智能式中频电加热采油技术与成套装置单册.docx
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智能式中频电加热采油技术与成套装置单册
智能式中频电加热采油技术与成套装置
一．概述
稠油油藏的开采，必须具备两个基本条件。
一是在油层内，稠油能够连续不断的流入井底。
二是在井筒中，流入井底的稠油能够连续不断地举升到地面，缺一不可。
解决稠油在地层中的流动，通常采用最多的是热采的方法，来解决稠油在井筒内举升问题。
过泵中频电热技术是行之有效的新工艺，新技术。
它是我公司在工频电热采油基础上开发研制的，专利号：
ZL94230220.6
生产实践证明,该套装置明显克服了工频电加热技术耗电量大、运行成本高、影响电网平衡等不足。
且与工频相比运行的可靠性增强，节电20%-40%。
2000年6月，被国家科技部等五部委评为“国家重点新产品”，有着广泛的应用前景。
二．装置构成与工作原理
1．构成
过泵智能式中频电热采油成套装置，由四大部分组成：
程控智能中频电源、空心抽油杆、钢铠电缆和空心环流泵。
如图1所示。
图1、过泵智能式中频电热采油工艺系统图
2．工作原理
首先，将输入的380V，50Hz的三相电流经整流滤波后变成530V的直流电压，再经逆变电路在主控板的控制作用下，变成10～1000Hz的单相中频电压（见图2），最后，经中频变压器输送到钢管护套油井加热专用电缆输入端，直到井底（加热深度点），通过回路接头与钢管护套油井加热专用电缆的外护管形成回路。
通电后，使两个载导体基本上形成方向相反，大小相等的电流，在钢管护套油井加热专用电缆的外护管内壁上产生集肤效应，使电流集中在外护管内肤壁极薄层内流出，从而大幅度增加了交流阻抗。
在集肤效应、铁损、临近效应和屏蔽效应的共同作用下，产生热量，实现电热转换。
由于加热体在油管内部，故产生的热量，随时被举升的油流带走，升温降粘，实现连续举升的目的。
图2.
三、命名与规格型号
1.电热采油专用中频电源
电热采油专用中频电源是智能式电加热采油装置的核心部分，是一种用电力电子器件IGBT，把工频电源变成中频电源的装置，与工频电源相比，涡流感应加强，导致集肤效应更强，亲近效应更好，漏磁通少，因此电加热效果大大高于工频电源。
电热采油专用中频电源作为电加热采油的电源设备，其组成的关键部分是逆变器，通过逆变器完成工频到中频的变换。
控制核心CPU（单片机）接受外来指令通过控制IGBT的导通角来控制占空比，最终控制输出电流、电压，完成功率调节。
占空比＝（导通时间/周期）×100％。
图3.占空比调节示意图
由于CPU可以对占空比进行连续调节，所以可以实现设备的软启动和软关断。
如图4所示，电热采油专用中频电源为动态开关（断路器、接触器）和静态开关（IGBT）组合使用的设备，其中的静态开关为高科技产品IGBT，具有开关速度快，控制触发电压低，开关无火花等特点。
同时由于电热采油专用中频电源本身已经内置了软启动和软关断功能，就能保证间歇控制过程中动态开关（断路器、接触器）保持原来的吸合状态，不参与启停控制，只有静态开关（IGBT）以软启动和软关断的方式参与启停控制，所以既不会对电网、负载有冲击，也不会影响设备本身的功能及寿命。
图4.电热采油专用中频电源原理框图
图5.电热采油专用中频电源带间歇式供电装置实物构成图
2.空心抽油杆
空心抽油杆除了将抽油机的动力传给抽油泵，抽吸井液外，还可使钢管护套油井加热专用电缆穿过泵筒，下到泵下进行加热，降粘减阻，使原油充分入泵，提高泵效。
目前应用的空心抽油杆其规格性能见（表1）。
表1.空心抽油杆规格性能表
级别
规格
材质
重量
（kg/m）
屈服强度
（Mpa）
允许最大载荷
（t）
1
36★6
35CrMo
4.54
620
35.04
2
36★5.5
35CrMo
4.23
620
32.66
3
34★5.5
35CrMo
3.92
620
30.18
4
34★5
35CrMo
3.67
620
28.23
5
32★5
3.4
620
26.28
图6.空心抽油杆
3.钢管护套油井加热专用电缆
钢管护套油井加热专用电缆由电缆芯线、绝缘层、钢护套层组成。
电缆剖面见图7。
绝缘层和护套层的材料根据需要选择。
由于护套采用了钢管，完全克服了电缆表面易破损的缺陷，大大减少了短路事故的发生。
其主要技术参数如下：
▪额定电压分为：
1500V、2000V、2500V。
▪绝缘电阻：
≥300MΩ·km（温度20℃，湿度80％）；
▪钢铠护套抗拉强度：
≥335MPa；
▪温度范围：
-30℃～250℃；
▪使用寿命：
≥2年。
图7.钢管护套油井加热专用电缆
4．空心抽油泵
空心抽油泵是实现泵下加热、降粘的重要组成部分，其结构见图8，外观见图9。
主要由泵筒系统和柱塞系统组成。
泵筒系统由泵筒、固定凡尔外壳、导流档块、护管等组成；柱塞系统由加长杆、柱塞中心杆、柱塞、柱塞凡儿座、柱塞凡儿体、固定凡儿座、固定凡儿体、滑动密封杆等组成。
该泵采用机械开启，自动泄油，泵效高，金属密封，耐温可达350℃。
可作为注采一次泵。
表2为空心抽油泵主要技术参数。
表2.空心抽油泵主要技术参数表
项目
公称尺寸（mm）（泵筒内径/中心杆外径）
间隙代号
冲程长度范围
（m）
冲次
n/min
泵常数
过流面积
（mm2）
最大外径
（mm）
中心最小内径（mm）
连接油管外（mm）
空心抽油泵型号
57/32
3
2.5～6
≤6
2.54
648
107
22
88.9
70/32
3
3.6～6
≤6
4.38
1030
107
22
88.9
44/24
3
1.8～3
≤10
1.53
403
88.9
18
73
图8.
图9.空心抽油泵
四、技术特点及主要参数
（一）．技术特点
智能式电加热采油技术，是在工频电加热采油技术基础上研制的。
因此，除
具备结构简单，施工方便，调整灵活的技术特点外，还有：
1.适应范围大，泵上，泵下加热均可，且加热深度可达2000m，耐温达280℃。
2.既可保证电网平衡，又节能。
多口井现场生产试验表明比工频电加热采油节能20～40%。
3.抗干扰能力强，运行可靠，使用寿命长。
该套装置具有软启动和软关断功能，有过压、失压、过流、零值短路等保护功能。
同时，还有自动地频率跟踪和调整功能，使负载的电流达到谐振状态，从而获得最大功率输出。
4.空心抽油泵的游动凡尔和固定凡尔均采用机械强制性开闭，泵的充满系数高，可防止气锁，因此泵效高。
同时在提泵时，可实现自动泄油，不用泄油器。
5.该装置可实现对井口加热温度或加热电流进行过程控制。
有以下三种闭环控制系统：
①井口出油温度闭环。
②抽油机电流开关式闭环。
自动控制抽油机三相电流平均值，确定加热或停止加热。
该方式适合间歇加热井。
如高含蜡井。
③抽油机电流PID式闭环。
主要通过内置PID程序实时改变加热功率，保证油井正常运行。
适合于连续加热的稠油或高凝油生产井。
6.中频电源采用具有高可靠性的台湾安良仪表作为时间控制器，具体型号为ATDV-YD/220V。
该时间控制器为双路控制，即可以通过方便的两个电位器分别调节加热时间和停止加热时间，通过调整设置，时间控制范围为0.1h～10h，具有调节方便，控制范围大，精度高，寿命长等特点。
时间控制器的输出节点为无源节点，控制对象为主控板的弱点信号，没有冲击，所以完全符合电热采油专用中频电源控制板输入信号要求。
（二）．主要参数
油井的加热功率可以由程序计算出来，在实际应用中一般数据为：
一般稠油井筒加热量为50～60w/m，特稠油为60～80w/m，超稠油为80～100w/m，高凝油可按凝固点分类，凝固点在50℃以下，加热量为40～50w/m，凝固点在50℃以上，加热量为50～60w/m。
油井电加热频率一般采用300－500Hz。
加热功率：
（w/m）
加热功率的计算是确定电源容量的依据，可以依据上述经验数据求出来，方法如下：
P=K﹒P1
P——油井所需加热功率；w/m
P1——油井井筒散失热量；w/m
K——校正系数，一般取值1.2～1.3。
求出加热功率后，可以按有关的图表进行电加热参数计算.
表3.技术指标综合数据表
项目
序号
项目名称
技术参数
备注
1
井口出油温度（℃）
50～80
适应特超稠油及高凝油井
2
油井加热功率（W/m）
50～100
适应特超稠油及高凝油井
3
电源电压（V）
380±10%
电源容量：
>中频电源功率
4
电源频率（Hz）
50，60
5
中频电源功率（kW）
50，100
150,200
适于钢铠电缆
6
加热电缆耐温（℃）
≤250
适用于注汽井
7
电缆抗拉强度（MPa）
335
8
空心抽油杆规格（mm）
Φ34×5.5;Φ36×5.5
Φ36×6;Φ38×6
适于井深≤1700m
9
特种杆规格（mm）
Φ32×5.5
≤300m
（三）应用条件
智能式电加热采油技术，当然也适用泵上电加热采油。
由于加热深度、加热功率可根据油井的实际生产状况来调整、控制，耐温性能好，因此其应用范围较广，可简单归纳为一句话：
不管稀油、稠油、高凝油生产井，井深≤2000m，在生产过程中，需要对井筒油流加热的井，均可应用。
五、应用效果
现场应用情况：
冷37—166井，井深：
1518.8m，油层厚度26.2m，50℃地面脱气原油粘度19763mPa.s，胶质+沥青质含量50.04%。
该井95年4月18日注汽，因注汽压力高注不进停注，水力压裂后下入普通泵，泵上电杆加热，开抽后不出，液面360m。
示功图显示油稠不入泵，5月19日下入电杆越泵加热装置进行试验。
Φ57泵下入1250m，Φ34的电杆下深1366m，泵下加热段为116m，冲程3.6m，冲次2.8次/分，试验获得成功，井内的原油顺利入泵（下入电杆越泵加热前后的示功图对比见附图10）。
初期日产油21吨，井口出液温度50℃。
该井截止到96年4月30日，累积生产303天，累产原油2730吨，平均日产9吨。
图10.越泵电加热前后示功图对比
越泵技术后示功图分析原因，正常
越泵加热技术前示功图分析原因，稠油不入泵
表4.电加热前后效果对比表
六．主要业绩
智能式电加热采油技术及装置目前已在辽河油区、山东胜利油区、新疆油区等广泛应用上千套，相对每个油区都组建有售后服务分部。
据不完全统计，从2001年到目前为止，全国各油田分公司采取油井电热技术井数如下表：
表5.2001-2008年华孚石油电加热新井在各油田市场投产情况
序号
地区
井数
（口）
1
辽河油田分公司
930
2
胜利油田分公司
150
3
吉林油田分公司
28
4
新疆克拉玛依油田分公司
257
合计
1665
该装置在现场的大量应用，是稠油开采史上的一大突破，是电加热采油技术的又一次重要革命。
智能式电加热采油成套装置正以其低价位、高效能、卓而不凡的功能续写稠油开采史的新篇章，该装置在国内外市场具有广泛的推广应用前景。
七、安装与调试
1、按作业指导卡进行安装、检查和调试，包括：
（1）、安装变压器作业指导卡
（2）、安装中频电源柜作业指导卡
（3）、安装电器控制柜作业指导卡
（4）、铺设地缆作业指导卡
（5）、安装井口密封器（含带翼）作业指导卡
（6）、调防冲距作业指导卡
（7）、下（提）钢铠电缆作业指导卡
（8）、下（提）橡胶电缆作业指导卡
2、井下作业部分
（1）、下油管柱
按井下抽油管柱设计，先下盲管、砂锚（或花管）、尾管，其总长度应大于过泵特种杆长度。
下泵筒：
将泵内柱塞系统轻轻地从泵筒上端抽出，多人平抽，不得弯曲，抽出后平放在至少有3个支点的架上，不得摔碰，下泵筒时要注意方向，不准在泵筒上打管钳。
泵筒内保持清洁。
下油管柱时，螺丝拧紧，保证密封，然后座好油管挂及井口四通。
（2）、下管柱，杆柱系统：
将回路接头拧紧于特种空心杆上（注意套好“O”型密封圈）。
下杆前，每根杆必须用Ф19mm长1m的金属杆通径检查，下时套好密封胶圈，拧紧螺丝保证密封。
（3）、下柱塞挂系统：
要求先在地面将吊卡短接丝扣处喷上乐泰764促进剂，待晾干后再涂上丝扣密封胶，然后迅速拧紧在柱塞中心管上。
吊起吊卡短接并连带柱塞系统、下端拧紧于特种空心杆上，起吊操作时必须缓慢，人工扶正不得弯曲、碰撞。
下井前应检查卡簧位置并扶正。
（4）、下加长杆M33×2丝扣端应喷上乐泰764促进剂，待晾干后再涂上丝扣密封胶（注意，高温泵用耐高温胶）。
然后迅速拧紧，上端套好两个密封胶圈。
（5）、下空心抽油杆：
下前每根杆必须用通径杆检查过。
要求上好密封胶圈拧紧，保证密封，下到最后1－2根时应缓慢下放。
3、调试
（1）、连接实心抽油杆短接打好实心杆方卡，安装好绳辫子，用抽油机上提一段杆柱，卸掉光杆方卡并用锉刀和砂纸将光杆被方卡卡伤部位打磨平整，然后安装好防喷盒。
（2）连接好地面供电系统，柜壳接地电阻小于4欧姆。
（3）运行检验，送电3小时观察和检测输入、输出电流、电压及频率是否稳定。
（4）检查钢铠电缆的回路，测量回路是否导通。
主回路，控制回路的接线是否正确；
（5）、调试中频：
输出变压器二次接线：
加热电缆接0－2档。
将功率电位器调至最小，然后启动设备5到10秒后，设备工作后听声音有无异常。
如果正常缓慢调解功率电位器，监测输入、输出电流表达到所需要的输出电流。
（输入、输出电流不能超过标牌上的额定电流值。
如果加热电缆功率调整最大，输出电流仍达不到所需电流时，停电后再调整变压器二次输出档位0－3，重复以上程序调至所需电流值）。
（6）按设计要求设定电流的上下限，并按启动按钮，重复送电4～5次，观察5～10分钟，预热3～5小时后启动抽油机。
（7）、试压、憋压，观察抽油机工作状态，一切正常后可投入生产运行。
八、操作方法与故障分析
（一）.操作方法
1.装车：
用天吊把钢铠电缆盘吊起，然后缓慢移动至绞车处，当电缆盘与绞车位置对正后装车，装车后,将电缆盘顶丝拧紧。
2.现场绞车位置：
根据井的情况，选好位置（绞车与井口之间距离为20CM为宜），摆正绞车，使电缆盘外侧对正光杆。
3.绞车接电：
接电前必须先用试电笔检测配电箱，在确认切断电源后，方可进行接线操作，如果进行高压作业，必须戴绝缘手套，合闸时使用高压绝缘杆。
4.绞车平衡校正：
支起绞车支腿固定绞车使绞车保持水平放置，然后支起液压支架，电缆盘可在轨道上活动自如。
5.下电缆：
启动电机，扳动液压手柄，转动电缆盘，开始下电缆时要先人工导引，当电缆可以靠重力下放时，要时刻注意钢铠电缆的下行，避免电缆遇阻等事故发生，下时应控制下放速度（不大于600米/小时），防止受阻时电缆堆积，电缆下到底时，要提冲1～3次，使底部可靠接触。
注意：
（1）下电缆时不允许坐泵。
防止空心杆弯曲导致电缆遇阻。
（2）时刻注意观察电缆本体是否有裂纹。
（3）电缆下到井底穿入短接后，要求钢铠电缆在短接口外接线端留有1～1.5m的余量，以避免电缆向管内缩进时长度不足。
6.接线：
电缆在下井完毕后，拧上短接，短接头应装设钢铠电缆扶正器，然后制作电缆接头，制作时按照《电缆头制作操作规程》执行，最后将火线与零线一起经过抽油机的上部游梁支架，连接到控制柜的接线端子上，将零线固定在钢铠电缆扶正器螺丝上。
7．通电预热：
检查控制回路的接线是否正确，测量回路是否导通，按设计要求设定电流的上下限，并按启动按钮，重复送电4～5次，观察5～10分钟，预热3～5小时。
8.提电缆：
将光杆预提出一段长度，打上方卡，卸掉抽油机负荷，拧下短接，将钢铠电缆从电缆盘侧面小孔中抽出，用小卡子固定住，扳动液压手柄，转动电缆盘，将钢铠电缆慢慢从空心杆中提出，排好电缆，提钢铠电缆时转速要均匀，速度不准大于600米/小时。
注意：
（1）每一层钢铠电缆都紧密排列好，不允许交错叠放，更不允许用尖锐物体用力敲击。
（2）时刻注意观察电缆本体是否有裂纹。
（3）如有杆漏电缆挂油情况，需用废旧麻绳或胶皮带等，绕钢铠电缆一周进行撸油。
9.挂负荷：
将短接拧上，挂上负荷，取下方卡，放下电缆盘，收起液压支架和支腿。
10.标签：
电缆盘内侧表面应有标签说明：
井号、电缆编号、提出时间、提出原因、记录人等。
（二）现场故障分析与处理
现场发生中频电源送不上电故障时，先检查中频电源是否存在异常，如果中频电源没有问题可以初步断定电缆发生故障，故障类型为电缆短路或电缆断路。
根据中频电源控制板HFZK-2故障灯显示：
红灯表示短路、绿灯表示断路；而对于H2006F控制板，显示001表示短路，显示004表示断路，然后按故障类型不同，分别处理：
1、针对电缆断路：
（1）检查零火线的连接情况，发现问题及时处理；
（2）如果零火线连接正常，表明电缆本体存在断路故障，直接把故障电缆从井中提出，待修。
2、针对电缆短路：
（1）把电缆头绝缘打开，观察是否存在短路情况，如有短路情况及时处理；
（2）如果不能直接通过观察判断是否由于电缆头引起的短路，把原来的电缆头剪掉，按照《现场制作电缆铜接头操作规程》重新制作电缆头，再次送电，如果送电正常，说明电缆本体没有异常；
（3）如果中频柜继续保护，则说明电缆本体短路，把电缆从井中提出，待修。
常见故障现象及其解决方法如下表所示：
表6.常见故障现象及其解决方法
异常现象
发生原因
解决办法
功率调节设定以后，输入电流波值忽高忽低
三相380V缺相
检查主开关，主接触器的输入输出端三相电压。
功率调节旋转到最大，输入电流小于15A。
有一只IGBT没有导通
检查驱动板
温控表显示与井口反馈值不符
温控表参数设定错误
进入温控表修正参数
九、维修保养与储存运输
（一）维修保养
1.检查运行环境（温度、湿度、尘埃、气体、设备周围有无漏水现象等）。
2.观察设备运行情况，如噪声有无异常、温升有无异常、显示有无异常等。
3.用户可根据产品使用环境，可以在3━6个月之间对设备进行一次定期检查。
检查内容如下：
（1）接线端子螺丝是否松动，如松动用螺丝刀拧紧；
（2）回路端子是否有接触不良的情况，连线处是否有过热痕迹；
（3）电缆、控制电缆有无损伤，尤其是与金属表面接触的表皮
是否有破损；
（4）电缆端子的绝缘套是否脱落；
（5）电路板、风道上的粉尘全面清扫（可用吸尘器）；
（6）进行绝缘测试；
4.检查中如出现跳闸保护、供电系统故障、工作环境发生变化等，只有厂家专人才能进行拆卸部件或者器件更换等工作，不要将螺丝及垫圈等金属物件遗留在机器内，否则有损坏设备的危险。
（二）储存运输
1.中频电源的储存和运输
（1）避免在高温、潮湿及富含粉尘的场所保存，要保证通风良好。
（2）长时间存放会导致电解电容的劣化，必须保证3－6个月内通一次电，通电时间不少于5小时，输入电压必须用调压器缓缓升高至额定值。
（3）拉运过程中要垂直放置机器，运送避免磕碰；
2.空心抽油杆的储存和运输
（1）.空心抽油杆和空心光杆应按等级和规格分别进行储存。
（2）产品储存时不得雨淋、日晒，不得与有腐蚀性物品同存，禁止露天存放，注意通风与防潮。
（3）空心抽油杆和空心光杆应平放在台架或垫木上，离开地面。
台架或垫木的材料应不磨损空心抽油杆和空心光杆。
（4）空心抽油杆接箍应装箱运输或装在杆体的一端一同运输。
（5）产品在运输中应用长于杆体的车箱装运，且应采用吊具慢吊轻放，防止碰伤。
（6）在整个装卸过程中，应注意防止空心抽油杆和空心光杆或其端头磕碰而导致刻伤、弯曲或由于护塞、护帽受挤压而损伤螺纹。
3.钢铠电缆的储存和运输
（1）储备电缆时严禁将电缆放置于有酸、碱等腐蚀性空间，不允许将电缆露天放置，謹防潮湿。
（2）运输电缆时要求轻吊慢放，电缆不允许有划伤。
4．空心抽油泵的储存和运输同空心抽油杆相同
十、用户须知
请用户提供油井完井方法、井深结构、射孔井段、层数厚度、油层物性资料（孔隙度、渗透率）、压力资料、地温资料、原油物性资料（密度、粘度）、加热深度、要求井口出液温度、日产液量及含水等资料。
我们将快捷地给您做出具体油井的电加热方案。
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