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空心杆井筒电加热技术

联合石油技术（辽宁）有限公司是美国联合石油公司在亚太区成立的独资石油技术服务公司。总公司位于美国德州休斯敦石油城，是专门从事石油行业以及与石油行业相关技术的高科技跨国公司，经营范围涉及石油开发、钻采、集输、石油设备以及相关技术的开发研究和现场服务。

一、概述
空心杆井筒电热工艺技术是我联合石油技术（辽宁）有限公司的重点产品。是拌热采油技术的一种，适用于稠油井、高凝油井和含蜡井的原油在井筒内举升过程中的加温降粘和清蜡工作。该技术采用内集肤效应原理，是通过地面的电流整合，使空心杆壁产生热能，通过热传导对油井进行加热。通过多年的现场实践与技术研发改进。该技术趋于成熟，目前已经广泛运用于1000多口油井，并为多个油田开采作出了贡献。

二、工作原理
— 空心杆电加热系统是在空心抽油杆内孔中穿入电缆并与空心杆体形成回路，通以不同频率的交流电，利用内集肤效应在空心杆壁上产生热能，通过热传导，对油管内原油进行全程加热，以提高油管内原油温度，降低原油粘度，改善其流动性，从而有效地开采高粘度、高凝固点、高含蜡原油。
— 集肤效应加热法（Skin Electrical Current Thermo System）简称SECT法，它是由日本氮气工程公司经理安藤政夫创造的，后来推广到美国、加拿大、意大利、印度尼西亚和韩国等国家，上个世纪九十年代初传入我国，广泛应用于稠油的开采。
— 本系统所用电缆是铜制的，是线性电阻，而空心杆是属于铁磁质材料，产生的交流阻抗是非线性的，交流阻抗比直流电阻要大的多，电流沿着空心杆内壁流过，这是因为导线的电流与空心杆的电流方向相反，使两个相邻的导体中产生“接近效应”，使得电流驱向两导体之间。因为电流是受磁作用的，在铁磁质的空心杆中这种作用要比在铜制导线中强的多（铁磁质材料的磁导率是铜的1000倍），所以电流明显驱向空心杆的内壁流过，实际上“接近效应”和“集肤效应”本质是一样的，所以可以说“集肤效应”体现在空心杆的内表面。
— 空心杆内表面流通电流的截面积要比空心杆整个截面积小得多，电流通过杆内表面的截面积称为有效截面，有效截面与整个截面之比愈小，集肤效应就愈强，集肤效应可用下式表示 ：
— δ=5030 ρ/μƒ
— 式中：
— δ—— 集肤电流透入空心杆的深度（cm）
— ρ—— 加热空心杆的电阻率（Ω cm）
— μ—— 加热空心杆的电磁导率
— ƒ—— 交流电频率
三、工艺技术的组成

1、抽油杆井筒电加热技术示意图

配套螺杆泵结构示意图

2、工艺技术组成
空心杆井筒电加热工艺技术主要由空心抽油杆、特种加热电缆、地面控制系统及附件等组成。适合各类型抽油机及地面驱动井下螺杆泵油井配套使用

a\常用空心抽油杆的规格及尺寸

b\特种加热电缆的技术性能及指标
项 　目
单　 位
指　　标
使用长度
m
300--2000
最高电压50HZ、60HZ
V
5000
最大允许电流
A
180
导体截面积
mm2
35 40
工作温度
℃
120 205 250
耐低温温度
℃
--60
整体抗拉断力
N
15000 30000
最小弯曲半径
mm
250
绝缘电阻不小于
ΜΩ
1500

c\中频电源
电
源
输
入

相数、电压、频率
三相、380V（1140V）、50Hz
允许波动
电压380V±20% .1140V±20%、频率±2%
抗瞬时电压降
电压在300V（920V）以上继续运行
输
出
频
率
设定
在260-1000Hz之间任意设定
精度
±1Hz
操
作
面板操作
显示
数字显示
运行频率、脉冲占空比、运行电流、故障码
保护
功能
短路保护、过热保护、过、欠压保护、缺相保护
环
境
使用场所
屋内、海拔1000m以下，无腐蚀性气体、灰尘、直射阳光
环境温度
-10～+50℃
湿度
20～80%RH不结露
振动
5.9m/S2(0.6G以下)
冷却方式
强迫风冷

四、中频电源的推广应用
空心杆电加热技术从开始应用到现在已有十几年的时间，这期间的大部分时间一直采用工频电源进行电加热。由于工频加热电源具有设备简单、一次性投资少、资金回收快等优点，因此一直被广泛应用。但随着某些油田开发进入中后期，石油开采成本逐渐增高，工频加热电源耗电量大、电能成本高这一问题变得更加明显突出。而采用变频加热技术则可以有效减少耗电量，从而达到节能的目的。因此，研究及推广电加热杆变频加热技术具有现实意义和巨大的经济价值。

中频电源的节电原理
空心杆电加热采油装置主要由电加热控制柜、空心抽油杆、加热电缆三部分组成，主要是利用内集肤效应原理使原油在井筒内得到加热，从而达到稠油开采的目的。

工频/中频数据对比情况
井号
加热方式
日产
油量
加热功率(KW)

节电率(%)
液量
(t)
出油温度
(t)

SJ56-0X5 
工频
21.9
11
80
70
29
中频
23.5
15
57
72
SJ56-10X10 
工频
7
4.2
78
69

28
中频
7
4.2
56
69
SJ56-11-17 
工频
22
6.3
87
76
26
中频
22.7
6.2
64
76
SJ56-15-11 
工频
13
7
83
72
27
中频
13.4
7.7
60
73
SJ56-15-13 
工频
17
8.4
83
72
26
中频
17.2
8.4
61
72

五、现场安装

（一）、空心抽油杆下井施工步骤
1. 将泵筒及油管下入井内预定深度。
2. 将变扣接头的CYG22抽油杆外螺纹拧紧在与抽油泵柱塞相连接的实心杆上。
3. 在变扣接头上安装一根空心杆，然后再将终端器拧紧在空心杆上。
4. 在终端器上依次连接空心杆至设计深度。
5. 空心杆快下到预定深度时，放慢通井机下井速度，防止损伤抽油泵。
6. 空心杆下到预定深度后，井口处杆体作好标记提起空心杆，将这根杆拆下，测量在井筒内的长度（L1），再提出一根杆，测量其长度（L2）测量出光杆长度（L3）及防喷盒高度（L4），计算短节尺寸（L5），L5=L1+L2+L4-L3-防冲距，配好短节。
7. 将防喷盒安装在电光杆上，注意防喷盒内扶正块一定要安装正确，以防扶正块与光杆摩擦。在装入盘根时，应在光杆及盘根上涂适量黄油。
8. 下杆时，杆头向上，接箍向下。空心杆吊起时，应在杆头处放入Ф19mm的通径规，提起后应该从下部掉出，否则证明杆内有问题，应仔细检查，作好标记，放在一边，上丝扣时先用手旋进至接箍端面，进入第二个“O”型圈内，再用910mm（36in）管钳带紧，管钳必须卡在杆头和接箍的扳手平面内，严禁卡在杆体上。
9. 当放入通径规并准备吊起空心杆时，应将空心杆护帽重新扣到杆头上，一直到上面的空心杆下落时，方能卸下前一根杆头的护帽，以防下杆过程中有油泥、水及其他杂物掉入杆内孔。
10. 空心杆吊起时，注意通径规下落时不要碰到操作者。
11. 电光杆及空心杆下井时，也必须按上述施工要求进行。
（二）、整体电缆下井施工步骤
1. 将地滑轮安装在井口大法兰上，将天滑轮安装在修井机钓钩上，拧下电光杆杆头的护帽，装上喇叭口。
2. 将电缆绞车放于合适位置，调整滑轮及绞车电缆盘角度，使喇叭口与滑轮、电缆绞车在同一平面上，电缆绞车与井口之间无障碍物，地面应无原油或泥。如井场条件不具备，可垫一些土或草袋。
3. 检查电缆终端插头有无损伤，如有则要及时处理。如无损伤，剥去电缆末端绝缘层30mm左右，防止电缆铜线松散，用专用压线钳把电缆与终端插头压接牢固（压接两处），应先用502钳口压一遍，再用352钳口压紧，用锉刀去除压接飞边，在压接处裹两层玻璃丝胶布，记下电缆尾部长度标记，并用手牵引电缆通过滑轮穿进空心杆孔内约30米左右，然后再启动电缆绞车，使电缆自动进入杆体内孔中，直至设计深度，与终端器插座形成回路。察看井口处电缆长度标记，计算杆体内电缆长度，与空心杆下入深度做比较，检查电缆是否到位。在井口电缆上用玻璃丝胶布，作好标记，将电缆提出7～8米，然后用万用表测量其阻值，检查是否正常。一般每 1000米电热杆阻值为3Ω左右，依次类推。
4. 从井口处留下长20米左右（根据井口小房与抽油机距离确定）的电缆线，余长切断，卸下滑轮及喇叭口。
5. 如图一安装悬接器，使电缆及传感器从悬接器口引出，插入测温传感器，截取15米（根据井口小房与抽油机距离确定）电缆作回路电缆，两端压好接线端子，电缆一端由悬接器上扶正孔穿过，固定在悬接器上，电缆固定角度与上端实心杆成45°

（三）、电缆下井施工注意事项
1. 电缆绞车必须加以固定，以防窜动。
2. 下电缆前必须仔细检查绞车，螺丝必须紧固，变速箱内机油必须没过齿轮下端50mm以上，链条无松动，抱闸可靠，控制箱内接线良好，有问题及时处理。检查绞车电源线有无损坏，如有应及时处理，绞车接线必须可靠，并接好零线。
3. 下电缆时，检查绞车电源有无破裂，如有则要及时进行强度和绝缘处理，必须用玻璃丝胶布处理。
4. 下电缆时，要防止电缆从滑轮中跳出而造成电缆破皮断裂现象。
5. 下电缆过程中，严禁人员从电缆上跨越，操作绞车人员应站在车下，绞车转动部位无障碍物，井口处应有人监视，但禁止用手扶电缆，并观察下井情况，如有异常应及时提示操作绞车人员停止。
6. 电缆与铜插头压接时，要将铜线及钢丝全部放入插头连接孔中，禁止去掉部分铜线后，再与插头连接，要保证电缆与插头的连接面积。
7. 一定要注意施工过程戴好安全帽。
（四）、控制柜安装及接线
1. 将电控柜安装在距井口位置适当，散热好的小房中。
2. 回路电缆一端与悬接器连接，另一端与井内电缆同接于控制柜输出端。
3. 将温度传感器线与电缆悬挂于抽油机机架上，电缆敷设于地面部分应埋地20cm以下。
4. 将一次电缆接于电控柜内，注意相序必须接对。
（五）、控制柜安装中注意事项
1. 施工前应仔细检查控制柜，检查是否有螺丝松动，如有则上紧，控制柜内元件外观无损伤，接线完好，有问题及时处理。
2. 上述施工中的接线线头除传感器外，都必须用专用压线钳，将每一个线头压上接线端子，然后用螺丝连接拧紧。
3. 传感器线和电缆线要保留有4～5米的回缩空心杆内的余量，以防止抽油机工作时电缆因受拉力而撕破电缆外皮或折断电缆。
（六）、开井
1. 全面检查正常后，即可送电预热（预热时间的长短根据原油物性确定，一般预热1～3小时）。待温度达到要求后，方可启动抽油机，调整好防喷盒压帽，以原油不喷出为原则，严禁将压帽调节过紧，造成光杆摩擦过热。
2. 油井开抽后，检查油井工作是否正常，电控系统温度、过流继电器及时间继电器，调整是否合适，直至抽油机电机上下行程电流均达到要求后，方可投入正常生产。
3. 油井开抽后，前两周必须每天检查一次电缆是否有拉紧现象，如有，则将悬接悬挂于抽油机梁上的电缆向下适当窜动一定距离，以免电缆受拉力而断裂破皮。
4. 抽油机停止工作时，必须同时停止加热系统。
5. 当电加热装置出现故障时，必须同时停止加热系统。
6. 当原油粘度不高，凝固点也不高，用于清蜡的油井只需要在清蜡时通电加热。一般每隔7～10天，通电加热5～10小时即可。
7. 必须认真填写“电加热抽油杆下井资料统计表”，作好油井生产报表和有关资料的收集。

(七）、正确使用防喷盒
1、正常工作时： 压帽体与防喷盒体之间用手拧紧，拧紧程度视现场情况而定，不宜拧的过紧，以不漏油为原则。
2、更换密封圈时：
a. 用扳手逆时针方向转动顶杆，使两防喷圈抱紧光杆。
b. 松开压帽体，取出压盖Ⅰ、压盖Ⅲ、压盖Ⅱ。
c. 更换密封圈，然后装好压盖Ⅱ、压盖Ⅲ、压盖Ⅰ，用手拧紧压帽体。
d. 用扳手顺时针方向转动顶杆，使两防喷圈松开光杆，即可恢复正常生产。

六、工艺技术优点

1、增产效果显著。稠油、高凝油井配套该工艺，由于井筒油管内原油温度提高，原油黏度显著下降，油井提升阻力明显降低，油井泵效一般可提高20%以上。同时，由于油井的冲次加快，油井的产量普遍提高。
2、油井的生产时效提高，生产周期延长。未采用该工艺前，稠油、高凝油井要维持生产，须频繁热洗、加药，但效果不理想，经常出现油井因负荷重、抽不动现象，生产时率很低。部分油井通过热洗、加药，空心杆掺水也无法正常生产。配套采用该工艺后能从根本上解决，稠油、高凝油井的井筒开发矛盾，只要原油能进入泵筒，油井便可正常生产，即使长时间停井，再开井也很方便。特别是超稠油注汽井，生产末期有该工艺做技术保障，管理难度显著下降，油井生产周期大大延长。
3、安装、管理方便，大大降低一线采油工的管理劳动强度。未采用该工艺前，稠油高凝油井日常的热洗、加药工作量非常大，一线采油工的现场管理劳动强度很高，造成油井管理效率低下，油井生产故障频繁。油井作业井次增加，部分井长期低产、低效。采用该工艺后，油井无须进行周期性热洗、加药，一线采油工的管理强度显著降低。
4、综合经济效益显著。虽然电加热工艺耗能相比较高（单井日耗能在400---800kw.h左右），但其增产效果显著，该工艺不仅能确保油井正常生产，而且解决了热洗、加药措施费用高（每口井每天加药50kg,费用约500元左右）、热洗周期太短，加药量大，加药比例难确定及掺水易结垢，加药会给脱水造成困难等问题。

七、国内外应用业绩

自2000年以来，我公司的空心杆电加热装置在胜利、冀东、塔里木、吐哈、江苏、华北、大港、辽河等全国各大油田广泛应用，并出口到俄罗斯、哈萨克斯坦等多个国家和地区，共使用1000余套。国内平均每年在50套以上，应用效果显著，得到了用户的高度评价。为用户成功地解决了清蜡、降粘等问题，在国内外享有良好的信誉。
a\电热杆装置在阿塞拜疆的应用
阿塞拜疆K&K油田的油井较深，泵挂在2000米以上，胶质沥青含量15%左右，原油粘度为40mPa.s左右，含蜡8%～10% ，凝固点42℃，油井结蜡严重。04年应用电加热抽油杆装置10套，加热深度在1100米左右，清蜡效果较好。以下为5口井的生产数据：
井号
泵挂深度
m
加热深度
M
日产液
m3/d
日产油
m3/d
加热时间 h
起动
停止 h
79井
2500
1100
13
10
6
72
651井
2600
1080
7
6
6
72
106井
2500
1100
18
15
6
60
40井
2200
1070
11
10
6
72
220井
2600
1095
34
30
8
60
电热杆在新疆塔里木油田的应用
塔里木油田的部分区块原油粘度较高，含蜡在10%以上，井液粘度1700～5600 mPa.s （50℃），胶质沥青14.3～40.2%，凝固点在32～34%，井温60℃/1300m，泵挂在2000～3000米之间，油井均在沙漠地带。2000年以来应用的电加热抽油杆装置，主要用于清蜡、降粘，使用效果很好，以下为几口井的生产数据：
井号
电杆下井
时间
下电热杆前生产情况
使用电热杆后生产情况
日产油
m3/d
检泵周期
d
洗井
次数
泵效
%
日产油
m3/d
检泵周期
d
洗井
次数
泵效
%
哈德113
04.05.10
10
45
4
30.5
18
201
0
54.9
169
04.07.03
24
40
3
73.2
28
162
0
85.3
塔中12
04.02.23
1.53
68
3
4.7
8.41
167
1
32.9
YM7
05.04.13
0.8
78
2
2.4
11.3
-
0
46
轮南101
05.08.14
0
0
0
0
10
-
0
40.6
董1
05.03.27
0
0
2
0
8.4
-
0
34.1

联合石油技术（辽宁）有限公司是外商独资企业，总公司美国联合石油技术有限公司位于美国德州休斯敦石油城，是专门从事石油行业以及与石油行业相关技术行业的高科技跨国公司，可以从事陆地及海洋石油的开发、开采、集输、设备以及相关技术的开发研究和现场服务，同时公司经营与石油行业相关产品的生产与技术支持，包括海洋石油平台与陆地石油集输的金属腐蚀防护、石油化工及化工助剂，钻采设备工具及井上井下工艺技术研发与技术服务等。联合石油技术（辽宁）有限公司是美国联合石油技术有限公司在中国独资建立的公司，公司在美国总公司的资金及技术支持下发展迅猛，公司注册资本140万美圆，并有，包括美国的耶鲁大学、中国的哈工大、中科院等提供雄厚的技术支持。公司以优质的服务质量、严格的管理、先进的技术，竭诚为各油田服务。