CN2619048Y

CN2619048Y - 油层高频电感加热器

Info

Publication number: CN2619048Y
Application number: CN 03246771
Authority: CN
Inventors: 王建生
Original assignee: JITONG PETROLEUM ENGINEERING TECH DEVELOPMENT Co Ltd BEIJING CHINA PETROLEUM
Current assignee: JITONG PETROLEUM ENGINEERING TECH DEVELOPMENT Co Ltd BEIJING CHINA PETROLEUM
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-06-02
Anticipated expiration: 2013-04-25

Abstract

一种油层高频电感加热器，它主要由地面开关柜、井下变频器和电感器构成。所述地面开关柜主要是为井下变频器和电感器提供工作电源，其输入端与380V交流电源相连，其输出端与井下变频器的电源输入端相连；井下变频器的电源输出端与电感器的电源输入端相连。井下变频器主要是将工频交流电转变成高频交流电，并将高频交流电加在电感器的电源输入端。当井下变频器将工频的交流电逆变成高频的交流电供给电感器后，电感器向油层发射高频的交变磁场。电感器发射的电磁波被油井套管屏蔽，将大部分的电磁能转换热能即感应热能，这部分热能以传导、对流的方式使油层温度逐渐升高，进而使原油粘度降低。

Description

油层高频电感加热器

技术领域

本实用新型涉及一种电感加热装置，具体地说，涉及一种应用于井下，可把工频交流电逆变为高频交流电并向油层发射高频电磁波，在油层中产生感应热对油层进行加热的装置。

背景技术

在石油开采过程中，人们发现：在同等地质条件下，由于地下原油的粘度不同，造成同一地质条件下的不同单井的原油日产量有非常大的不同。原油粘度越大，单井的原油日产量越低。为了提高原油产量就要降低原油的粘度。目前，常用的降低原油粘度的方法主要有两大类：化学法和物理法。化学法对油层的成份有一定影响，一般不采用。物理法是利用原油粘度随温度的升高而下降这一特性采用蒸汽注入法和电热丝加热法，提高油层温度降低油层粘度的。

蒸汽注入法是：先在地面将水加热变为热蒸汽；然后，通过管柱将热蒸汽高压注入地层，使地层热起来，进而提高油层温度，从而达到降低油层粘度的目的。这种方法的缺点是工艺复杂、成本高、热效率低。

电热丝加热法是：将地面的电源通过电缆与井下的电热丝连接起来，使电热丝发热，热量慢慢地向油层内传播，使油层温度升高，油层粘度降低。这种加热方法的缺点是：装置故障率高、寿命短、热效率低。

发明内容

为了克服物理加热法热效率低、成本高、装置故障率高、寿命短等缺点，本实用新型的目的是提供一种油层高频电感加热器，该加热器对油层加热，不仅高效节能、装置故障率低、寿命长、对环境和油层无污染，而且对油层有解除堵塞作用，对高含腊原油井有清腊作用。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：一种油层高频电感加热器，它主要由地面开关柜、井下变频器和电感器构成；

所述地面开关柜主要是为井下变频器和电感器提供工作电源，它包括有空气开关，空气开关的一端与380V交流电源相连，另一端与井下变频器的电源输入端相连；

所述井下变频器的电源输入端与所述地面开关柜的电源输出端相连，井下变频器的电源输出端与所述电感器的电源输入端相连；

所述井下变频器是将工频交流电转变成高频交流电，并将高频交流电加在所述电感器的电源输入端。

由于本实用新型是在井下，将工频的交流电逆变成高频、高压的交流电，再通过电感器的多个、不同方位的电感线圈向油层发射高频电磁波，通过油井套管屏蔽，将电磁波发射的电磁能转变成热能，以传递、对流的方式将热能传递给油层，使油层温度逐渐升高，进而降低原油粘度，所以，本实用新型热效率高，对原油没有任何污染，而且对油层还有解除堵塞作用，对高含腊原油井有清腊作用。另外，本实用新型井上的开关控制柜结构简单、井下的变频器均选用已成型的、典型的模块设计，所以，设备故障率低，寿命长。

附图说明

图1为本实用新型地面开关柜的电气原理图

图2为本实用新型井下变频器的结构示意图

图3为本实用新型井下变频器电路板的原理框图

图4为本实用新型井下变频器电路板的具体电路图

图5为本实用新型电感器的结构示意图

图7为本实用新型使用状态图

具体实施方式

本实用新型油层高频电感加热器主要由地面开关柜1、井下变频器2和电感器3三部分构成。所述地面开关柜1主要是为井下变频器2和电感器3提供工作电源，它至少包括有一个空气开关，空气开关的一端与380V交流电源相连，另一端与井下变频器的电源输入端相连；

所述井下变频器2的电源输入端与所述地面开关柜的电源输出端相连，井下变频器的电源输出端与所述电感器3的电源输入端相连；

所述井下变频器2是将工频交流电转变成高频交流电，并将高频交流电加在所述电感器3的电源输入端。当井下变频器2将工频的交流电逆变成高频的交流电供给电感器3后，电感器3向油层发射高频的交变磁场。电感器3发射的电磁波被油井套管屏蔽，将大部分的电磁能转换热能即感应热能，部分未屏蔽的电磁能又在油层中产生感应热能。这两部分热能以传导、对流的方式使油层温度逐渐升高，进而使原油粘度降低。

在本实用新型的具体实施例中：

地面开关柜1主要是控制井下变频器和电感器的工作，为它们提供工作电源。如图1所示，地面开关柜1主要由柜体和安装在柜内的三相空气开关K1、交流接触器J1、电流继电器J2和启动开关K2、停机开关K3构成。空气开关K1的一端与交流380V电源相连，另一端与交流接触器J1的主接触点的一端a1、b1、c1相连，交流接触器J1主接触点的另一端a2、b2、c2通过电缆与井下变频器的电源输入端相连。为了控制交流接触器J1的动作，交流接触器J1的线圈J1与启动开关K2、停止开关K3、电流接触器J2的常闭触点J2串联后并联在三相交流电源的其中两相电源线之间。电流继电器J2的线圈J2通过电感L3串联在三相电源的其中一相电源回路中。为了使交流接触器J1的线圈J1能够长时间保持吸合状态，在启动开关K2的两端还并联有交流接触器J1的常开触点J1。

当需要井下的变频器和电感器工作时，合上空气开关K1，按下启动开关K2，使交流接触器J1的线圈得电，接触器JI内的磁铁吸合，与空气开关K1串联的接触器主接触点J1闭合，380V的交流电就通过K1、JI和电缆给井下的设备供电。由于J1吸合，与启动开关K2并联的JI的常开触点闭合，所以，松开启动开关K2，接触器J1仍然保持吸合状态。当需要井下的变频器和电感器停止工作时，按下停止开关K3，切断接触器J1的线圈回路，使接触器J1的线圈断电，使其与空气开关K1串联的主接触点J1断开，停止为井下设备供电。

为了实时显示井下设备的工作电压和电流，在开关柜主控制回路中连接有电压和电流表。为使地面开关柜具有过压、过流和过温保护功能，本实用新型在开关柜的主回路中串联有保险丝RU1～RU3，电流继电器J2和温控开关K4，并在井口安装有与温控开关K4相连的体膨温度探头。当出现过压、过流和过热情况时，保险丝RU1～RU3、电流继电器J2和温控开关K4就会动作，切断电源，停止向井下设备供电。

图2为安装在靠近油层的采油管上的井下变频器的结构示意图。如图所示，井下变频器2主要由固定在采油管4上的电子器件托架21、安装在电子器件托架21上的电子器件电路板22、固定在电子器件外层的密封套筒23和安装在密封套筒23两端的电源输入/输出端子24构成。电子器件托架21的上下端固定在密封套筒23的上下端上，密封套筒23又通过其带有丝扣的上下密封固定端25固定在采油管4上。变频器的电源输入端子与地面开关柜1的主接触器JI的主接触点相连，变频器的电源输出端子与井下电感器3的电源输入端相连。

图3为井下变频器电子器件电路板22的原理框图。如图所示，井下变频器真正起变频作用的电路板22主要由整流模块M1、逆变模块M2、电源电路M3、驱动模块M4和PWM控制及保护模块M5构成。整流模块M1和电源电路M3的输入端与地面开关柜输出的交流380V电源相连，整流模块M1主要是将3 80V的交流电整流成550V的直流电，电源电路M3主要是将380V的交流电通过降压变压器和整流芯片整流成若干路±15V的直流电供驱动模块M4和PWM控制及保护模块M5用。整流模块M1的直流电源输出端与逆变模块M2的直流电源输入端相连，逆变模块M3的高频交流电源输出端直接与井下电感器3相连，逆变模块M2的作用是将整流模块整流后的直流电逆变成高频的交流电，为电感器供电，使电感器向油层发射高频的交变磁场。为了使逆变模块M3能够将直流电逆变成高频的交流电，本实用新型利用PWM控制及保护模块M5产生高频的、可控制逆变模块内的IGBT导通/关断的PWM脉冲，使逆变模块内的IGBT交替地导通与关断，从而使将直流电逆变成高频的交流电；PWM控制及保护模块M5的PWM信号输出端通过驱动模块M4与逆变模块的IGBT控制端相连，控制逆变模块内的IGBT导通与关断。

为了使井下变频器工作更可靠、寿命更长、设备故障率更低，本实用新型井下变频器采用模块化设计，即采用已经成熟的、典型模块，按照需要搭接成所需输出功率和频率的变频器。本实用新型整流模块M1选用富士公司生产的6RI75G-160模块；逆变模块选用富士公司生产的功率模块PM75DSA120；PWM控制及保护模块选用富士公司生产的SG3525模块。

图4为本实用新型井下变频器电路板22的具体电路图。如图所示，整流模块M1的交流电源输入端与380V交流电源相连，其整流后的直流电源输出端与逆变模块M2的直流电源输入端A、B相连，逆变模块M2的高频交流电输出端Rfz与电感器3相连。电源电路M3包括降压变压器T3和5路结构相同的由整流芯片B1～B5、±15V稳压芯片U1～U5、滤波电容E2～E14、E17～E23、C3～C8、C16～C19。电源电路M3主要是产生5路±15V直流电压，为驱动电路M4和PWM控制模块M5提供工作电压。

PWM脉冲控制及保护模块M5为富士公司生产的SG3525模块，它为一成型模块，可产生PWM脉冲信号，同时它还具有过流、欠压、过热、短路保护功能。当逆变模块M2出现过流、欠压、过热、短路故障时，可使SG3525停止震荡，封锁PWM脉冲的输出，保护逆变模块M2。

驱动电路M4主要包括起隔离放大作用的光偶IC2～IC5和推挽三极管N1～N4、P1、P2、P14、P15。PWM脉冲控制模块的PWM脉冲信号输出管脚11(OUT1)通过电阻R13、R24与光偶IC2、IC3中二极管的阳极相连，PWM脉冲控制模块的另一路PWM脉冲信号输出管脚14(OUT2)通过电阻R7、R25与光偶IC4、IC5中二极管的阳极相连，二极管的阴极与地相连，光偶的三极管的发射极与推挽三极管的基极相连，推挽三极管的输出端通过电阻与被控逆变模块中IGBT的基极相连，控制IGBT的导通与关断。PWM信号经过光偶的隔离后，再经三极管的放大后控制逆变模块中IGBT的导通与关断。

逆变模块M2的高频交流电源的输出端Rfz与直接与浸没在油层中的电感器相连。如图5所示，井下电感器3主要由线圈托桶31、多组电感线圈32和线圈保护套筒33构成，线圈托桶31通过带有丝扣的上、下线圈托桶固定端311固定在采油管4上，在线圈托桶31上固定有多组电感线圈32，每个线圈自上而下沿顺时针方向成90度相位固定在线圈托桶31上，而且每个线圈并联连接，并通过固定在线圈托桶固定端311上的电源输入端34与变频器的电源输出端相连。为了保护线圈，在线圈的外面，沿采油管方向，在线圈托桶31上下固定端上还固定一线圈保护套筒33。当井下变频器将工频的交流电逆变成高频的交流电供给电感器后，电感器向油层发射高频的交变磁场。电感器3发射的电磁波被油井套管8(参见图6)屏蔽，将大部分的电磁能转换热能即感应热能，部分未屏蔽的电磁能又在油层中产生感应热能。这两部分热能以传导、对流的方式使油层温度逐渐升高，进而使原油粘度降低。

固定在线圈托桶上线圈间距大小以及线圈的个数要根据油层厚度、所需加热功率来确定。

图6为本实用新型使用、安装结构示意图。如图所示，地面开关柜1通过电缆5、沿采用井口6、采油管4将380V交流电传输至井下变频器2。井下变频器2固定在井下、接近油层的采油管4上，变频器3输出的高频交流电通过电缆与电感器3的电源输入端子相连，为其提供高频电流。

以上所述是本实用新型的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims

1、一种油层高频电感加热器，其特征在于：它主要由地面开关柜、井下变频器和电感器构成；

2、根据权利要求1所述的油层高频电感加热器，其特征在于：所述地面开关柜主要由柜体和安装在柜内的三相空气开关、交流接触器、电流继电器和启动开关、停机开关构成；空气开关的一端与交流380V电源相连，另一端与交流接触器的主接触点的一端相连，交流接触器主接触点的另一端通过电缆与井下变频器的电源输入端相连；

交流接触器的线圈与启动开关、停止开关、电流接触器的常闭触点串联后并联在三相交流电源的其中两相电源线之间；电流继电器的线圈通过电感串联在三相电源的其中一相电源回路中；

在启动开关的两端还并联有交流接触器的常开触点。

3、根据权利要求2所述的油层高频电感加热器，其特征在于：所述地面开关柜的主回路中串联有保险丝，电流继电器和温控开关，并在井口安装有与温控开关相连的体膨温度探头。

4、根据权利要求2或3所述的油层高频电感加热器，其特征在于：所述井下变频器主要由固定在采油管上的电子器件托架、安装在电子器件托架上的电子器件电路板、固定在电子器件外层的密封套筒和安装在密封套筒两端的电源输入/输出端子构成；

所述电子器件托架的上下端固定在密封套筒的上下端上，密封套筒又通过其带有丝扣的上下密封固定端固定在采油管上；

所述井下变频器电子器件电路板主要由整流模块、逆变模块、电源电路、驱动模块和PWM控制及保护模块构成；

所述整流模块和电源电路的输入端与地面开关柜输出的交流380V电源相连，整流模块M1主要是将380V的交流电整流成高压直流电，电源电路主要是将380V的交流电通过降压变压器和整流芯片整流成若干路±15V的直流电供驱动模块和PWM控制及保护模块用；整流模块的直流电源输出端与逆变模块的直流电源输入端相连，逆变模块的高频交流电源输出端直接与井下电感器相连；所述PWM控制及保护模块产生高频的、可控制逆变模块内的IGBT导通/关断的PWM脉冲，使逆变模块内的IGBT交替地导通与关断，PWM控制及保护模块的PWM信号输出端通过驱动模块与逆变模块的IGBT控制端相连。

5、根据权利要求4所述的油层高频电感加热器，其特征在于：所述井下电感器主要由线圈托桶、多组电感线圈和线圈保护套筒构成；线圈托桶通过带有丝扣的上、下线圈托桶固定端固定在采油管上，在线圈托桶上固定有多组电感线圈，每个线圈自上而下沿顺时针方向成90度相位固定在线圈托桶上，而且每个线圈并联连接。

6、根据权利要求1所述的油层高频电感加热器，其特征在于：在所述线圈托桶上下固定端上还固定一线圈保护套筒。