CN2682196Y - 井下三相工频电磁感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种井下三相工频电磁感应加热装置，在上固定套内上部设有电缆引出接头、下部设有下端安装在下固定套内的铁芯，电缆引出接头的上端设有连接接头、下部设有一端与电缆连接插座联接另一端与引线电缆相连接的电缆连接插头，在下固定套的下端设有引鞋，在铁芯的上部外套装有A相线圈、下部外套装有C相线圈，在铁芯外A相线圈与C相线圈之间套装有B相线圈，A相线圈、B相线圈、C相线圈通过导线与电缆连接插座相连接，在上固定套的下端、下固定套的上端、A相线圈、B相线圈、C相线圈外以及线圈之间设有绝缘密封层。地面电源控制器包括：系统主电路、调压器控制电路、温度控制电路、时间控制电路、系统参数指示电路。可用于稠油、高凝油井增产。

Description

井下三相工频电磁感应加热装置

技术领域

本实用新型属于从深井中开采油、气、水、可溶解或可溶化物质的方法或设备技术领域，具体涉及到使用热能的油的二次开采法。

背景技术

稠油、高凝油储量占到石油储量的30％以上，凝析气藏储量在天然气储量中也占有相当比例，石油工业界一直在寻求低成本高效开发设备。

稠油、高凝油开发生产中，地层流体在由地层向井筒的渗流过程中，近井筒区域流速高，压力急剧降低，原油脱气导致粘度急剧升高，同时气体膨胀吸热致使温度也相应降低，原油中的蜡质、沥青质、胶质析出，进一步堵塞井筒表皮，油流在近井地层的有效渗透率大幅度下降，严重影响原油渗流，油井产量降低，个别井甚至不再出油。该效应称之为粘滞性井筒表皮效应，是影响稠油、高凝油井产量的主要原因。

凝析油气井在开采过程中通常采用衰竭式开发，由于近井压力降低，地层气在井筒表皮反凝析形成液相堵塞，影响产能，并导致凝析气井废弃压力高，最终采收率偏低。

目前处理的方法是在稠油井进行蒸汽吞吐或蒸汽驱方式加热储层原油，使用高压蒸汽锅炉，但井深超过1500m时，沿途热损导致蒸汽干度不够，盖层渗透率高的浅层稠油或薄油层注汽热采也不适用，零散井和边缘井热采不经济。采用向地层挤入化学降粘剂冷采，则因稠油性质和地层物性千差万别，仅有个别井适用。稠油井筒举升技术中则采取掺稀油或热油反循环辅助举升、以及上部空心抽油杆伴热降粘举升。高凝油井则采取定期热油(水)洗井清蜡防堵，效果一般、且成本高。凝析气井一般采用高压大排量压气机注气保持地层压力，成本高昂，也有在适宜的井区采取向地层挤入表面活性剂等解除液堵的方法，但普遍效果差、效益低。

上述解决油井高产的技术方案不仅工艺复杂、成本高、适应性差，而且有效期短、适应范围窄，并非所有井都能使用。尤其是稠油油藏井，目前采取蒸汽吞吐或蒸汽驱采油技术方案，单井投入大，单井装备平均80万元人民币以上，而且当井深超过1500m后，由于井底蒸汽干度不够，往往达不到理想效果。在稠油区块边沿井或零散井，由于注蒸汽费用偏高，很不经济。对于油田浅层稠油的开发则常规热采技术效果极差。

目前油田稠油开采中的电加热技术方案，主要集中在电热杆过泵加热辅助稠油入泵和井筒举升、空心抽油杆电缆伴热辅助举升设备，由于是采用电阻加热方式，沿程热损大，效率低，可靠性差(井下装置为高温发热体，稠油高温焦化影响散热)。国外对于电加热储层设备进行了大量研究，已完成现场试验，主要集中在井下电极通电加热储层和油管柱通电集肤加热，该类设备施工工艺复杂，要求特种完井工艺和特种材料，不适宜于常规完成井，电热效率低、可靠性差、寿命短、效果一般。采用射频和高频微波加热储层设备，到目前为止也仅完成了室内实验或地面岩石露头小型试验，由于其技术难度大、设备成本和运行成本高，真正应用于实际加热地下储层很难实现。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述设备的缺点，提供一种设计合理、使用效果好、设备成本和运行成本低的井下三相工频电磁感应加热装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：它包括井下三相工频电磁感应加热器以及用于控制井下三相工频电磁感应加热器的地面电源控制器。

本实用新型的井下三相工频电磁感应加热器为：在上固定套内上部设置有电缆引出接头、下部设置有下端安装在下固定套内的铁芯，电缆引出接头的上端设置有连接接头、下部设置有一端与电缆连接插座联接另一端与引线电缆相连接的电缆连接插头，在下固定套的下端设置有引鞋，在铁芯的上部外套装有A相线圈、下部外套装有C相线圈，在铁芯外A相线圈与C相线圈之间套装有B相线圈，A相线圈、B相线圈、C相线圈通过导线与电缆连接插座相连接，在上固定套的下端、下固定套的上端、A相线圈、B相线圈、C相线圈外设置有绝缘密封层，在A相线圈与B相线圈之间、B相线圈与C相线圈之间设置有绝缘密封层。本实用新型的地面电源控制器包括：系统主电路、调压器控制电路、温度控制电路、时间控制电路、系统参数指示电路，调压器控制电路与系统主电路相连接，温度控制电路与系统主电路和调压器控制电路相连接，时间控制电路与系统主电路和调压器控制电路相连接，系统参数指示电路与系统主电路相连接。

本实用新型的铁芯为：在两侧加强筋之间设置有硅钢片。本实用新型的A相线圈、B相线圈、C相线圈绕线800～2000匝，为双层缠绕，A相线圈与B相线圈、B相线圈与C相线圈之间的距离为20～40cm。

本实用新型的铁芯的水平截面为阶梯形。

本实用新型的绝缘密封层为环氧树脂绝缘密封层。

本实用新型的A相线圈、B相线圈、C相线圈的匝数相同，A相线圈与B相线圈之间的距离同B相线圈与C相线圈之间的距离相等。

本实用新型的三相工频电磁感应加热器采用在同一铁芯上分段布置三相线圈，铁芯、线圈灌封为一体，三相工频感应使套管发热，使油气井近井地层温度和井筒内流体温度同时升高，能在井下高温高压工况下长期稳定工作，实现边加热边生产。本实用新型的地面电源控制器采用系统主电路、调压器控制电路、温度控制电路、时间控制电路、系统参数指示电路，对三相工频电磁感应加热器的三相线圈的电压、通电时间、井下被加热稠油或高凝油的温度进行控制。它具有设计合理、使用效果好、设备成本和运行成本低等优点，可应用于石油天然气开发领域的稠油、高凝油井增产以及凝析气后期开发，也可用于稠油井内加热井筒内泵下原油辅助举升。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是本实用新型控制器的电器原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2中，本实施例的井下三相工频电磁感应加热装置包括井下三相工频电磁感应加热器和地面电源控制器。井下三相工频电磁感应加热器由连接接头1、电缆引出接头2、引线电缆3、压紧套筒4、电缆连接插头5、电缆连接插座6、上固定套7、固定套铆钉8、铁芯9、A相线圈10、铁芯铆钉11、B相线圈12、C相线圈13、绝缘密封层14、下固定套15、引鞋16联接构成，其中铁芯9由铁芯铆钉11、加强筋9-1、硅钢片9-2联接构成。

上固定套7和电缆引出接头2通过压紧套筒4联接，在上固定套7和下固定套15内用固定套铆钉8固定联接有铁芯9，在下固定套15的下端通过螺纹联接有引鞋16，引鞋16使本实用新型能在井管顺利地上下移动。电缆连接插座6安装在上固定套7内的上部，电缆连接插座6与电缆引出接头2内的电缆连接插头5联接，电缆连接插头5与引线电缆3连接，引线电缆3穿插出电缆引出接头2引出三相工频供电线到三相工频电磁感应加热器外，并与井中的电缆连接到达地面电源控制器。电缆引出接头2的上端通过螺纹联接有连接接头1，连接接头1与油井的采油管柱相联接。

在铁芯9的上部外表面套装有A相线圈10、中部外表面套装有B相线圈12、下部外表面套装有C相线圈13，A相线圈10、B相线圈12、C相线圈13均为双层缠绕，每相线圈绕线均为1400匝，A相线圈10与B相线圈12之间的距离为30cm、B相线圈12与C相线圈13之间的距离亦为30cm。A相线圈10、B相线圈12、C相线圈13之间的电连接方式采用星型连接，A相线圈10、B相线圈12、C相线圈13的电源输入端分别连接到电缆连接插座6。采用改性环氧树脂灌封材料将A相线圈10、B相线圈12、C相线圈13和铁芯9、上固定套7、下固定套15灌封为一体，并构成外层绝缘密封层14。本实例的绝缘密封层14采用改性环氧树脂灌封而成，耐温达到300℃以上。本实用新型在250℃高温下耐压达到AC1000V以上，运行电压达到AC250V后功率因数达到0.95以上。本实用新型的A相线圈10、B相线圈12、C相线圈13通过地面电源控制器通电后产生交变电磁场，通过电磁感应在油井的套管17中感应出涡流发热，加热近井储层和井筒内流体(地层中产出的油、水)，产生的高温促使地层中的油气流动阻力降低、井筒内原油流动性变好，从而实现油井增产的目的。

本实施例的铁芯9由铁芯铆钉11、加强筋9-1、硅钢片9-2联接构成。铁芯9的两侧为两块加强筋9-1，加强筋9-1采用不锈钢板，也可采用钢板，在两块加强筋9-1之间安装有叠制的硅钢片9-2，采用铁芯铆钉11将两块加强筋9-1与硅钢片9-2固定联接为一体。本实施例的铁芯9的水平截面为阶梯形，以便将铁芯9套装在上固定套7和下固定套15内。

在图3中，本实施例的地面电源控制器由系统主电路、调压器控制电路、温度控制电路、时间控制电路、系统参数指示电路连接构成。

本实施例的系统主电路由漏电保护开关K1、熔断器FU1、熔断器FU2、熔断器FU3、熔断器FU4、交流接触器KM、三相调压器AV、三相变压器T1、断开按钮SB1、起动按钮SB2连接构成。漏电保护开关K1、熔断器FU1、熔断器FU2、熔断器FU3、交流接触器KM的触点、三相调压器AV、三相变压器T1依次分别串联接在三相电源的三根相线上，熔断器FU4、断开按钮SB1、起动按钮SB2、交流接触器KM的线圈依次串联接在三相电源的C相线与N线之间。经三相变压器T1调压后分A相输出、B相输出、C相输出，为本实用新型提供三相电源。

本实施例的调压器控制电路由控制模块AVC、单相变压器T2、单相电压取样变压器T3、调压器控制模块CS、电位器R1、电位器R2、继电器J1、继电器J2连接构成。单相变压器T2的一输入端通过熔断器FU4接三相电源的C相、另一输入端接三相电源的N线，单相电压取样变压器T3的输入端分别接三相变压器T1的B相和C相输入端、输出端接控制模块AVC，控制模块AVC的两输出端接调压器控制模块CS，控制模块AVC的第一输入端通过继电器J1的一个常开触点接电位器R1的可调端、通过继电器J2的一个常开触点接电位器R2的可调端、通过交流接触器KM的常开触点接电位器R1和电位器R2的一端，控制模块AVC的第二输入端接电位器R1和电位器R2的另一端，控制模块AVC的第三输入端接电位器R1和电位器R2的一端，控制模块AVC的电源端接单相变压器T2的输出端，继电器J2线圈的一端接继电器J2的另一常开触点J2-2的一端、另一端接三相电源的N线，继电器J2另一常开触点J2-2的另一端通过熔断器FU5接三相电源的C相。单相变压器T2为控制模块AVC提供电源，电位器R1和电位器R2用于设定输出电压，控制模块AVC自动比较设定和输出电压，输出控制信号到调压器控制模块CS的电机，调压器控制模块CS的电机驱动三相调压器AV，自动调整三相调压器AV的输出电压，直到满足设定要求。

本实施例的温度控制电路由热敏电阻Rt、温度控制器TC连接构成。热敏电阻Rt设置在联接头1上，也可设置在井外被抽出的油中，用于检测取样温度，温度控制器TC用于设定温度上下限，热敏电阻Rt通过导线与温度控制器TC的线圈相连接，温度控制器TC的常开触点JTC连接在控制模块AVC的第一输入端与继电器J1的一个常开触点和继电器J2的一个常开触点之间，温度控制器TC线圈的一端通过熔断器FU5接三相电源的C相、另一端接三相电源的N线。当温度超过上限时，温度控制器TC的触点JTC断开，同时控制继电器J1和一个继电器J2的一个常开触点断开。

本实施例的时间控制电路由时间继电器SJ1、时间继电器SJ2、时间继电器SJ3、熔断器FU5连接构成。时间继电器SJ1一常开触点SJ1-1的一端和时间继电器SJ2常开触点的一端通过熔断器FU5接三相电源的C相、另一端分别接时间继电器SJ1和时间继电器SJ2的线圈一端，时间继电器SJ3常开触点的一端通过熔断器FU5接三相电源的C相、另一端接时间继电器SJ3的线圈一端，时间继电器SJ1和时间继电器SJ2以及时间继电器SJ3线圈的另一端接三相电源的N线，时间继电器SJ1的另外一个常开触点SJ1-2连接在继电器J1的线圈与继电器J1的另一常开触点J1-2之间，继电器J1的另一常开触点J1-2的另一端通过熔断器FU5接三相电源的C相，继电器J2的另外一个常开触点J2-2连接在继电器J2的线圈与熔断器FU5之间，继电器J1和J2线圈的另一端接三相电源的N线。时间继电器SJ1设定输出电压为600v的工作时间间隔，时间继电器SJ2设定输出电压为800v的工作时间间隔，时间继电器SJ1工作时间到后，时间继电器SJ1的常开触点SJ1-1断开，时间继电器SJ2的常开触点接通，时间继电器SJ2工作，时间继电器SJ2的工作时间到后，时间继电器SJ2断开，时间继电器SJ3的常开触点接通，时间继电器SJ3工作，时间继电器SJ3设定系统主电路的断电时间间隔，系统主电路的断电时到后，时间继电器SJ3的常开触点断开，时间继电器SJ1开始工作，并依次循环。

本实施例的系统参数指示电路由输入电压指示表V1、输出电压指示表V2、A相电流指示表A1、B相电流指示表A2、C相电流指示表A3、系统功率因数指示表COS、系统功率指示表P、转换开关K2、转换开关K3连接构成。输入电压指示表V1通过转换开关K2分别指示三相电源的A、B、C相间电压，A相电流指示表A1与设置在三相电源A相线上的线圈L1相连接，B相电流指示表A2与设置在三相电源B相线上的线圈L2相连接，C相电流指示表A3与设置在三相电源C相线上的线圈L3相连接，输出电压指示表V2通过转换开关K3分别指示三相变压器T1的A相输出线、B相输出线、C相输出线相间电压，系统功率因数指示表COS和系统功率指示表P的电流端串联接在C相电流指示表A3与线圈L3之间、电压端连接在三相电源的A相线与B相线之间。

实施例2

在本实施例中，A相线圈10、B相线圈12、C相线圈13双层缠绕，每个线圈绕线800匝，A相线圈10与B相线圈12之间的距离为20cm，B相线圈12与C相线圈13之间的距离20cm。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

在本实施例中，A相线圈10、B相线圈12、C相线圈13双层缠绕，每个线圈绕线2000匝，A相线圈10与B相线圈12之间的距离为40cm，B相线圈12与C相线圈13之间的距离40cm。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

Claims (5)

1、一种井下三相工频电磁感应加热装置，其特征在于：它包括井下三相工频电磁感应加热器以及用于控制井下三相工频电磁感应加热器的地面电源控制器；

上述的井下三相工频电磁感应加热器为：在上固定套[7]内上部设置有电缆引出接头[2]、下部设置有下端安装在下固定套[15]内的铁芯[9]，电缆引出接头[2]的上端设置有连接接头[1]、下部设置有一端与电缆连接插座[6]联接另一端与引线电缆[3]相连接的电缆连接插头[5]，在下固定套[15]的下端设置有引鞋[16]，在铁芯[9]的上部外套装有A相线圈[10]、下部外套装有C相线圈[13]，在铁芯[9]外A相线圈[10]与C相线圈[13]之间套装有B相线圈[12]，A相线圈[10]、B相线圈[12]、C相线圈[13]通过导线与电缆连接插座[6]相连接，在上固定套[7]的下端、下固定套[15]的上端、A相线圈[10]、B相线圈[12]、C相线圈[13]外设置有绝缘密封层[14]，在A相线圈[10]与B相线圈[12]之间、B相线圈[12]与C相线圈[13]之间设置有绝缘密封层[14]；

上述的地面电源控制器包括：系统主电路、调压器控制电路、温度控制电路、时间控制电路、系统参数指示电路，调压器控制电路与系统主电路相连接，温度控制电路与系统主电路和调压器控制电路相连接，时间控制电路与系统主电路和调压器控制电路相连接，系统参数指示电路与系统主电路相连接。

2、按照权利要求1所述的井下三相工频电磁感应加热装置，其特征在于所说的铁芯[9]为：在两侧加强筋[9-1]之间设置有硅钢片[9-2]；所说的A相线圈[10]、B相线圈[12]、C相线圈[13]绕线800～2000匝，为双层缠绕，A相线圈[10]与B相线圈[12]、B相线圈[12]与C相线圈[13]之间的距离为20～40cm。

3、按照权利要求1或2所述的井下三相工频电磁感应加热装置，其特征在于：所说的铁芯[9]的水平截面为阶梯形。

4、按照权利要求1所述的井下三相工频电磁感应加热装置，其特征在于：所说的绝缘密封层[14]为环氧树脂绝缘密封层。

5、按照权利要求1或2所述的井下三相工频电磁感应加热装置，其特征在于：所说的A相线圈[10]、B相线圈[12]、C相线圈[13]的匝数相同，A相线圈[10]与B相线圈[12]之间的距离同B相线圈[12]与C相线圈[13]之间的距离相等。

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