方法的流程图。
图3是本发明提供的油井用钢带护套变频加热电缆的油井用加热装置的剖面示意图。
其中，1-辐照交联聚烯烃护套层，2-镀锌钢带层，3-玻璃丝纤维带层，4-辐照交联聚烯烃绝缘层，5-导体，6-加热电缆，7-接线盒，8-变频电源控制柜，9-悬接器，10-油管，11-潜油电泵，12-出油管道，13-温度传感器，14-出油口阀门，15-套管，16-套管卸压阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明提供的油井用钢带护套变频加热电缆，由辐照交联聚烯烃护套层1、镀锌钢带层2、玻璃丝纤维带层3、辐照交联聚烯烃绝缘层4和导体5由外至内依次包裹而成；所述镀锌钢带层2为双层铠装结构，每层均为间隙绕包；所述玻璃丝纤维带层3为双层绕包结构，每层玻璃丝纤维带搭盖率为50%；所述导体5为7根稀土高铁铝合金线绞合紧压组成；导体5在油管中的下末端与镀锌钢带层2相连形成回路。
在本实施例中，所述辐照交联聚烯烃护套层1的厚度为1.2mm，辐照剂量为13兆拉德。
在本实施例中，所述辐照交联聚烯烃绝缘层4的厚度为1.2mm，辐照剂量为13兆拉德。
电缆的绝缘材料，通常选择交联聚乙烯、三元乙丙橡胶、氟塑料等材质，本方案选用辐照交联聚烯烃材质的护套层和绝缘层是因为该材料耐温、耐油，价格仅为常用的氟塑料的三分之一，符合经济性原则。
在本实施例中，所述镀锌钢带层2的单层厚度为0.5mm，在本发明的其他实施例中，镀锌钢带层2的单层厚度在0.5-0.8mm范围内；间隙绕包的间隙距离为1.5mm，在本发明的其他实施例中，间隙绕包的间隙距离在1-2mm范围内。镀锌钢带层2既要保证电缆能够弯曲，又要保证能够满足变频集肤加热对厚度的要求。
在本实施例中，所述玻璃丝纤维带层3的单层厚度为0.2mm。选择耐高温的玻璃丝纤维带，并采用双层绕包，层间搭盖结构，总厚度相当于4层，既起到保护辐照交联聚烯烃绝缘层4免受镀锌钢带层2划伤的作用，又能够进行隔热。
在本实施例中，所述导体5的有效截面积为25mm2，在本发明的其他实施例中，所述导体的有效截面积在25-50mm2范围内。导体5选择稀土高铁铝合金，其强度可达159MPa，为纯铝导体的1.6倍。稀土高铁铝合金导体通过添加微量稀土元素、铁元素及特殊的工艺处理，使产品在导电性、柔韧性、延伸性、抗蠕变性、抗腐蚀性等方面均优于铜导体；与铜导体相比其柔韧性提高了25％，延伸性提高了30％，蠕变性小了40％，电阻率基本与纯铝导体持平。在本方案中，选择用稀土高铁铝合金线绞合紧压制成的导体5在20℃时的直流电阻≤1.2Ω/km。
如图2所示，本发明提供的一种上述油井用钢带护套变频加热电缆的加工方法，包括以下步骤：
（1）导体制作，采用7根稀土高铁铝合金线绞合紧压制成导体5；
（2）绝缘挤制，将125℃的辐照交联聚烯烃材料通过挤塑机挤包到导体5上，厚度为1.2mm，再通过专门的辐照设备进行辐照交联；
（3）包带工序，采用玻璃丝纤维带对步骤（2）得到的产品进行双层绕包，单层厚度为0.2mm，每层搭盖率为50%；
（4）钢带铠装，采用单层0.5-0.8mm厚的镀锌钢带对包带后的缆芯进行双层铠装，每层镀锌钢带都为间隙绕包，间隙距离为1-2mm；
（5）外护套挤制，通过挤塑机将125℃辐照交联聚烯烃护套料挤包到镀锌钢带外层，厚度为1.2mm，然后通过专门的辐照设备进行辐照交联。
选择125℃辐照交联聚烯烃材料，符合油井实际加热需要。
在本实施例中，所述步骤（1）中使用的稀土高铁铝合金线的直径为2.16mm，在本发明的其他实施例中，选用的稀土高铁铝合金线的直径在2.0-3.0mm范围内。
在本实施例中，所述步骤（2）与步骤（5）中辐射交联步骤的辐射剂量为13兆拉德，在本发明的其他实施例中，所述辐射剂量可以为11至14兆拉德。
在使用上述的油井用钢带护套变频加热电缆进行加热作业时，使用一种如图3所示的加热装置。其中，加热电缆6的顶端设有接线盒7，通过接线盒7连接变频电源控制柜8，通过接线盒7后，加热电缆6经悬接器9进入油管10，加热电缆6底端与油管10底端均深入油层，加热电缆6底部接有潜油电泵11；油管10的上端侧表面开设出油管道12，出油管道12上设有温度传感器13和出油口阀门14；油管10外套设套管15，套管15侧表面设有套管卸压阀16。
本发明中提供的加热电缆6，其井下端导体5与镀锌钢带层2相连，镀锌钢带层2与导体5形成回路，整体加热装置利用中频集肤效应、涡流效应原理进行加热，具有使用寿命长，施工安装方便，维护成本低的特点。
本发明提供的油井用钢带护套变频加热电缆，适用于变频集肤电流加热方式，加热效率高，节能效果好，热能不流失；利用镀锌钢带铠装电缆，有效克服传统无缝钢管不易缠绕，制作困难的问题，镀锌钢带层既起到加热体作用，又能承载自身重量；选用质量轻，强度高的稀土高铁铝合金线作为导体5，使得产品在导电性、柔韧性、延伸性、抗蠕变性、抗腐蚀性、重量轻等方面表现出优越性；使用125℃的辐照交联聚烯烃制成的绝缘层和护套层，耐温耐油，经济实用。本发明提供的电缆加工方法，步骤简单，其各项数据指标为实际操作中多次实验所得的最佳数据。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (3)
1.油井用钢带护套变频加热电缆的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）导体制作，采用7根稀土高铁铝合金线绞合紧压制成导体；
（2）绝缘挤制，将125℃的辐照交联聚烯烃材料通过挤塑机挤包到导体上，厚度为1.2mm，再通过专门的辐照设备进行辐照交联；
（3）包带工序，采用玻璃丝纤维带对步骤（2）得到的产品进行双层绕包，单层厚度为0.2mm，每层搭盖率为50%；
（4）钢带铠装，采用单层0.5-0.8mm厚的镀锌钢带对绝缘线芯包带后进行双层铠装，每层镀锌钢带都为间隙绕包，间隙距离为1-2mm；
（5）外护套挤制，通过挤塑机将125℃辐照交联聚烯烃护套料挤包到镀锌钢带外层，厚度为1.2mm，然后通过专门的辐照设备进行辐照交联。
2.如权利要求1所述的油井用钢带护套变频加热电缆的加工方法，其特征在于：所述步骤（1）中使用的稀土高铁铝合金线的直径为2.0-3.0mm。
3.如权利要求1所述的油井用钢带护套变频加热电缆的加工方法，其特征在于：所述步骤（2）与步骤（5）中辐射交联步骤的辐射剂量为11至14兆拉德。
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