CN211777364U - 一种潜油多级式井底电磁加热装置 - Google Patents

Abstract

一种潜水（油）多级式井底电磁加热装置，属于海底天然气（可燃冰）、稠油开采领域。降压法开采海底可燃冰时，可燃冰变为液态进入井筒后，随着压力的增大可燃冰易再次形成二次水合物不利于开采；稠油开采时，由于油体粘度高、流动性差、抽汲阻力大甚至不适合于开采。为此，可采用井底加热的方式对进入井筒的可燃冰、稠油进行加热，以防止可燃冰二次水合物的形成和通过对稠油加热以降低稠油粘度降低抽汲阻力。这种潜水（油）多级式加热装置：（一）可采用潜油电泵电缆无需特制供电电缆；（二）可安装在特定需要加热的井段；（三）根据发热功率的需要可采用多级式增加加热装置的级数；（四）可调节加热井段的热功率密度。上述功能最大限度地解决了现有井底加热方式的局限性，对降低油气井开采能耗成本、满足特定井段加热的工艺技术要求提供了新的井底加热工具和方法。

Description

一种潜油多级式井底电磁加热装置

技术领域

本发明属于属于海底天然气（可燃冰）、稠油井开采领域，尤其是涉及一种利用电磁加热方式开采海底天然气（可燃冰）、稠油井开采的装置和方法，适用于海底天然气（可燃冰）水合物降压法开采中防止二次水合物生成、降低稠油井原油粘度提高其流动性的工具和方法。

背景技术

在油田的石油开采中，稠油具有特殊的高粘度和高凝固点特性，稠油开采在开发和应用的各个方面都遇到一些技术难题。稠油油藏开采技术主要包括电加热、蒸汽吞吐、蒸汽驱、加降黏剂等。深海可燃冰层薄，采用降压法开采时，当可燃冰进入井筒后随着井筒内压力的增大，将导致可燃冰二次水合物的形成，不不便于可燃冰的开采，实时维持可燃冰的液态是保证可燃冰可持续开采的保证。

在稠油开采技术中，存在地面配套设施占用空间大、热利用率低或者对油藏污染较大等问题，实现井底可控电磁加热技术可有效解决稠油开采过程中传统技术存在的问题。为促进稠油油藏的低成本开采提供了一种新的热采技术。

发明人申请了《一种用于海底可燃冰开采的电磁加热装置及方法》[专利申请号：2019101287143]，详细说明了井底电磁加热装置。该申请发明采用特种多股利兹线电缆，通过地面控制器向井底电磁加热器输送高频高压交流电，并通过地面控制系统对井下的温升或热功率进行控制。显然与本申请发明内容不相冲突，在本发明中，采用特殊的结构系统，把电磁加热控制驱动器安装在特定的容器内并于电磁发热器相连，并利用流体的流动对电气元器件散热，进一步提高了热利用率，具有显著的技术进步。

本发明空间结构紧凑，基本不占用地面空间，井底采用多级连接方式，即根据油水井的流量、温升等要求，通过多级电磁加热装置的串联，满足油水井温升或热功率要求，目前本发明相关技术及内容在国内外尚无报道，属于国内外首创。

此外，电磁加热技术热转换效率高，发热功率任意可控、安装位置无特定要求、可满足井底分段加热需求等，必将成为一种新颖的油水井热采工艺技术。

综上所述，本发明解决了传统井底加热技术的不足、节能优势明显、为解决稠油井的热采工艺、海底可燃冰开采等提供了一种新的装置和方法。

发明内容

本发明旨在解决传统稠油井开采工艺存在的热利用率低、配套设施庞大、化学驱易造成油藏污染等问题。同时，随着深海可燃冰开采技术的不断进步，实现可燃冰开采的特定井段的加热要求，提出了一种潜水（油）多级式井底电磁加热装置。该装置由多级加热控制器和多级电磁加热器构成，可以根据井段加热需求，对一定加热器数量进行串联，满足特定井段安装、特定加热功率的精确控制，促进了油水井的热采工艺技术的进步。

根据传统热采工艺技术要点及国家深海可燃冰开采技术的需求，本发明提供了一种潜水（油）多级式井底电磁加热装置，本发明内容安装在井底，对地面空间无特定要求，解决了陆地征地困难、海上平台空间狭小的突出问题。而且对提高热利用率、分段可控提供了广阔的应用前景。

本发明控制驱动部件及加热部件完全安装特定井段位置，地面只需对井下加热装置发送启、停、温升或热功率要求，整个运行及控制完全由井底自动控制完成，提高了设备运行的安全性和可靠性。

本发明一种潜油多级式井底电磁加热装置包括：第一级电磁加热控制器(1)、发热体(2)、油管短接(3)、短护管(4)、次级电磁加热控制器(6)，第一级电磁加热装置由第一级电磁加热控制器(1)与发热体(2)构成，次级电磁加热装置由次级电磁加热控制器(6)与发热体(2)构成，第一级电磁加热装置与次级电磁加热装置为串联，电磁加热控制器与发热体(2)完成电气及机械安装连接后，在电磁加热控制器及发热体(2)外层套上长护管(5)并灌注环氧树脂，实现电气保护和绝缘，在多级电磁加热间连接时通过油管短接(3)进行连接，在油管短接(3)外装有短护管(4)，用以通过控制器与发热体(2)间的电缆绝缘保护，然后灌注环氧树脂，完成电磁加热装置间的多级连接；第一级电磁加热控制器(1)的内部结构是在偏心过流管（9)的两端分别安装电缆接插头（7)和控制器接头（10)，在偏心过流管（9)上安装控制电磁加热的电气元器件（8)，实现对发热体(2)发热的功率及温升控制；发热体(2)，其结构包括发热基管（11)、发热盘（12)、隔热石棉（13)和发热体下接头（14）；第一电磁加热控制器与次级电磁加热控制器(6)内部结构完全相同，区别在于第一级电磁加热控制器(1)由于需要留有供电电缆插接头，而次级电磁加热控制器(6)只需在控制器接头（10)上留有电缆穿过通道即可，因此对于次级电磁加热控制器(6)两端接头均为控制器接头（10)。。

在本发明中，第一级加热控制器或次级加热控制器内有一桥式通道作为流体流道，在流道上侧留有一密封空间用于安装加热器控制的电气元器件（8)，包括控制驱动板、整流桥、IGBT管、温度传感器。电器元件产生的热量经由散热板传递给流道内的流体，提高热量利用率。

对于电磁加热器，发热线盘缠绕在发热基管（11)上，在发热基管（11)于发热盘（12)之间含有一16~18mm的石棉隔热层。当在发热线盘上通以20kHz左右交流电时，利用集肤效应原理，高频磁场磁力线被发热基管（11)切割而在发热基管（11)上产生涡流，基管（11)发热，实现对流经基管（11)内的流体进行加热。

该发明中，在加热控制器、电磁加热器电气元器件（8)外层套有玻璃钢管或碳纤维管，并在其中灌注环氧树脂胶，用于绝缘、密封及抗压，提高设备的运行的安全性和绝缘等级。

当加热装置进行多级式连接时，通过油管短接(3)实现多级间的连接，油管短接(3)外部留有电缆连接空间，油管短接(3)外部用玻璃钢管或碳纤维管进行密封并灌注环氧树脂胶，用于绝缘、密封及抗压。

附图说明

图1为本发明装置系统结构示意图。

图2为本发明第一级加热控制器结构示意图。

图3为本发明的发热体结构示意图。

图4为本发明第一级控制器电缆接头结构示意图。

图5为本发明控制器内偏心过流管示意图。

图6为本发明控制器接头结构示意图。

图7为本发明发热基管示意图。

图8为本发明螺旋状发热盘示意图。

图9为本发明隔热石棉层示意图。

图10为本发明发热体下接头示意图。

图11为本发明多级间连接用油管短接示意图。

图12为本发明加热装置用长护管(玻璃钢管或非导体管）示意图。

图13为本发明多级间加热装置连接用短护管(玻璃钢管或非导体管）示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明海底可燃冰开采的电磁加热装置及方法作进一步的详细说明。

图1详细给出了多级间电磁加热装置连接的关系，具体结构包括：第一级电磁加热控制器(1)、发热体(2)、油管短接(3)、短护管(4)、次级电磁加热控制器(6)。第一级电磁加热装置(由第一级电磁加热控制器(1)与发热体(2)构成)与次级电磁加热装置（次级电磁加热控制器(6)与发热体(2)构成）为串联，根据发热装置功率需求，可增加次级发热装置数量。当电磁加热控制器与发热体(2)完成电气及机械安装连接后，在控制器及发热体(2)外层套上长护管(5)并灌注环氧树脂，实现电气保护和绝缘。在多级间连接时通过油管短接(3)进行连接，在油管短接(3)外装有短护管(4)，用以通过控制器与发热体(2)间的电缆绝缘保护，然后灌注环氧树脂，完成电磁加热装置间的多级连接。在图1中的箭头方向代表流体的流动方向。

图2和图3分别给出了第一级电磁加热控制器(1)和发热体(2)的内部结构。在偏心过流管（9)的两端分别安装电缆接插头（7)和控制器接头（10)。在偏心过流管（9)上安装控制电磁加热的电气元器件（8)，实现对发热体(2)发热的功率及温升控制。对于发热体(2)，其结构包括发热基管（11)、发热盘（12)、隔热石棉（13)和发热体下接头（14）。值得说明的是第一电磁加热控制器与次级电磁加热控制器(6)内部结构完全相同，差别在于第一级电磁加热控制器(1)由于需要留有供电电缆插接头，而次级电磁加热控制器(6)只需在控制器接头（10)上留有电缆穿过通道即可。因此对于次级电磁加热控制器(6)两端接头均为控制器接头（10)。

图4给出了电缆接插头（7)的结构示意图，在该结构中有中心油管螺纹接头（7-1）、电缆接插孔（7-2）、电缆过孔（7-3）、及偏心通道（7-4）。其中，偏心通道（7-4）与图5中的偏心过流管（9)连接，用以输送流体，并使得流体与电气元器件（8)隔离。

图6为控制器接头（10)，在其上留有用于电缆过孔（10-1）、与偏心过流管（9)的连接面（10-2）、流体通道（10-3）及用于油管连接的油管螺纹（10-4）。

图10为发热体下接头（14），其结构形式与图6结构形式大体相同，同样留有电缆过孔（14-2），区别在于在其内部两端均加工油管油管螺纹（14-1），用于连接发热基管（11)和油管短接(3)。

图7~9及图11~13，简要给出了发热基管（11)、发热盘（12)隔热石棉（13)、油管短接(3)、长护管(5)及短护管(4)的机构示意图。

以上所述的实施方式仅用于说明本发明的技术思想和特点，其目的在于使本技术领域内的工程技术人员能够理解本发明的内容并据以实施。但不能以本实施方式来限定本发明的专利范围，对本发明所提出的技术思想的同等变化或修饰，仍应认为在本发明的专利范围内。

Claims (1)

1.一种潜油多级式井底电磁加热装置，其特征在于：包括：第一级电磁加热控制器(1)、发热体(2)、油管短接(3)、短护管(4)、次级电磁加热控制器(6)，第一级电磁加热装置由第一级电磁加热控制器(1)与发热体(2)构成，次级电磁加热装置由次级电磁加热控制器(6)与发热体(2)构成，第一级电磁加热装置与次级电磁加热装置为串联，电磁加热控制器与发热体(2)完成电气及机械安装连接后，在电磁加热控制器及发热体(2)外层套上长护管(5)并灌注环氧树脂，实现电气保护和绝缘，在多级电磁加热间连接时通过油管短接(3)进行连接，在油管短接(3)外装有短护管(4)，用以通过控制器与发热体(2)间的电缆绝缘保护，然后灌注环氧树脂，完成电磁加热装置间的多级连接；第一级电磁加热控制器(1)的内部结构是在偏心过流管（9)的两端分别安装电缆接插头（7)和控制器接头（10)，在偏心过流管（9)上安装控制电磁加热的电气元器件（8)，实现对发热体(2)发热的功率及温升控制；发热体(2)，其结构包括发热基管（11)、发热盘（12)、隔热石棉（13)和发热体下接头（14）；第一电磁加热控制器与次级电磁加热控制器(6)内部结构完全相同，区别在于第一级电磁加热控制器(1)由于需要留有供电电缆插接头，而次级电磁加热控制器(6)只需在控制器接头（10)上留有电缆穿过通道即可，因此对于次级电磁加热控制器(6)两端接头均为控制器接头（10)。

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