CN110965976B - 一种稠油加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稠油加热装置。其技术方案是：由连续油管、多级电热管组和多级补偿器组成，所述连续油管内腔穿有三芯动力电缆，在连续油管内腔下部安设带有绝缘密封层，将三芯动力电缆密封并分隔开，并在连续油管的底部安装多级补偿器和电多级热管组，底部连接引鞋。有益效果是：一是组合更加灵活，适用于不同深度的稠油层加热，二是完整的全包式，即三芯动力电缆和电加热管及电阻丝安设在连续油管内腔，而且软导线也通过绝缘瓷弧组保护，避免了短路的问题，使得其安全更有保障，三是冷气体经过多级电热管组的加热后，高温气体直接作用到稠油层，其加热效果更好，提高了效率，可以节约大量的能源，也大幅降低了安全隐患。

Description

一种稠油加热装置

技术领域

本发明涉及一种稠油加热装置，特别涉及一种连续油管多级稠油加热装置。

背景技术

在石油开采中，特别是稠油开采中，主要采用蒸汽加热的方法，一般是采用热气注入法：从井口注入向井下注入热蒸汽，根据井况，热蒸汽的温度在200—400度，通过热蒸汽对井下的稠油层进行加热，经过焖井扩散后，温度下降，其存在的问题是：第一，由于注入的蒸汽温度高，对环境、人员与设备都要求较高，第二，由于地表处注入的蒸汽，经过井深在1000—3000米，甚至更深，这样在移动的过程中，温度就会下降，当经过稠油层，温度进一步下降，这就会产生井口压力高，不利于压井，从而容易造成喷井，进而出现重大安全事故；第三，由于热的传递有三种方式：传导、对流和辐射，由于井深在1000—3000米，这样，井口的温度高，稠油层处的温度低，只存在传导加热，这样，热效率低。

中国专利文献公开号为203223214U，公开了一种《稠油水平井连续油管电缆电加热装置》，该装置包括油管、套管，在油管和套管的油套环空中间设有连续油管，连续油管内设有电缆，电缆上部连接控制柜，电缆连接传感器和加热棒，连续油管悬挂在井口，连续油管与井口之间设有密封件，传感器和加热棒设于井下稠油水平段，控制柜有外接电源，控制柜有导线连接GPRS数据发射器。本实用新型通过连续油管将电缆、传感器、加热棒下入井下稠油水平段，通过控制柜采集井下压力、温度等数据实时控制井下温度，利用加热棒直接对稠油进行加热升温，降低稠油粘度，降低开采和输送成本。其存在的问题是：连续油管与加热棒是分体结构，而且，电缆穿过连续油管与加热棒连接，操作过程中，容易把电缆的绝缘保护层磨破，导致漏电失效且发生触电事故；另外，连续油管与加热棒采用软连接，其施工时可能需要多次操作才能下入稠油层；再者，通过加热棒直接对稠油层进行加热，并不是通过加热空气，通过热空气对稠油层进行加热；还有，该实用新型采用的一级或以上的加热棒，而加热棒之间并没有设置补偿装置，而且该加热棒自身的结构问题，导致其在井底使用时会出现击穿短路的问题，严重的时候，加热棒与套管由于击穿短路造成热熔在一起，造成更大的经济损失。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种连续油管多级稠油加热装置及方法，通过井口注入冷空气，经过连续油管底部设有的加热装置来完成对冷空气的加热，形成的热空气对稠油层进行加热，其热效率高，而且设有补偿器可以实现不同材质的保护套和电加热管的膨胀问题。

本发明提到的一种连续油管多级稠油加热装置，其技术方案是：由连续油管（18）、多级电热管组和多级补偿器组成，所述连续油管（18）内腔穿有三芯动力电缆，在连续油管（18）内腔下部安设带有三个圆孔的绝缘密封层（17），将三芯动力电缆密封并分隔开，并在连续油管（18）的底部安装第一级补偿器，在第一级补偿器的下部连接第一级电热管组，第一级电热管组的下部通过第二级补偿器连接第二级电热管组，第二级电热管组的下部通过第三级补偿器连接第三级电热管组，所述第三级电热管组的底部连接引鞋（2）。

优选的，上述电热管组包括电加热管（3）、下固定支架（4）、保护套（5）、上浮动支架（6），所述下固定支架（4）分别与保护套（5）的内壁固定连接，将三根电加热管（3）的下部分别与下固定支架（4）焊接固定，三根电加热管（3）的上部分别焊接到上浮动支架（6），所述电加热管（3）的内腔穿有电阻丝。

优选的，补偿器包括安全补偿剪钉（9）和补偿套（10），第一级补偿器上的补偿套（10）的上部分套在连续油管（18）的底部外壁，下部分套在第一级电热管组的保护套外壁，且连续油管（18）的底部外壁上设有热补偿上凸台，在热补偿上凸台上设有剪钉孔，安全补偿剪钉（9）从补偿套（10）外壁穿过补偿套（10）并插入剪钉孔中；在第一级电热管组的保护套的顶部设有下凸台，补偿套（10）的底部通过金属下密封挡圈（8）连接固定，并与第一级电热管组的保护套的外壁滑动配合。

优选的，第一级电热管组的保护套的内部设有绝缘瓷弧组（12）、接线柱（13）和软导线（14），三芯动力电缆的底部分别通过接线柱（13）与软导线（14）连接，并连接到第二级电热管组的电阻丝；所述接线柱（13）和软导线（14）的外部套有绝缘瓷弧组（12）。

优选的，补偿套（10）顶部与热补偿上凸台之间设有补偿距（11）。

优选的，上述第三级电热管组的引鞋（2）的末端设有接零线（1），三芯动力电缆按照120度的间隔排列，且汇集连接到接零线（1）。

优选的，上述上浮动支架（6）采用三个圆环间隔120度制成，且三个圆环的外壁分别与保护套（5）的内壁之间滑动配合。

优选的，上述下固定支架（4）采用三个圆环间隔120度制成，且三个圆环的外壁分别与保护套（5）的底部内壁之间焊接固定。

本发明的有益效果是：一是采用了多级电热管组和多级补偿器形成的模块化的结构，使得多级电热管组和多级补偿器的组合更加灵活，适用于不同深度的稠油层加热，二是完整的全包式，即三芯动力电缆和电加热管及电阻丝安设在连续油管内腔，而且软导线也通过绝缘瓷弧组保护，避免了短路的问题，使得其安全更有保障；三是多级补偿器的设置，解决了保护套和电加热管的膨胀问题，也使其可以承受高压，提高了加热效率，电缆的使用寿命增长；四是三芯动力电缆采用星形电路连接方式，使得线路简洁；五是通过冷气体的加入，可以避免注入高温高压蒸汽带来的一系列安全隐患；而且冷气体经过多级电热管组的加热后，高温气体直接作用到稠油层，其加热效果更好，提高了效率，可以节约大量的能源，也大幅降低了安全隐患。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是图1中A-A的结构示意图；

附图3是上浮动支架与连续油管的截面图；

附图4是补偿套在扩张前的放大图；

附图5是安全补偿剪钉被剪断后且补偿套在上提时的状态放大图；

附图6是补偿套和绝缘瓷弧组扩张前的放大图；

附图7是补偿套和绝缘瓷弧组在上提时的状态放大图；

上图中：接零线1、引鞋2、电加热管3、下固定支架4、保护套5、上浮动支架6、热补偿上凸台7、金属下密封挡圈8、安全补偿剪钉9、补偿套10、补偿距11、绝缘瓷弧组12、接线柱13、软导线14、中部电热管组15、第二补偿器16、绝缘密封层17、连续油管18，下凸台5.1，三芯动力电缆19。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本发明提到的一种连续油管多级稠油加热装置，其技术方案是：由连续油管18、三级电热管组和三级补偿器组成，所述连续油管18内腔穿有三芯动力电缆19，在连续油管18内腔下部安设带有三个圆孔的绝缘密封层17，将三芯动力电缆密封并分隔开，并在连续油管18的底部安装第一级补偿器，在第一级补偿器的下部连接第一级电热管组，第一级电热管组的下部通过第二级补偿器连接第二级电热管组，第二级电热管组的下部通过第三级补偿器连接第三级电热管组，所述第三级电热管组的底部连接引鞋2。

其中，电热管组包括电加热管3、下固定支架4、保护套5、上浮动支架6，所述下固定支架4分别与保护套5的内壁固定连接，将三根电加热管3的下部分别与下固定支架4焊接固定，三根电加热管3的上部分别焊接到上浮动支架6，所述电加热管3的内腔穿有电阻丝。

补偿器包括安全补偿剪钉9和补偿套10，第一级补偿器上的补偿套10的上部分套在连续油管18的底部外壁，下部分套在第一级电热管组的保护套外壁，且连续油管18的底部外壁上设有热补偿上凸台，在热补偿上凸台上设有剪钉孔，安全补偿剪钉9从补偿套10外壁穿过补偿套10并插入剪钉孔中；在第一级电热管组的保护套的顶部设有下凸台5.1，补偿套10的底部通过金属下密封挡圈8连接固定，并与第一级电热管组的保护套的外壁滑动配合。

第一级电热管组的保护套的内部设有绝缘瓷弧组12、接线柱13和软导线14，三芯动力电缆的底部分别通过接线柱13与软导线14连接，并连接到第二级电热管组的电阻丝；所述接线柱13和软导线14的外部套有绝缘瓷弧组12，绝缘瓷弧组12是由4-5个陶瓷材料制成的筒形耐高压瓷弧组成，底部的筒形耐高压瓷弧连接在接线柱13上，其他的筒形耐高压瓷弧依次套在软导线14上，形成绝缘瓷弧组，当电源启动后高压连通时，电加热管膨胀，上浮动支架6会滑动一段距离，多个筒形耐高压瓷弧会挤紧，起到更好的灭弧作用，而电加热管内的电阻丝连接着软导线14，通有高压电的软导线14外套有的绝缘瓷弧组不仅可以伸缩，而且可以起到灭弧的作用，避免三根软导线接触短路或者接触到连续油管的内壁形成短路。

补偿套10顶部与热补偿上凸台7之间设有补偿距11，便于补偿套能上下活动进行补偿；

另外，上述第三级电热管组的锥形结构的引鞋2的末端设有接零线1，三芯动力电缆按照120度的间隔排列，且汇集连接到接零线1，多级电热管组的电阻丝形成串联，形成星形电路的连接方式；接零线1则与连续油管连通。

上浮动支架6采用三个圆环间隔120度制成，且三个圆环的外壁分别与保护套5的内壁之间滑动配合；下固定支架4采用三个圆环间隔120度制成，且三个圆环的外壁分别与保护套5的底部内壁之间焊接固定。

本发明提到的一种连续油管多级稠油加热装置的使用方法，包括以下步骤：

A、下井前，在连续油管18内腔下部安设绝缘密封层17，将三芯动力电缆按120度分隔开，并在连续油管18的底部安装第一级补偿器，在第一级补偿器的下部连接第一级电热管组，第一级电热管组的下部通过第二级补偿器连接第二级电热管组，第二级电热管组的下部通过第三级补偿器连接第三级电热管组，所述第三级电热管组的底部连接引鞋2；

其中，在连续油管18的底部内腔先安装绝缘瓷弧组12，接上接线柱13和软导线14，在连续油管18的底部外壁安装第一级补偿器的补偿套10，将第一级电热管组的保护套5插入补偿套10内，然后，拧紧金属下密封挡圈8，再安装上安全补偿剪钉9，第一级补偿器和第一级电热管组安装完毕，同理安装第二级和第三级补偿器及第二级和第三级电热管组，第三级电热管组内的三根电阻丝汇集到接零线1，形成星形电路连接方式，且接零线1通过引鞋2与连续油管18的管壁连通；

B、下井时，通过井口动力装置将连续油管、三级电热管组和三级补偿器，通过套管下入油井内的设计部位，这个设计部位可以是稠油层的上方一段距离，启动电源，对井下的三级电热管组进行加热，当达到设计温度时，开始注入冷气体，冷气体通过套管与连续油管之间的环空进入井下，经过三级电热管组和三级补偿器，对冷气体进行不断加热，直至冷气体达到要求的高温，然后，进一步对稠油层进行热气体驱动，当达到设定的温度和压力时，停电并停止注入冷气体进行焖井；焖井一段时间，当稠油层达到设置的温度和压力后，通过井口动力装置提出连续油管、三级电热管组和三级补偿器。

另外，步骤B中，在对冷气体进行加热时，由于电加热管3和保护套5的膨胀系数不同，所以二者需要补偿，其中，每一级电热管组的电加热管3的底部固定在下固定支架4上，上部通过上浮动支架6滑动配合实现移动进行补偿；保护套5膨胀时，当达到一定位移时，安全补偿剪钉9剪断，此时，每一级补偿器的补偿套10内设有补偿距11，实现保护套5的位移补偿。

还有，当井口动力装置上提连续油管、三级电热管组和三级补偿器时，连续油管的底部向上移动，直至热补偿上凸台与补偿套10上端的台阶配合，这时补偿套10被带动向上移动，直至补偿套10下端的金属下密封挡圈8接触到第一级电热管组的保护套的顶端的台阶，这样，连续油管向上移动带动第一级补偿器和第一级电热管组向上移动；另外，三芯动力电缆下端连接电阻丝，补偿套10移动一个补偿距11后，软导线14被拉长，这时候，由于采用多个筒形的耐高压的瓷弧组成的绝缘瓷弧组，可以展开，不影响软导线的伸缩；依次类推，第一级电热管下端带动第二级补偿器和第二级电热管上移，第二级电热管带动第三级补偿器和第三级电热管上移，直至整体被提出井口。

实施例2，与实施例1的结构相同，其使用方法与实施例1不同之处是：下井时，通过井口动力装置将连续油管、三级电热管组和三级补偿器，通过套管下入油井内的稠油层处，这样冷气体被加热后对稠油层进行传导加热，而且，第三级电热管组或者其他两级电热管组也可以直接对稠油层进行辐射加热，其加热效果更好更直接。

实施例3，本发明提到的一种连续油管多级稠油加热装置，其技术方案是：由连续油管18、四级电热管组和四级补偿器组成，所述连续油管18内腔穿有三芯动力电缆，在连续油管18内腔下部安设带有三个圆孔的绝缘密封层17，将三芯动力电缆密封并分隔开，并在连续油管18的底部安装第一级补偿器，在第一级补偿器的下部连接第一级电热管组，第一级电热管组的下部通过第二级补偿器连接第二级电热管组，第二级电热管组的下部通过第三级补偿器连接第三级电热管组，第三级电热管组的下部通过第四级补偿器连接到第四级电热管组，所述第四级电热管组的底部连接引鞋2。

另外，在下井使用时，通过井口动力装置将连续油管、四级电热管组和四级补偿器，通过套管下入油井内的稠油层的上方一段距离，启动电源，对井下的四级电热管组进行加热，当达到设计温度时，开始注入冷气体，冷气体通过套管与连续油管之间的环空进入井下，经过四级电热管组和四级补偿器，对冷气体进行不断加热，直至冷气体达到要求的高温，然后，进一步对稠油层进行热气体驱动，当达到设定的温度和压力时，停电并停止注入冷气体进行焖井；焖井一段时间，当稠油层达到设置的温度和压力后，通过井口动力装置提出连续油管、三级电热管组和三级补偿器。

实施例4，本发明与实施例3不同之处是：当稠油层的长度较长时，在下井时，通过井口动力装置将四级电热管组和四级补偿器，通过套管下入油井内的稠油层处，这样冷气体被加热后对稠油层进行传导加热，而且，第四级电热管组或者其他三级电热管组也可以直接对稠油层进行辐射加热，其加热效果更好更直接；当然可以根据稠油层的长度及地层的深度，可以设有更多级数的电热管组和补偿器来满足要求。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种稠油加热装置，其特征是：主要由连续油管（18）、四级电热管组和四级补偿器组成，所述连续油管（18）内腔穿有三芯动力电缆，在连续油管（18）内腔下部安设带有三个圆孔的绝缘密封层（17），将三芯动力电缆密封并分隔开，并在连续油管（18）的底部安装第一级补偿器，在第一级补偿器的下部连接第一级电热管组，第一级电热管组的下部通过第二级补偿器连接第二级电热管组，第二级电热管组的下部通过第三级补偿器连接第三级电热管组，第三级电热管组的下部通过第四级补偿器连接到第四级电热管组，所述第四级电热管组的底部连接引鞋（2）；

补偿器包括安全补偿剪钉（9）和补偿套（10），第一级补偿器上的补偿套（10）的上部分套在连续油管（18）的底部外壁，下部分套在第一级电热管组的保护套外壁，且连续油管（18）的底部外壁上设有热补偿上凸台，在热补偿上凸台上设有剪钉孔，安全补偿剪钉（9）从补偿套（10）外壁穿过补偿套（10）并插入剪钉孔中；在第一级电热管组的保护套的顶部设有下凸台，补偿套（10）的底部通过金属下密封挡圈（8）连接固定，并与第一级电热管组的保护套的外壁滑动配合；

第一级电热管组的保护套的内部设有绝缘瓷弧组（12）、接线柱（13）和软导线（14），三芯动力电缆的底部分别通过接线柱（13）与软导线（14）连接，并连接到第二级电热管组的电阻丝；所述接线柱（13）和软导线（14）的外部套有绝缘瓷弧组（12），绝缘瓷弧组（12）是由4-5个陶瓷材料制成的筒形耐高压瓷弧组成，底部的筒形耐高压瓷弧连接在接线柱（13）上，其他的筒形耐高压瓷弧依次套在软导线（14）上，形成绝缘瓷弧组；

电热管组包括电加热管（3）、下固定支架（4）、保护套（5）、上浮动支架（6），所述下固定支架（4）分别与保护套（5）的内壁固定连接，将三根电加热管（3）的下部分别与下固定支架（4）焊接固定，三根电加热管（3）的上部分别焊接到上浮动支架（6），所述电加热管（3）的内腔穿有电阻丝；

所述上浮动支架（6）采用三个圆环间隔120度制成，且三个圆环的外壁分别与保护套（5）的内壁之间滑动配合；

所述下固定支架（4）采用三个圆环间隔120度制成，且三个圆环的外壁分别与保护套（5）的底部内壁之间焊接固定。

2.根据权利要求1所述的稠油加热装置，其特征是：补偿套（10）顶部与热补偿上凸台之间设有补偿距（11）。

3.根据权利要求1所述的稠油加热装置，其特征是：所述第四级电热管组的引鞋（2）的末端设有接零线（1），三芯动力电缆按照120度的间隔排列，且汇集连接到接零线（1）。

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