CN1854458B - 一种稠油高凝油长停井复产用电加热器 - Google Patents

Abstract

一种稠油高凝油长停井复产用电加热器，其外包壳内的电热元件由六根螺旋电阻丝串联而成，每根电阻丝沿所述外包壳的轴线方向在邻近外包壳壁面位置从上向下直至邻近外包壳壳底，经弯曲后由下向上地设置，且每根电阻丝置于导管内导管间填充有氧化镁粉，该六根电阻丝均布设置在同一圆周上，且相邻两电阻丝的上端头经导线进行电连接，剩下两个端头分别与电源引入线连接；所述外包壳内腔的下部有合金铝浇铸层，外包壳内腔中电源引入线与电阻丝的连接部位有环氧树脂封装层，外包壳上部有环氧树脂封装层，其余部分为氧化镁粉填充层它具有功率大，热效率高，使用寿命长的优点。

Description

一种稠油高凝油长停井复产用电加热器

一、技术领域

本发明涉及电加热装置，特别是稠油高凝油长停井复产用、高电压、大功率、高密度的电加热装置。

二、背景技术

俄罗斯、中国、加拿大、美国，委内瑞拉和印度尼西亚等国已探明大量稠油矿藏，并有多位石油专家指出，全世界的稠油矿藏与稀油矿藏储量相当，或者稠油储量更多。我国已探明的石油矿藏中稠油成份较多，有的凝固点超过40℃，如辽河油田中稠油、高凝油藏量尤为丰富，被称为“流不动的油田”。油田中大部分稠油、高凝油的含蜡高达50％，最高凝固点达67℃(属超稠油和特稠油)，是目前世界公认的凝固点最高、开采难度最大的原油。这类石油矿藏常规方法不能采集。此外，我国不少油田、各采油厂和作业区均有大量的长停井，其中，稠油、高凝油井占50％以上。这些油井在停产一段时间后，大部分在井管内形成了死油帽、甚至全井灌肠(属特稠油范畴)，利用现有的提捞技术无法对其实施复产采油。对于上述稠油矿藏的开采以及为使长停井恢复生产，通常采用电加热方式降低原油粘度后，再实施采油的方案(此外，还有蒸汽加热方式，以及添加剂降低原油粘度方式。蒸汽加热不环保，作业成本高，注蒸气和焖井期间不能采油，且加热压力不够，难于满足稠油，高凝油的高循环压力，不适用于大规模油井采油；添加降粘剂降低原油粘稠度的方法，一则成本高，二则污染环境，很难治理，三则很难在短时间内将降粘剂与原油充分混合，因而适用性不强)。电加热方案中，电加热器是其关键设备。

现有这类电加热器是采用内、外套管中空结构(如辽河油田研发使用的)，电加热丝盘绕在内管外表面上，内、外管间充填氧化镁粉。它存在的问题是：1、加热效率低，不能解决长停井的复产问题。一方面热传导效率较低；电热丝发出的热量经内、外管间氧化镁粉传导，再经外管管壁传导至油井原油中。由于氧化镁粉的导热系数较低，因而传热速度缓慢，耗时较长；另一方面电加热管单位面积的发热量较低，其功率为50kw的电加热管长度达10m(该电加热管外径为ф120mm、ф80mm和ф70mm，分别适用于ф177.8mm，ф139.7mm和ф127mm套管，其长度均为10m)，电加热管单位面积的发热量相对较少，油井中被加热原油的温升较慢。2、长达10m的电加热管给捞油作业带来不便。该技术是采用具有发电、加热、提升功能的捞油车进行。捞油作业中，捞油车的机械提升装置将加热管吊装下放至油井中，进行加热通井作业，加热一定井段原油后(根据油井具体情况确定一次加热长度，一般为50m左右)，将电加热管提出井口，再进行捞油作业。电加热管本体太长，不方便捞油车的提升操作。3、这类电加热管还存在寿命短的问题。其使用寿命仅为60小时左右。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种加热效率更高、方便捞油操作、寿命更长的一种稠油高凝油长停井复产用电加热器，本发明的目的是这样实现的：一种稠油高凝油长停井复产用电加热器，包括外包壳，置于外包壳内的电热元件，其特征在于，所述电热元件由六根螺旋电阻丝串联而成，每根电阻丝沿所述外包壳的轴线方向、在邻近外包壳壁面位置从上向下直至邻近外包壳壳底，经弯曲后、由下向上地设置，且每根电阻丝置于导管内、导管内填充有氧化镁粉，该六根电阻丝均布设置在同一圆周上，且相邻两电阻丝的上端头经导线进行电连接，剩下两个端头分别与电源引入线连接；所述外包壳内腔的下部有合金铝浇铸层，外包壳内腔中电源引入线与电阻丝的连接部位有环氧树脂封装层，其余部分为氧化镁粉填充层。

上述每根螺旋电阻丝的螺距从上向下逐渐减小。

外包壳内壁上固定有多个支架，所述发热元件夹固在支架上。

采用如上技术方案，电热元件分成六根电阻丝，经支架固定，按同一圆周排布在邻近外包壳内壁位置上，并将六根电阻丝的上端头经导线进行电连接，使六根电阻丝串联在一个供电回路中，组成电加热管。这样，从电热元件所发热量的多少来看，外包壳的相应任一横截面上分布有12根电阻丝，在功率相同情况下，本发明电加热管的长度大为缩短，如功率为50kw时，电加热管的长度仅为1.76m；又从电热元件所发热量在外包壳轴向上的分布来看，本发明电加热管中每根螺旋电阻丝的螺距从上向下逐渐减小(即邻近外包壳底部的电阻丝盘绕密度大些)，再加上六根电阻丝都在下部弯曲，即多出六个弯曲部分，因而，分布在外包壳下部的电阻丝长度相对较长，外包壳下部的功率最大，从下向上功率逐渐减小，即加热操作时，油井中处于电加热管下部的原油得到的热量高于上部的原油所得到的热量，使热量的分布更为合理。再从热量的传导过程来看，电加热管主要发热部分充填的是合金铝浇铸层，其导热性能优于现有电加热管的氧化镁粉的导热性能，相同功率情况下，本发明的热传导速度更高。从结构上来看，一是电热元件夹固在支架上，二是电阻丝上端口与电源引入线(一般为电缆)的接头部位经环氧树脂封装，整个发热部分在结构上更稳固，同时，氧化镁粉被顶部环氧树脂所封装，不再处于松散状态，在使用过程中，不会发生短路现象，电阻丝的使用寿命得以延长。

与现有技术相比，本发明具有如下特点和优点：

1、节能、高效、热效率高，完全能满足长停井的复产作业的要求。在外包壳轴向上，从上向下热量呈逐渐增加态势，本发明发热量的分布更为合理；采用了金属浇铸结构，导热系数高达89.93％，热效率更高，外包壳单位面积的功率超过国家相关标准的5倍以上。在功率均为50kw情况下，本发明电加热管本体长度小于2m，而现有加热器的长度为10m，本电加热管单位长度的发热量是现有技术的5倍多，因而，大大提高了加热速度，相应提高了生产效率。本发明电加热管完全适用于对稠油、高凝油以及长停井的提捞复产工作，并在对辽河油田的全井灌肠的长停井的试采中取得满意效果。

2、本发明电加热管长度短(50kw，长度为176m，现有技术为10m)，更便于安装、方便拆卸、维修、更换。

3、环保型产品，无污染。

4、配以微电脑控制器，实现闭环温控功能，可自动调节电加热管温度，以准确控制输油管出口原油温度，并可设置安全报警装置，确保抽油井安全生产。

5、功率大小、规格尺寸可根据输油管径大小、进出口温度及其输油量多少进行对口配套。每套电加热管长度：1760mm，功率：50kw，电压1800V。

6、本发明使用寿命大为提高，可达3000小时以上，其寿命为现有产品的50倍以上。由于在管口、以及在电阻丝的接线柱部位均采用环氧树脂固化定位，再加上电加热管外壳内合金铝浇铸层(主要为热传导作用)的固位作用，电阻丝在操作过程中承受拉动的能力大为提高，因而，使用寿命得以延长。

本发明的缺点是结构复杂、制造难度大。

四、附图说明

图1本发明的剖面结构图；

图2图3分别是图1所示沿A-A线和B-B线的剖面图。

五、具体实施方式

图1示出，外包壳1为圆筒状结构(材质为钼铬合金或不锈钢，厚度3mm)，颈部开有丝口1a，可使用封盖(图中未示出)旋接在颈部丝口上。参见图2，发热元件2由六根螺旋电阻丝串联而成，每根电阻丝沿外包壳轴线方向、在邻近外包壳壁面位置从上向下直至邻近外包壳壳底，经弯曲后，又由下向上地设置，且每根电阻丝置于导管(金属材质，可导热)内、导管内填充有氧化镁粉(高纯氧化镁粉兼有绝缘性能与导热性能)。每根螺旋电阻丝的螺距从上向下(图1中，也可说是在油井内)逐渐减小，使外包壳下部成为高发热段。该六根电阻丝均布设置在同一圆周上，且相邻两电阻丝的上端头经导线进行连接(参见图3)，剩下两个端头分别与电源引入线3、3a(高温四氟软线)连接，最好是，每根电阻丝的上端头均固定设置接线柱2a、2b。外包壳内壁上固定有多个支架4，如梅花支架，发热元件夹固在支架上。外包壳内腔的下部有合金铝浇铸层5，外包壳内腔中电源引入线与电阻丝的连接部位设有环氧树脂封装层7，外包壳上部设有环氧树脂封装层9，其余部分为氧化镁粉填充层6、8。

本发明是根据我国石油工业稠油、高凝油、长停井提捞复产技术的具体现状开发研制而成。本发明成功地实现了对高凝油，稠油、长停井快速加热，使之降低原油粘度，然后实施顺利采捞。在辽河油田进行现场测试使用中，将本产品放进全井灌肠的长停井进行加热，仅8分钟就深入到38m，即每分钟能使4.75m高凝油受热解冻，速度之快，效果之好，深受用户欢迎。

本产品的开发实现了全井灌肠的长停井的捞油复产，解决了困扰我国油井开采中这一长期无法解决的老大难问题。

本产品为圆柱形，外径分别为：ф120mm、ф114mm、ф80mm等等，长度均小于2m，功率电压是：50kw/1800V。可对口配套不同大小的套管。

实施例：外包壳内径114mm，长度为1760mm；一根电阻丝约3m左右，电阻丝总长18m多；外包壳内腔从下往上依次充填有1405mm厚的合金铝浇铸层，110mm厚的氧化镁粉层，100mm厚的环氧树脂层，90mm厚的氧化镁粉层，55mm厚的环氧树脂层。外包壳材质为钼铬合金或不锈钢、厚度为3mm。工作电压1800V、总功率50kw，其中外包壳底部高功率发热段长500mm。本发明设计压力13Mpa，使用压力10Mpa。经辽河油田现场测试使用，对全井灌肠的油井加热，每分钟可以深入4.75m，即每分钟可以溶化4.75m深的特稠油。

本发明由试用单位(辽河石油勘探局工程技术研究院井下作业技术研究所)所作出的测试及使用报告如下：

“成都市兴岷江电热电器有限责任公司于2004年7月为我所设计生产的高电压、大功率、高密度油井用电加热器，产品为圆柱形，外径为Φ112mm，长度为1760mm，功率电压是：50kw/1800V。经我所质量检测已达到如下标准：

1、冷态绝缘电阻＞1000MΩ。

2、高压绝缘检测：接3000V电源通电1分钟无任何闪烁，击穿。

3、在空气中接1800V电源通电≤2分钟，经检查其表面温度均匀。热态绝缘电阻＞1000MΩ，热态泄漏电流＜5mA。

4、电加热器放入水槽中，接通1800V电源通电≥2小时，经检测无渗水现象，密封性能良好。热态绝缘电阻＞1000MΩ，热态泄漏电流＜5mA。

5、将电加热器放入全井灌肠的长停井，接触油层表面到加热深入到38m处共计用时间为8分钟，即平均每分钟加热深度4.75m。

6、在油井中电加热器在10-12Mpa压力状态下，无渗透现象。

从以上检测和实际使用说明，本产品已完全达到我所(院)使用要求。”

Claims (6)

1.一种稠油高凝油长停井提捞采油复产用电加热器，包括外包壳，置于外包壳内的电热元件，其特征在于，所述电热元件(2)由六根螺旋电阻丝串联而成，每根电阻丝沿所述外包壳(1)的轴线方向、在邻近外包壳壁面位置从上向下直至邻近外包壳壳底，经弯曲后、由下向上地设置，且每根电阻丝置于导管内、导管内填充有氧化镁粉，该六根电阻丝均布设置在同一圆周上，且相邻两电阻丝的上端头经导线进行电连接，剩下两个端头分别与电源引入线(3、3a)连接；所述外包壳(1)内腔的下部有合金铝浇铸层，外包壳内腔中电源引入线与电阻丝的连接部位有环氧树脂封装层，外包壳上部有环氧树脂封装层，其余部分为氧化镁粉填充层；所述每根螺旋电阻丝的螺距从上向下逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的电加热器，其特征在于，所述外包壳(1)内壁上固定有多个支架(4)，所述电热元件(2)夹固在支架(4)上。

3.根据权利要求2所述的电加热器，其特征在于，所述每根电阻丝的上端头设置有接线柱。

4.根据权利要求3所述的电加热器，其特征在于，还具有封盖，封盖旋接在所述外包壳(1)颈部的丝口上。

5.根据权利要求4所述的电加热器，其特征在于，所述外包壳(1)的内径约100mm，长约为1760mm；所述一根电阻约为3m左右；外包壳(1)内腔从下往上依次为1405mm厚的合金铝浇铸层，110mm厚的氧化镁粉层，100mm厚的环氧树脂层，90mm厚的氧化镁粉层，55mm厚的环氧树脂层。

6.根据权利要求5所述的电加热器，其特征在于，所述外包壳(1)材质为钼铬合金或不锈钢，厚度为3mm。