中頻電加熱裝置在鄭6區(qū)塊的應(yīng)用

1、中頻電加熱裝置在鄭6區(qū)塊的應(yīng)用單位：魯勝公司魯祥采油管理區(qū)論文完成時間：2016年4月摘 要勝利油田鄭6區(qū)塊原油具有密度高、粘度大的特點，平均密度1. 0212g/cm3,平均粘度達到6900mpa. s （80°c測粘），屬特超稠油油藏。 自2004年全面開發(fā)以來，一直采用空心桿加溫工藝開釆,2008年開始, 陸續(xù)采用中頻電加熱裝置取代工頻電加熱裝置進行井筒降粘開采，效 果較好。中頻電加熱裝置是拌熱采油技術(shù)的一種設(shè)備，適用于稠油井、 高凝油井和含蠟井的原油在井筒內(nèi)舉升過程中的加溫降粘和清蠟工 作。該技術(shù)采用內(nèi)集膚效應(yīng)原理，是通過地面的電流整合，使空心桿 壁產(chǎn)生熱能，通過熱傳導(dǎo)對油井

2、進行加熱。生產(chǎn)實踐證明，該套裝置明 顯克服了工頻電加熱技術(shù)耗電量大、運行成本高、影響電網(wǎng)平衡等不 足。且與工頻相比運行的可靠性增強，節(jié)電20%-40%0本文通過對中頻電加熱裝置的工作原理介紹結(jié)合鄭6區(qū)塊原油物 性分析，簡要對該裝置在鄭6區(qū)塊的應(yīng)用進行了描述分析，為下步鄭6 區(qū)塊的井筒降粘技術(shù)開發(fā)提供了依據(jù)關(guān)鍵詞：特稠油油藏；中頻電加熱；鋼鎧電纜摘 要ii第1章前言1第2章 中頻電加熱裝置介紹22.1裝置構(gòu)成與工作原理22.2分類構(gòu)成及規(guī)格型號32.3主要參數(shù)及應(yīng)用條件9第3章 中頻電加熱裝置在鄭6區(qū)塊的應(yīng)用103. 1分布及使用情況103.2 中頻和工頻參數(shù)對比113. 3中頻電加熱的維護保養(yǎng)

3、123. 4中頻電加熱的故障處理13第4章結(jié)論15第1章前言稠油油藏的開采，必須具備兩個基本條件。一是在油層內(nèi)，稠油 能夠連續(xù)不斷的流入井底。二是在井筒中，流入井底的稠油能夠連續(xù) 不斷地舉升到地面，缺一不可。解決稠油在地層中的流動，通常采用 最多的是熱采的方法，來解決稠油在井筒內(nèi)舉升問題。井筒電加熱最主要的目的是補償井筒向地層的散熱，從而維持通 過井筒的石油在一定的溫度，以控制其析蠟和粘度的增加，使石油得 以產(chǎn)出。井筒加熱適用于原油能夠從油層進入井底，而在井底向井口 的上升過程中由于井筒向地層的散熱而發(fā)生原油大幅度的析蠟和增加 粘度的情況。在井筒中部某個高度，溫度會降至析蠟點，在析蠟點的 高度

4、往上，井筒中將發(fā)生結(jié)蠟堵塞的可能，在這種情況下，顯然，進 行井筒加熱，將有助于恢復(fù)正常生產(chǎn)。于原油能流入井底的稠油和高 凝油，采用井筒加熱的方法來維持正常生產(chǎn)，比注蒸汽和火燒油層的 方法簡單而且節(jié)省的多。就能量的有效利用而言，電加熱不是一種經(jīng)濟的加熱方式，因為 在我國以火力發(fā)電為主的情況下，燃料的熱能變?yōu)橛脩舻碾娔埽D(zhuǎn)換 效率只有25%或稍多一些。但是，電能傳輸方便，管理簡易，在某些 特定條件下，反而更顯其優(yōu)越性，這也是一些油田仍然傾向于采用井 筒電加熱，以滿足井筒中通過的原油防蠟、降粘的原因。中頻電加熱裝置介紹2.1裝置構(gòu)成與工作原理1.構(gòu)成中頻電熱采油成套裝置，由四大部分組成：程控智能中頻

5、電源、高壓輸入電源6000v程控中頻電源空心抽油桿10、空心抽油泵13.冋路接頭12、鋼鎧電纜6.鋼鎧電纜輸入端5、抽油機3、供電電纜2.電源變壓器6000v/380v9、油管11、泵下特種空心桿8.套管空心抽油桿、鋼鎧電纜和空心環(huán)流泵。如圖2.1所示。圖21中頻電加熱裝置采油工藝系統(tǒng)圖2. 工作原理首先，將輸入的380v, 50hz的三相電流經(jīng)整流濾波后變成530v的直流電壓，再經(jīng)逆變電路在主控板的控制作用下，變成101000hz 的單相中頻電壓（見圖2）,最后，經(jīng)中頻變壓器輸送到鋼管護套油井 加熱專用電纜輸入端，直到井底（加熱深度點），通過回路接頭與鋼管 護套油井加熱專用電纜的外護管形成回

6、路。通電后，使兩個載導(dǎo)體基 本上形成方向相反，大小相等的電流，在鋼管護套油井加熱專用電纜 的外護管內(nèi)壁上產(chǎn)生集膚效應(yīng)，使電流集中在外護管內(nèi)膚壁極薄層內(nèi) 流出，從而大幅度增加了交流阻抗。在集膚效應(yīng)、鐵損、臨近效應(yīng)和 屏蔽效應(yīng)的共同作用下，產(chǎn)生熱量，實現(xiàn)電熱轉(zhuǎn)換。由于加熱體在油 管內(nèi)部，故產(chǎn)生的熱量，隨時被舉升的油流帶走，升溫降粘，實現(xiàn)連 續(xù)舉升的目的。2.2分類構(gòu)成及規(guī)格型號1.電熱采油專用中頻電源電熱采油專用中頻電源是智能式電加熱采油裝置的核心部分，是 一種用電力電子器件igbt,把工頻電源變成中頻電源的裝置，與工頻 電源相比，渦流感應(yīng)加強，導(dǎo)致集膚效應(yīng)更強，親近效應(yīng)更好，漏磁 通少，因此電加

7、熱效果大大高于工頻電源。電熱采油專用中頻電源作為電加熱采油的電源設(shè)備，其組成的關(guān) 鍵部分是逆變器，通過逆變器完成工頻到中頻的變換。控制核心cpu （單片機）接受外來指令通過控制igbt的導(dǎo)通角來控制占空比，最終 控制輸出電流、電壓，完成功率調(diào)節(jié)。占空比=（導(dǎo)通時間/周期）x100%。圖2. 2.占空比調(diào)節(jié)示意圖由于cpu可以對占空比進行連續(xù)調(diào)節(jié)，所以可以實現(xiàn)設(shè)備的軟啟 動和軟關(guān)斷。如圖2.3所示，電熱采油專用中頻電源為動態(tài)開關(guān)（斷路器、接 觸器）和靜態(tài)開關(guān)（igbt）組合使用的設(shè)備，其中的靜態(tài)開關(guān)為高科 技產(chǎn)品igbt,具有開關(guān)速度快，控制觸發(fā)電壓低，開關(guān)無火花等特點。 同時由于電熱采油專用中

8、頻電源本身已經(jīng)內(nèi)置了軟啟動和軟關(guān)斷功 能，就能保證間歇控制過程中動態(tài)開關(guān)（斷路器、接觸器）保持原來 的吸合狀態(tài)，不參與啟?？刂?，只有靜態(tài)開關(guān)（igbt）以軟啟動和軟 關(guān)斷的方式參與啟?？刂?，所以既不會對電網(wǎng)、負(fù)載有沖擊，也不會 影響設(shè)備本身的功能及壽命。圖2. 3.電熱采油專用中頻電源原理框圖圖2. 4.電熱采油專用中頻電源帶間歇式供電裝置實物構(gòu)成圖2.空心抽油桿空心抽油桿除了將抽油機的動力傳給抽油泵，抽吸井液外，還可 使鋼管護套油井加熱專用電纜穿過泵筒，下到泵下進行加熱，降粘減 阻，使原油充分入泵，提高泵效。目前應(yīng)用的空心抽油桿其規(guī)格性能 見(表2. 1) o表2. 1.空心抽油桿規(guī)格性能表

9、級別規(guī)格材質(zhì)重量(kg/m)屈服強度(mpa)允許最大載荷(t)136*635crmo4. 5462035. 04236*5. 535crmo4. 2362032. 66334*5. 535crmo3. 9262030. 18434*535crmo3. 6762028. 23532*53.462026. 28圖25空心桿3. 鋼管護套油井加熱專用電纜鋼管護套油井加熱專用電纜由電纜芯線、絕緣層、鋼護套層組成。 電纜剖面見圖2. 6。絕緣層和護套層的材料根據(jù)需要選擇。由于護套釆 用了鋼管，完全克服了電纜表面易破損的缺陷，大大減少了短路事故 的發(fā)生。其主要技術(shù)參數(shù)如下：額定電壓分為：1500v、20

10、00v、2500vo絕緣電阻：$300 mq km （溫度20°c,濕度80%）；鋼鎧護套抗拉強度：2335mp8；溫度范圍：-30°c250°c；使用壽命：2 2年。'll電纜芯線聚四氟乙烯 絕緣材料 絕緣材料鋼鎧護套圖2. 6.鋼管護套油井加熱專用電纜4.空心抽油泵空心抽油泵是實現(xiàn)泵下加熱、降粘的重要組成部分。主要由泵筒 系統(tǒng)和柱塞系統(tǒng)組成。泵筒系統(tǒng)由泵筒、固定凡爾外殼、導(dǎo)流檔塊、 護管等組成；柱塞系統(tǒng)由加長桿、柱塞中心桿、柱塞、柱塞凡兒座、 柱塞凡兒體、固定凡兒座、固定凡兒體、滑動密封桿等組成。該泵采 用機械開啟，自動泄油，泵效高，金屬密封，耐溫可達

11、350°co可作為 注采一次泵。表2. 2為空心抽油泵主要技術(shù)參數(shù)。項目公稱尺寸(mm)(泵筒內(nèi) 徑/中心桿外 徑)間隙代號沖程長度范圍(m)沖次n/mi n泵常數(shù)過流面積(mm2)最大外徑(mm)中心最小內(nèi)徑(mm)連接油 管外(mm)空心抽油57/3232. 56w62.546481072288.9泵型號70/3233. 66w64. 381030107228& 9表2. 2.空心抽油泵主要技術(shù)參數(shù)表44/2431.83w101.5340388. 91873空心抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖泵簡加長桿限位檔塊柱塞出油接孝 柱塞中心桿 柱塞柱塞凡爾座柱塞凡爾體固定凡爾外売固定凡爾體固定凡

12、爾座導(dǎo)流擋塊護管彈性卡環(huán)滑動密封奈 滑動密封桿特種空心桿尾桿變徑接箍回賂接頭3a1圖2. 7空心抽油泵結(jié)構(gòu)7f意圖圖2.8電加熱專用管柱2.3主要參數(shù)及應(yīng)用條件1 主要參數(shù)油井的加熱功率可以由程序計算出來，在實際應(yīng)用中一般數(shù)據(jù) 為：一般稠油井筒加熱量為5060w/m,特稠油為6080w/m,超稠油 為80100w/m,高凝油可按凝固點分類，凝固點在5（tc以下，加熱量 為4050w/m,凝固點在50°c以上，加熱量為5060w/m。油井電加熱 頻率一般采用300-500hzo加熱功率：（w/m）加熱功率的計算是確定電源容量的依據(jù)，可以依據(jù)上述經(jīng)驗數(shù)據(jù) 求出來，方法如下：p 二 k p

13、1p油井所需加熱功率；w/mpl油井井筒散失熱量；w/mk 校正系數(shù)，一般取值1.21.3。求出加熱功率后，可以按有關(guān)的圖表進行電加熱參數(shù)計算.表2. 3.技術(shù)指標(biāo)綜合數(shù)據(jù)表項目序號項目名稱技術(shù)參數(shù)備注1井口出油溫度（°c ）50 80適應(yīng)特超稠油及高凝油井2油井加熱功率（w/m）50 100適應(yīng)特超稠油及高凝油井3電源電壓（v）380 ±10%電源容量： 中頻電源功率4電源頻率（hz）50, 60中頻電源功率（kw）50, 100150,200適于鋼鎧電纜6加熱電纜耐溫（°c ）w250適用于注汽井7電纜抗拉強度（mpa）3358空心抽油桿規(guī)格（mm）0 34x

14、5. 5； 036x5.50 36x6； 0 38x6適于井深 1700m9特種桿規(guī)格（mm）32x5. 5w300m2 應(yīng)用條件中頻電加熱采油技術(shù)，當(dāng)然也適用泵上電加熱采油。由于加熱深度、 加熱功率可根據(jù)油井的實際生產(chǎn)狀況來調(diào)整、控制，耐溫性能好，因 此其應(yīng)用范圍較廣，可簡單歸納為一句話：不管稀油、稠油、高凝油 生產(chǎn)井，井深w2000m,在生產(chǎn)過程中，需要對井筒油流加熱的井，均 可應(yīng)用。第3章中頻電加熱裝置在鄭6區(qū)塊的應(yīng)用3.1分布及使用情況魯祥采油管理區(qū)鄭6區(qū)塊目前在用的電加熱裝置中，工頻電加熱4臺，屮頻電加熱27臺，水循環(huán)加熱2臺。中頻電加熱目前是管區(qū)主要井筒加熱設(shè)備。圖3.1魯祥井筒加

15、熱裝置分類圖3.2中頻和工頻參數(shù)對比從2008年開始，由于加溫效果不理想、無法調(diào)節(jié)功率、井下軟電 纜故障較高等原因，管區(qū)陸續(xù)將工頻電加熱淘汰，更換為加溫效果較 好，功率可調(diào)節(jié)，井下鋼鎧電纜耐用的中頻電加熱裝置。我們對鄭6- 平12和鄭更601井進行了更換電加熱裝置前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比：表3.1鄭6-平12井?dāng)?shù)據(jù)對比表電加熱泵徑mm沖程x沖次日產(chǎn)量t含水井口溫度°c日耗電kw. 11液油水工頻705x0.49.81.28.682. 6541440中頻705x0.410.91. 79.288.2651320根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出，鄭6-平12井更換中頻電加熱后，相同沖次下，液量油量均有所上升，

16、井口溫度上升9°c,日耗電較工頻電加熱減少 120kw. h/do表3.2鄭更601井?dāng)?shù)據(jù)對比表電加熱泵徑mm沖程x沖次日產(chǎn)量t含水井口溫度°c日耗電kw. h液油水工頻707x0. 2514.32.212. 184.3561488中頻707x0. 1510.22.57. 774.8621370根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出，鄭更601井更換中頻電加熱后，相同沖 次下，雖然液量有所下降，但是油量增加，含水降低，井口溫度上升61, 日耗電較工頻電加熱減少118kw. h/do分析得出，中頻電加熱較工頻電加熱在鄭6區(qū)塊具有加溫效果好、 耗電量低、提液增油的效果。3.3中頻電加熱的維護保養(yǎng)

17、鄭6區(qū)塊使用的中頻電加熱裝置為室外裝置，受天氣、使用時間 等因素影響較大，因此需要加大維護保養(yǎng)力度。根據(jù)使用說明我們對 改裝置的維護保養(yǎng)細節(jié)進行了匯總：1. 檢查運行環(huán)境（溫度、濕度、塵埃、氣體、設(shè)備周圍有無漏水現(xiàn)象等）。2觀察設(shè)備運行情況，如噪聲有無異常、溫升有無異常、顯示有 無異常等。3. 在1-2個月之間對設(shè)備進行一次定期檢查。檢查內(nèi)容如下：（1）接線端子螺絲是否松動，如松動用螺絲刀擰緊；（2）回路端子是否有接觸不良的情況，連線處是否有過熱痕跡；（3）電纜、控制電纜有無損傷，尤其是與金屬表面接觸的表皮是 否有破損；（4）電纜端子的絕緣套是否脫落；（5）電路板、風(fēng)道上的粉塵全面清掃（可用吸

18、塵器）；（6）進行絕緣測試；4. 檢查中如出現(xiàn)跳閘保護、供電系統(tǒng)故障、工作環(huán)境發(fā)生變化等, 只有廠家專人才能進行拆卸部件或者器件更換等工作，不要將螺絲及 墊圈等金屬物件遺留在機器內(nèi)，否則有損壞設(shè)備的危險。3.4中頻電加熱的故障處理通過廠家指導(dǎo)和常年的現(xiàn)場使用經(jīng)驗，我們對中頻電加熱裝置的 故障也進行了分析。比如現(xiàn)場發(fā)生中頻電源送不上電故障時，先檢查 中頻電源是否存在異常，如果中頻電源沒有問題可以初步斷定電纜發(fā) 生故障，故障類型為電纜短路或電纜斷路。根據(jù)中頻電源控制板 hfzk-2故障燈顯示：紅燈表示短路、綠燈表示斷路；而對于h2006f 控制板，顯示001表示短路，顯示004表示斷路，然后按故障類型不 同，分別處理：1、針對電纜斷路：（1）檢查零火線的連接情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理；（2）如果零火線連接正常，表明電纜本體存在斷路故障，直接把 故障電纜從井中提出，待修。2、針對電纜短路：（1）把電纜頭絕緣打開，觀察是否存在短路情況，如有短路情況 及時處理；（2）如果不能直接通過觀察判斷是否由于電纜頭引起的短路，把 原來的電纜頭剪掉，重新制作電纜頭，再次送電，如果送電正常，說 明電纜本體沒有異常；（3）如果中頻柜繼續(xù)保護，則說明電纜本體短路，把電纜從井中 提出，待修。常見故障現(xiàn)象及其解決方法如下表所示：表3. 2常見故障及處理方法異常現(xiàn)象發(fā)生原因解