中频电加热装置在郑6区块的应用

1、单位：鲁胜公司鲁祥采油管理区6区块的应用论文完成时间：2016年4月摘要胜利油田郑6区块原油具有密度高、粘度大的特点，平均密度1.0212g/cm3,平均粘度达到6900mPa.s（80C测粘），属特超稠油油藏。自2004年全面开发以来，一直采用空心杆加温工艺开采，2008年开始，陆续采用中频电加热装置取代工频电加热装置进行井筒降粘开采，效果较好。中频电加热装置是拌热采油技术的一种设备，适用于稠油井、高凝油井和含蜡井的原油在井筒内举开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。生产实践证明，该套装置明显克服了工频电加

2、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%本文通过对中频电加热装置的工作原理介绍结合郑6区块原油物性分析，简要对该装置在郑6区块的应用进行了描述分析，为下步郑6区块的井筒降粘技术开发提供了依据关键词：特稠油油藏；中频电加热；钢铠电缆摘要II第1章前言1第2章中频电加热装置介绍22.1 装置构成与工作原理22.2 分类构成及规格型号32.3 主要参数及应用条件9第3章中频电加热装置在郑6区块的应用103.1 分布及使用情况103.2 中频和工频参数对比113.3 中频电加热的维护保养123.4 中频电加热的故障处理13第4章结论15第1章前言

3、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开问题。井筒电加热最主要的目的是补偿井筒向地层的散热，从而维持通过井筒的石油在一定的温度，以控制其析蜡和粘度的增加，使石油得以产出。井筒加热适用于原油能够从油层进入井底，而在井底向井口的上升过程中由于井筒向地层的散热而发生原油大幅度的析蜡和增加粘度的情况。在井筒中部某个高度，温度会降至析蜡点，在析蜡点的高度往上，井筒中将发生结蜡堵塞的可能，在这种情况下，显然，进行井筒加热，将有助于

4、恢复正常生产。于原油能流入井底的稠油和高凝油，采用井筒加热的方法来维持正常生产，比注蒸汽和火烧油层的方法简单而且节省的多。就能量的有效利用而言，电加热不是一种经济的加热方式，因为在我国以火力发电为主的情况下，燃料的热能变为用户的电能，转换效率只有25喊稍多一些。但是，电能传输方便，管理简易，在某些特定条件下，反而更显其优越性，这也是一些油田仍然倾向于采用井筒电加热，以满足井筒中通过的原油防蜡、降粘的原因。第2章中频电加热装置介绍2.1 装置构成与工作原理1 .构成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2.1所示图2.1中频电加热装置采油工

5、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101000Hz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，

6、随时被举升的油流带走，升温降粘，实现连续举升的目的。2.2 分类构成及规格型号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，具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）X100%由于CPU可以对占空比进行

7、连续调节，所以可以实现设备的软启动和软关断。如图2.3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（IGBD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。i-hII驱动电路图2.3.电热采油专用中频电源原理框图图2.4.电热采油专用中频电源带间歇式供电装置

8、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2.1）。表2.1.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）136*635CrMo4.5462035.04236*5.535CrMo4.2362032.66334*5.535CrMo3.9262030.18434*535CrMo3.6762028.23532*53.462026.28图2.5.空心杆3 .钢管护套油井加热专用电缆钢管护套油井加热专

9、用电缆由电缆芯线、绝缘层、钢护套层组成。电缆剖面见图2.6。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、2000M2500V。?绝缘电阻：300MQkm（温度20C,湿度80%）;?钢铠护套抗拉强度：335MPa?温度范围：-30C250C;?使用寿命：A2年。电缆芯线1聚四氟乙烯L绝缘材料绝缘材料V钢铠护套图2.6.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。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

10、；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350Co可作为注采一次泵。表2.2为空心抽油泵主要技术参数。表2.2.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(mrm)最大外径(mm中心最小内径(mm连接油管外(mm空心抽油泉型号57/3232.5662.546481072288.970/3233.6664.3810301072288.9图2.8电加热专用管柱图2.7空心抽油泵结构示意图Q不图忖辜出池:

11、衿央打-惠斗,中频电源功率4电源频率（Hz）50,605中频电源功率（kVV50,100150,200适于钢铠电缆6加热电缆耐温（C）250适用于注汽井7电缆抗拉强度（MPa3358空心抽油杆规格（mm34X5.5;36X5.536X6;38X6适于井深w1700m9特种杆规格（mm32X5.5w300m2 .应用条件中频电加热采油技术，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w2000m在生产过程中，需要对井筒油流加热的井，均可应用。第3章中频电加热装置在郑6区

12、块的应用3.1 分布及使用情况鲁祥采油管理区郑6区块目前在用的电加热装置中，工频电加热4台，中频电加热27台，水循环加热2台。中频电加热目前是管区主要井筒加热设备图3.1鲁祥井筒加热装置分类图3.2 中频和工频参数对比从2008年开始，由于加温效果不理想、无法调节功率、井下软电缆故障较高等原因，管区陆续将工频电加热淘汰，更换为加温效果较好，功率可调节，井下钢铠电缆耐用的中频电加热装置。我们对郑6-平12和郑更601井进行了更换电加热装置前后生产数据对比：表3.1郑6-平12井数据对比表电加热泵径mm冲程X冲次日ft含水井口温度C日耗电KW.H液油水工频705x0.49.81.281.682.6

13、541440中频705x0.410.91.79).288.2651320根据表中数据可以看出，郑6-平12井更换中频电加热后，相同冲次下，液量油量均有所上升，井口温度上升9C,日耗电较工频电加热减少120KW.H/d表3.2郑更601井数据对比表电加热泵径mm冲程X冲次日ft含水井口温度C日耗电KW.H液油水工频707x0.2514.32.212.184.3561488中频707x0.1510.22.57.774.8621370根据表中数据可以看出，郑更601井更换中频电加热后，相同冲次下，虽然液量有所下降，但是油量增加，含水降低，井口温度上升6C,日耗电较工频电加热减少118KW.H/d分析

14、得出，中频电加热较工频电加热在郑6区块具有加温效果好、耗电量低、提液增油的效果。3.3 中频电加热的维护保养郑6区块使用的中频电加热装置为室外装置，受天气、使用时间等因素影响较大，因此需要加大维护保养力度。根据使用说明我们对改装置的维护保养细节进行了汇总：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 .在1-2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

15、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。3.4中频电加热的故障处理H2006F通过厂家指导和常年的现场使用经验，我们对中频电加热装置的故障也进行了分析。比如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

16、表示短路、绿灯表示断路；而对于控制板，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，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3.2常见故障及处理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