CN108915655A - 一种捞油井储能旋转加热开采装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采油工具技术领域内一种捞油井储能旋转加热开采装置,包括依次连接的钢丝绳、捞油泵、加重杆、电池仓、旋转驱动部件、旋转接头和旋转加热器，所述电池仓内设有锂电池组和用于控制电池供电通断的摇控开关，所述锂电池组用于旋转驱动部件和旋转加热器的供电，所述旋转器包括旋进器和旋进器的中心内腔封装的螺旋加热器，所述旋进器的外周设有螺旋旋进带，所述旋进器的下端呈锥尘形，所述旋进器与旋转驱动部件驱动连接，所述螺旋加热器经旋转接头与锂电池组电连接。因此本发明的捞油井储能旋转加热开采装置，外部结构简单，方便现场施工操作，实现加热和开采一次完成，节约成本，简化施工作业步骤，降低劳动强度。

Description

一种捞油井储能旋转加热开采装置

技术领域

本发明涉及采油工具技术领域，特别涉及一种用于低产稠油油井的捞油井储能旋转加热开采装置。

背景技术

捞油井油品差、含蜡高、油稠、产量低，在环境温度较低的情况下，当井内原油温度低于凝析点温度，致使原油在井筒中凝固形成死油，捞油抽子遇阻无法下行进行正常的捞油生产。要恢复生产，必须进行措施作业，而作业过程经常受气候、道路、井下地质因素等影响，需要花费较高的作业费用。

正常采油井的电加热开采方法是用有线交流电源加热方法，其原理是由地面电源变压器供给电能，经控制柜隔离调整，经过地面电缆将电能传输到井口密封器，再通过地下电缆将能量传送到油管，再经过油管下部的油套管接触器与套管连通，形成完整的加热回路。由于油管本身具有阻抗，当电流流过油管时，油管将发热，直接熔化井内稠油完成开采。这种方法需要提前在井上安装好加热装置，只能适合正常的采油井。

现有技术中有一种原油捞油车的发明专利申请说明书，公开号CN1338560A，公开日为2002年3月6日，其中的装置主要包括地面动力设备、抽油杆、油管下部的谐波变速器、井下发电机和井下加热器，适用于稠油和高凝油等油藏开采。工作原理是油井套管中的抽油杆在地面动力设备的驱动下做旋转运动，谐波变速器在动力作用下带动抽油泵工作，同时驱动井下发电机发电，产生的电能供给井下加热器加热，达到熔化稠油的目的。这种设备存在问题：1）地面必须有动力设备驱动，传递能量到井下，捞油作业时只有钢丝绳起下捞油抽子，地面没有动力设备；2）必须依靠抽油杆传递动力到谐波变速器转化能量，捞油作业无抽油杆；3）由于套管空间和装置材料的限制，发电机产生的功率有限，实际难以达到预期效果；4）发电机、加热器及电缆等设备长期放置于井下，无法及时检查修理，存在安全隐患。

现有技术中还有一种捞油井车的专利说明书，其公开号为CN2588050Y，公开日为2003年11月26日，其中的捞油井电解堵装置主要包括电源控制柜、电机、减速箱、滚筒、支架、电缆、加热探头以及安装设备的车辆。使用时将动力电缆与变频柜联结另一端与电磁加热器连结，将加热器放入井内液面处，再通电预热，而后上提加热器，断电，再下入捞油工具，将加热原油从井内捞出。这种捞油设备存在问题是：1）作业时，加热和捞油分开进行，工序复杂；2）除了捞油设备外需要另外配备车辆安装井下加热设备，现场需要提供外接电源或发电机；3）整体施工复杂而且成本较高。

发明内容

本发明针对现有的捞油工具技术中存在的问题，提供一种加热和捞油一次下井完成的捞油井储能旋转加热开采装置，以简化施工步骤，提高采油效率。

本发明的目的是这样实现的，一种捞油井储能旋转加热开采装置,包括依次连接的钢丝绳、捞油泵、加重杆、电池仓、旋转驱动部件、旋转接头和旋转加热器，其特征在于，所述电池仓内设有锂电池组和用于控制电池供电通断的摇控开关，所述锂电池组用于旋转驱动部件和旋转加热器的供电，所述旋转加热器包括旋进器和旋进器的中心内腔封装的螺旋加热器，所述旋进器的外周设有螺旋旋进带，所述旋进器的下端呈锥尘形，所述旋进器与旋转驱动部件驱动连接，所述螺旋加热器经旋转接头与锂电池组电连接。

本发明的装备中，用锂电池组代替长输电缆及外部电源，直接给井下加热器供电。动力锂电池组经过特定的结构设计和保护设计，满足井下设备规范；将电池仓和螺旋加热器设置在捞油泵和加重杆下面，一起放入井下加热稠油，等到稠油熔化直接捞油，实现加热和开采一次完成的目的。为了提高加热器在稠油层的行进速度，将加热器设计为旋螺旋进结构，通过旋转驱动部件和旋转接头与供电电源连接，旋进器外周设置的螺旋旋进带减小旋进阻力的同时也增大了旋进器与稠油的触面积，加热器边加热熔化稠油边螺旋下行，降低旋进阻力，提高旋进速度，从而提高装置的行进速度。因此本发明的捞油井储能旋转加热开采装置，外部结构简单，方便现场施工操作，实现加热和开采一次完成，节约成本，简化施工作业步骤，降低劳动强度。

为便于保护供电线路，所述电池仓内还设有检测电路用于检测电路的工作情况，所述检测电路上连接有用于控制锂电池组通断的CMOS管。

为便于驱动螺旋加热器的旋螺旋进运动，所述电池仓的下侧设有用于封装旋转驱动部件和旋转接头的外壳护套，所述外壳护套的顶端设有电缆连接器，所述电缆连接器用于外壳护套内外部电缆的连接，外壳护套的顶端还设有与电池仓连接的机械连接件，所述旋转驱动部件包括直流电机和减速机，所述直流电机通过电机安装架与外壳护套固定，所述减速机的输出端连接有空心轴，所述空心轴的下端穿过外壳护套的底部并且穿出端与螺旋加热器固定连接，所述旋转接头设置于减速机的下部。本结构中，将旋转驱动部件和旋转接头封装于外壳护套内，防止井下作业时对装置各部件的侵蚀，并且通过旋转驱动部件和旋转接头实现空心轴相对外壳护套的转动连接。

为便于转动部件和固定部位的电气连接，所述旋转接头包括空心轴外周固定的旋转座和旋转座下侧设置的固定座，所述固定座与空心轴之间通过轴承连接，所述固定座与外壳护底端固定连接，所述旋转座的下表面沿圆周方向设有若干正极触块和负极触块，所述正极触块所在的环周与负极触块所在的环周与空心轴同心，所述正极触块对应的固定座的上表面设有正极轨道，所述负极触块对应的固定座的上表面设有负极轨道，所述正极轨道和负极轨道上分别设有导电材料，所述正极触块与正极轨道滑动接触，所述负极触块与负极轨道滑动接触，所述正极轨道和负极轨道分别通过电缆与电缆连接器电连接， 所述正极触触块和负极触块分别通过穿过空心轴内腔的引出导线与螺旋加热器连接。本发明旋转接头结构，旋转座上设置的正极触块和负极触块与固定座上的正极轨道和负极轨道实现电连接，与正极触块和负极触块连接的引出导线随旋转座、空心轴及加热器同步转动，即引出导线相对空心轴和加热器是静止的，从而防止线路因转动部件而缠绕。

作为本发明的改进，所述正极轨道和负极轨道沿圆周的内外侧分别设有固定在固定座上的绝缘隔离带，所述轴承与空心轴的连接部位设有机械密封结构。。

为优化加热器的结构，所述螺旋加热器密闭封装于旋进器内，并且其旋距从上向下逐渐变小。

为使旋螺加热器的安全运行，所述旋进器内腔还设有常闭型温控开关，所述温控开关与温控信号转换器连接，所述温控信号转换器固定设置于轴承外侧的固定座上，所述温控信号转换器用于反馈温控开关的信号

为适应不同深度的捞油液面，所述检测电路上还连接有延时电路，所述延时电路用于控制直流电机的延时通电。根据捞油液面的位置设置需要延时的时间，以适时启动直流电机通过减速机驱动螺旋加热器转动。

附图说明

图1为本发明的捞油井储能旋转加热开采装置的结构示意图。

图2为图1在A-A处的剖面图。

图3为图1中在h处的局部放大图。

图4为本发明的捞油井储能旋转加热开采装置的结构的电气原理图。

图中，1钢丝绳；2油井套管；3捞油泵；4加重杆；5机械连接件；6电池仓；7温度传感器；8锂电池组；9检测电路；10摇控开关；11机械连接件； 12电缆连接器；13旋转驱动部件；13A直流电机；13B减速机；13C电机安装架；14旋转接头；14A旋转座； 14B负极触块；14C正极触块；14D负极轨道； 14E正极轨道；14F固定座；14G绝缘隔离带；14H温控信号转换器；14J轴承；15空心轴；16电缆；17外壳护套；18温控开关；19旋进器；19A螺旋旋进带；19B螺旋加热器；20稠油层。

具体实施方式

如图1—图4所示为本发明的捞油井储能旋转加热开采装置,包括从上向下依次连接的钢丝绳1捞油泵3加重杆4、电池仓6、旋转驱动部件13、旋转接头14和旋转加热器，其中，加重杆4的底部与电池仓的顶部通过机械连接件5固定连接，电池仓6内设有锂电池组8和用于控制电池供电通断的摇控开关10，锂电池组8用于旋转驱动部件13和旋转加热器19B的供电，旋转加热器包括旋进器19和旋进器19的中心内腔封装的螺旋加热器19B，旋进器19的外周设有螺旋旋进带19A，旋进器19的下端呈锥尘形，旋进器19与旋转驱动部件13通过空心轴15驱动连接，螺旋加热器19B的电源经旋转接头14与锂电池组8电连接。

为便于保护供电线路，电池仓6内还设有检测电路9用于检测电路的工作情况，检测电路上连接有用于控制锂电池组通断的CMOS管。

为便于驱动旋进器19的旋螺旋进运动，电池仓6的下侧设有用于封装旋转驱动部件13和旋转接头14的外壳护套17，外壳护套17的顶端设有电缆连接器12，电缆连接器12用于外壳护套17内外部电缆的连接，外壳护套17的顶端还设有与电池仓连接的机械连接件11，旋转驱动部件13包括直流电机13A和减速机13B，直流电机13A通过电机安装架13C与外壳护套17固定，减速机13B的输出端连接有空心轴15，空心轴15的下端穿过外壳护套17的底部并且穿出端与旋进器19固定连接，旋转接头14设置于减速机13B的下部。本实施例中，旋转接头14包括空心轴15外周固定的旋转座14A和旋转座14A下侧设置的固定座14F，固定座14F与空心轴15之间通过轴承14J连接，固定座14F与外壳护套底端固定连接，旋转座14A的下表面沿圆周方向设有若干正极触块14C和负极触块14B，正极触块14C所在的环周与负极触块14B所在的环周与空心轴15同心，正极触块14C对应的固定座14F的上表面设有正极轨道14E，负极触块14B对应的固定座14F的上表面设有负极轨道14D，正极轨道14E和负极轨道14D上分别设有导电材料，正极触块14C与正极轨道14E滑动接触实现电连接，负极触块14B与负极轨道14D滑动接触实现电连接，正极轨道14E和负极轨道14D分别通过电缆与电缆连接器12电连接， 正极触块14C和负极触块14B分别通过穿过空心轴15内腔的引出导线与螺旋加热器19B连接，实现对螺旋加热器19B的供电。本发明旋转接头14的工作过程，轴承14J的内圈和旋转座14A均固定于空心轴15，旋转座14A位于轴承14J上方。减速机13B在直流电机13A的驱动下转动，带动空心轴15旋转，旋转座14A跟随同步转动，旋转座14A上设置的正极触块14C和负极触块14B与固定座14F上的正极轨道14E和负极轨道14D电连接，与正极触块14C和负极触块14B连接的引出导线随旋转座14A、空心轴15及旋进器19同步转动，即引出导线相对空心轴15和旋进器19是静止的，从而防止线路因转动部件而缠绕。

本结构中，将旋转驱动部件13和旋转接头14封装于外壳护套17内，防止井下作业时对装置各部件的侵蚀，并且通过旋转驱动部件13和旋转接头14实现空心轴15相对外壳护套17的转动连接。

作为本发明的改进，正极轨道14E和负极轨道14D沿圆周的内外侧分别设有固定在固定座14F上的绝缘隔离带14G，轴承14J与空心轴15的连接部位设有机械密封结构。为保证旋进器19的安全运行，旋进器19的内腔还设有常闭型温控开关18，温控开关18与温控信号转换器14H连接，温控信号转换器14H固定设置于轴承14J外侧的固定座14F上，旋转部分设置于旋转座14A上，该控信号转换器用于向检测电路9反馈温控开关18的信号。当电池仓5开始向螺旋加热器19B供电时，温控开关18常闭接通状态，当旋进器19内的温度超过上限设定的温度后，温控开关18断开，以切断供电，当旋进器19的温度低于下限设定温度后温控开关18接通继续向螺旋加热器19B供电。

为优化加热器的结构，本实施例中，螺旋加热器19B密闭封装于旋进器19内，并且其旋距从上向下逐渐变小，也就是旋螺加热器19B的螺旋分布从上向下是由疏变密的，下部加热功率最大，这样下部先接触低温稠油层21，可以加快稠油层21的熔化速度，减小旋进器19整体向下旋进的阻力，加快整个装置向下行进速度。

为适应不同深度的捞油液面，检测电路9上还连接有延时电路，延时电路用于控制直流电机13A的延时通电。根据捞油液面的位置设置需要延时的时间，以适时启动直流电机13A通过减速机13B驱动旋进器19转动。

本发明的上述捞油井储能旋转加热开采装置进行捞油作业时，首先在地面安装好本装置，检查各绝缘密封安全可靠。由捞油绞车将本装置悬挂井口，通过遥控开关10接通控制开关，按照2.5米/秒的速度下放到稠油液面。由于在下井过程中已经打开了控制开关，螺旋加热器19B在下放过程中自身开始加热，同时根据液面位置，设置延时开关的延时时间，当装置到达液面时直流电机13A接通，当旋进器19到达液面时加热器温度达到90℃，满足稠油加热要求，上面稠油层20开始熔化后，在重力作用下，旋进器19继续向下边旋进边熔化下面的稠油。由于加热器增加了螺旋旋进功能，下行阻力小，更容易下行，加速稠油的熔化。并且加热器是按照温度从下向上形成一个从高到低的梯度设计的，因此油井套管2中，下面温度较低的稠油先接触到加热器温度较高的部分，稠油熔化后，旋进器19的上面低温部分继续降低原油粘度并保持原油温度，有效的提高了加热效率。当捞油泵3穿过油井套管2的稠油后，下放速度加快，说明“油帽子”已经熔化，上提捞出原油和装备，继续捞油后可卸下本加热装置，继续捞出更深层的原油。

本实施例中的电加热过程是通过如下过程实现的：

1）打开摇控开关10，锂电池组8给加热器供电，同时检测电路9工作；

2）常闭型温控开关18，当旋进器19温度达到100℃时，温控开关18断开，切断检测电路9上CMOS管的电源，电池组停止螺旋加热器19B供电；

3）当温度低于90℃时，温控开关18接通，电路恢复供电；

4）由于动力锂电池工作温度的限制，电池仓5内设置温度传感器7检测仓内温度，当电池仓5内的温度小于55℃时，本装置正常工作；当电池仓5内的温度大于55℃，小于60℃时，切断控制电路上CMOS管的电源，锂电池组8停止螺旋加热器19B供电；

6）当电池仓5内的温度低于52℃时，检测电路9恢复锂电池组8供电；

7）当电池仓5内温度大于60℃时，检测电路9彻底切断锂电池组8供电，并且不可恢复供电，必须将装置取出检查；

8）装置发生过压、欠压、过载和短路等故障时，检测电路9控制CMOS管，切断锂电池组8向外部供电。

本实施例的旋进器19的工作过程如下：

检测电路9上设置延时电路，根据捞油井的液面位置设置需要延时的时间，适时打开直流电机13A的控制开关。直流电机13A开始工作，经过减速机13B达到一个较低的旋转速度，实现低转速大扭矩，减速机13B通过空心轴15驱动旋进器19旋进。电池仓5的电缆出线连接到电缆连接器12进入旋转驱动部件13内，经过连通电缆进入旋转接头14内，分别连接到旋转接头14的正极轨道14E和负极轨道14D，旋转座14A上的正极触块14C及负极触块14B得电，通过引出导线经空心轴15连接到螺旋加热器19B，实现对稠油加热。

本发明的装备中，用锂电池组8代替长输电缆及外部电源，直接给井下加热器供电。动力锂电池组8经过特定的结构设计和保护设计，满足井下设备规范；将电池仓5和旋进器19设置在捞油泵3和加重杆4下面，一起放入井下加热稠油，等到稠油熔化直接捞油，实现加热和开采一次完成的目的。因此本发明的捞油井储能旋转加热开采装置，外部结构简单，方便现场施工操作，实现加热和开采一次完成，节约成本，简化施工作业步骤，降低劳动强度。

Claims (8)

1.一种捞油井储能旋转加热开采装置,包括依次连接的钢丝绳、捞油泵、加重杆、电池仓、旋转驱动部件、旋转接头和旋转加热器，其特征在于，所述电池仓内设有锂电池组和用于控制电池供电通断的摇控开关，所述锂电池组用于旋转驱动部件和旋转加热器的供电，所述旋转加热器包括旋进器和旋进器的中心内腔封装的螺旋加热器，所述旋进器的外周设有螺旋旋进带，所述旋进器的下端呈锥尘形，所述旋进器与旋转驱动部件驱动连接，所述螺旋加热器经旋转接头与锂电池组电连接。

2.根据权利要求1所述捞油井储能旋转加热开采装置，其特征在于，所述电池仓内还设有检测电路用于检测电路的工作情况，所述检测电路上连接有用于控制锂电池组通断的CMOS管。

3.根据权利要求1所述捞油井储能旋转加热开采装置，其特征在于，所述电池仓的下侧设有用于封装旋转驱动部件和旋转接头的外壳护套，所述外壳护套的顶端设有电缆连接器，所述电缆连接器用于外壳护套内外部电缆的连接，外壳护套的顶端还设有与电池仓连接的机械连接件，所述旋转驱动部件包括直流电机和减速机，所述直流电机通过电机安装架与外壳护套固定，所述减速机的输出端连接有空心轴，所述空心轴的下端穿过外壳护套的底部并且穿出端与螺旋加热器固定连接，所述旋转接头设置于减速机的下部。

4.根据权利要求3所述的捞油井储能旋转加热开采装置，其特征在于，所述旋转接头包括空心轴外周固定的旋转座和旋转座下侧设置的固定座，所述固定座与空心轴之间通过轴承连接，所述固定座与外壳护套底端固定连接，所述旋转座的下表面沿圆周方向设有若干正极触块和负极触块，所述正极触块所在的环周与负极触块所在的环周与空心轴同心，所述正极触块对应的固定座的上表面设有正极轨道，所述负极触块对应的固定座的上表面设有负极轨道，所述正极轨道和负极轨道上分别设有导电材料，所述正极触块与正极轨道滑动接触，所述负极触块与负极轨道滑动接触，所述正极轨道和负极轨道分别通过电缆与电缆连接器电连接，所述正极触块和负极触块分别通过穿过空心轴内腔的引出导线与螺旋加热器连接。

5.根据权利要求4所述的捞油井储能旋转加热开采装置，其特征在于，所述正极轨道和负极轨道沿圆周的内外侧分别设有固定在固定座上的绝缘隔离带，所述轴承与空心轴的连接部位设有机械密封结构。

6.根据权利要求4所述的捞油井储能旋转加热开采装置，其特征在于，所述螺旋加热器密闭封装于旋进器内，并且其旋距从上向下逐渐变小。

7.根据权利要求4所述的捞油井储能旋转加热开采装置，其特征在于，所述旋进器内腔还设有常闭型温控开关，所述温控开关与温控信号转换器连接，所述温控信号转换器固定设置于轴承外侧的固定座上，所述温控信号转换器用于反馈温控开关的信号。

8.根据权利要求4所述的捞油井储能旋转加热开采装置，其特征在于，所述检测电路上还连接有延时电路，所述延时电路用于控制直流电机的延时通电。