中頻感應加熱管纜及其製備方法與流程
2023-07-23 19:16:41
本發明涉及一種中頻感應加熱管纜及其製備方法，適用於石油工程的技術領域。
背景技術：
連續油管，又稱撓性油管，一卷可長達萬米，能夠代替常規油管進行很多作業。連續油管作業設備具有帶壓作業、連續起下的特點，設備體積小，作業周期快，成本低，廣泛應用於油氣田修井、鑽井、完井、測井等作業，貫穿了油氣開採的全過程。油井結蠟是油田開發過程中存在已久的問題，當原油從地下抽到地面時，由於溶解氣體的逸出和膨脹而使原油溫度逐漸降低，蠟就從原油中按分子量的大小順序結晶析出，並繼而沉積在油管內壁上，致使井筒變窄，油井產量降低，嚴重時還會堵塞油管造成油井停產。
原油對蠟的溶解度隨溫度的降低而減小，當溫度降低到原油對蠟的溶解度小於原油的含蠟量的某一值時，原油中溶解的蠟便開始析出。熱力清防蠟技術是利用熱能提高井筒流體溫度，熔化沉積於井筒中的蠟達到清防蠟的一種方法。對於含蠟原油，當原油溫度超過析蠟溫度時，則起到油井防蠟作用：對於高凝油及稠油，則利用其流動性對溫度敏感的特性，通過井筒加熱達到降粘降阻的目的。熱力清防蠟技術根據其加熱介質不同分為熱流體循環清蠟、電熱清蠟和熱化學清蠟三大類。
熱流體循環清蠟法的熱載體是地面加熱後的流體物質，如水或油等，通過熱流體在井筒中的循環傳熱給井筒流體，提高井筒流體的溫度，使得蠟沉積熔化後在溶於原油中，從而達到清蠟的目的。
目前油田採油中所用的超聲波技術主要利用超聲波的聲能擊碎原油和石蠟的高分子鏈，使之變為低分子鏈，提高了流動性，使其利用的電能一部分轉為聲能而另一部分轉為熱能，而轉為熱能的部分則白白的浪費了。超聲波電熱清蠟裝置即利用了電能轉換成的聲能，又利用電能在傳輸過程中釋放的熱能，對能源進行了綜合利用。其主要機理是將發射機產生的大功率電振蕩傳輸給布設在結蠟區的換能器，將電振蕩轉換成強聲壓波，作用於結蠟區，使油井結蠟有序的脫落，達到解蠟的目的。
微生物防蠟技術則針對原油含蠟的特點以及結蠟機理，篩選合適的細菌組合注入井筒，利用微生物細菌及其代謝產物的作用，阻止石蠟結晶，防止或緩解井筒結蠟，達到代替或逐漸替代傳統清防蠟措施的目的。
另外，連續管纜的外管和內部電纜不存在過盈配合時，纜本身的承載能力有限，易造成內電纜拉斷，限制了大長度產品的生產和應用。目前主要採用的是方法是選用承荷電纜，利用鋼絲包裹電纜以達到更大的載荷能力，但實際生產中，焊接溫度會對外鋼絲產生破壞性損失。同時，盤卷時，管和纜的分離容易造成纜的拉伸損壞，所以必須有一種方式能夠使得管和纜能夠很好地配合，使得外管能夠承受整根纜的重量，提高管纜的各項性能。
技術實現要素：
本發明為克服現有技術中的上述缺陷，提出了一種中頻感應加熱管纜及其製備方法，其利用電感應加熱原理將連續油管變成熱載體，加熱流經油管和管纜環空的天然氣或原油，實現消除結蠟等作用。同時，能夠使得管和纜較好地配合，使得外管能夠承受整根纜的重量。
本發明的第一方面，涉及一種中頻感應加熱管纜，由連續油管和設於連續油管內部的線纜組成，連續油管和線纜之間設有環空層，線纜由從內到外依次設置的鋼絲繩、五類導體層、絕緣層和鎧裝層組成，鋼絲繩、五類導體層、絕緣層和鎧裝層之間均通過過盈配合實現夾緊；電能由三相配電變壓器經AC-DC-AC逆變電路輸出傳送到中頻感應加熱管纜，由五類導體和連續油管形成一個完整的迴路。
優選地，連續油管的化學成分按照質量百分比為：C：0.1-0.12％，Cr：1-1.2％，Ni：0.7-0.72％，Mo：0.3-0.33％，V：0.1-0.12％，Nb：0.05-0.07％，B：0.03-0.035％，P：0.015-0.016％，S：0.008-0.01％，其餘是Fe和不可避免的雜質；
用於製造連續油管的鋼帶的製備過程為：第一，將上述組分按照對應的質量百分比冶煉並澆鑄成板坯；第二，將板坯加熱到1235-1240℃，保溫時間為2.0-2.2分/毫米，取決於板坯的厚度；第三，終軋溫度控制範圍為790-795℃，保溫10-15分鐘；第四，加熱到1020-1026℃後進行淬火處理；第五，在660-665℃時進行高溫回火處理；第六，空氣中自然冷卻。
優選地，鋼絲繩的直徑為4mm，五類導體層的厚度為10mm，絕緣層的厚度為10mm，鎧裝層的厚度為1.5mm，連續油管的壁厚為6mm。絕緣層可以是矽橡膠絕緣層。
本發明的另一方面涉及一種如上所述的中頻感應加熱管纜的製備方法，包括以下步驟：
(1)從供帶盤供給鋼帶到清洗裝置，利用鹼性脫脂液去除鋼帶表面的雜質；
(2)使鋼帶經過輥壓裝置，以產生初步的變形，便於形成連續油管的形狀；
(3)將鎧裝電纜供給到位於輥壓裝置和管成型裝置之間的用於形成連續油管的鋼帶中；電纜和管內徑經過核算，使得在定徑後能夠過盈配合在一起；
(4)使鋼帶經過管成型裝置，以形成連續油管的形狀；
(5)採用雷射焊接方法將鋼帶的對縫焊接成一體；
(6)對連續油管進行定徑、精整和卷盤封裝。
本發明中利用加熱管纜做熱源體,將電能轉化成熱能直接加熱環空層內的液體和氣體，可以有效解決高凝油開採時的油管結蠟問題。同時，由於線纜各層之間實現了過盈配合，能夠通過鎧裝層來承重，從而降低了線纜損壞的可能性。
附圖說明
圖1是本發明的中頻感應加熱管纜的斷面示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互任意組合。
如圖1所示，根據本發明的中頻感應加熱管纜，由連續油管5和設於連續油管內部的線纜組成，連續油管5和線纜之間設有環空層6，線纜由從內到外依次設置的鋼絲繩1、五類導體層2、絕緣層3和鎧裝層4組成，鋼絲繩1、五類導體層2、絕緣層3和鎧裝層4之間均通過過盈配合實現夾緊。電能由三相配電變壓器經AC-DC-AC逆變電路輸出傳送到中頻感應加熱管纜，由五類導體和連續油管形成一個完整的迴路。利用加熱管纜做熱源體,將電能轉化成熱能直接加熱環空層內的液體和氣體。該中頻感應加熱管纜可以有效解決高凝油開採時的油管結蠟問題。同時，由於線纜各層之間實現了過盈配合，因此能夠通過鎧裝層來承重。本發明提出了一種利用連續油管和五類導體作為發熱體直接加熱油管內原油、天然氣的技術，其中的五類導體是本領域的技術術語，指多根較細的單絲絞合,具有柔軟性能的導體。
中頻感應加熱是利用中頻電源建立中頻磁場，使鐵磁材料內部產生感應渦流並發熱，達到加熱材料的目的。當通過導體環路所包圍的磁通量發生變化時，環路中就會產生感應電勢，同樣，處於交變磁場中的導體，受電磁感應的作用也產生感應電勢，在導體中形成感應電流(渦流)，感應電流克服導體本身的電阻而產生焦耳熱，用這一熱量加熱導體本身，使其升溫、熔化，達到各種熱加工的目的，這就是中頻感應加熱的原理。
本發明中的中頻感應加熱採用將工頻50HZ交流電轉變為中頻(300HZ以上至20K HZ)的電源裝置，把三相工頻交流電，整流後變成直流電，再把直流電變為可調節的中頻電流，供給到中頻感應加熱管纜中實現加熱的目的。
如圖1所示，優選地，鋼絲繩1的直徑為4mm，五類導體層2的厚度為10mm，絕緣層3的厚度為10mm，鎧裝層4的厚度為1.5mm，連續油管5的壁厚為6mm。絕緣層3可以是矽橡膠絕緣層，鎧裝層4用於鎧裝內部纜線。
本發明中連續油管5的化學成分按照質量百分比為：C：0.1-0.12％，Cr：1-1.2％，Ni：0.7-0.72％，Mo：0.3-0.33％，V：0.1-0.12％，Nb：0.05-0.07％，B：0.03-0.035％，P：0.015-0.016％，S：0.008-0.01％，其餘是Fe和不可避免的雜質。用於製造連續油管的鋼帶的製備過程為：第一，將上述組分按照對應的質量百分比冶煉並澆鑄成板坯；第二，將板坯加熱到1235-1240℃，保溫時間為2.0-2.2分/毫米，取決於板坯的厚度；第三，終軋溫度控制範圍為790-795℃，保溫10-15分鐘；第四，加熱到1020-1026℃後進行淬火處理；第五，在660-665℃時進行高溫回火處理；第六，空氣中自然冷卻。
實施例1：
連續油管的化學成分按照質量百分比為：C：0.1％，Cr：1.1％，Ni：0.72％，Mo：0.32％，V：0.11％，Nb：0.05％，B：0.034％，P：0.015％，S：0.008％，其餘是Fe和不可避免的雜質。
實施例2：
連續油管的化學成分按照質量百分比為：C：0.11％，Cr：1.1％，Ni：0.7％，Mo：0.3％，V：0.1％，Nb：0.06％，B：0.032％，P：0.015％，S：0.009％，其餘是Fe和不可避免的雜質。
實施例3：
連續油管的化學成分按照質量百分比為：C：0.12％，Cr：1％，Ni：0.71％，Mo：0.3％，V：0.12％，Nb：0.05％，B：0.035％，P：0.016％，S：0.01％，其餘是Fe和不可避免的雜質。
優選地，用於製造連續油管的鋼帶的製備過程為：第一，將上述組分按照對應的質量百分比冶煉並澆鑄成板坯；第二，將板坯加熱到1236℃，保溫時間為2.0分/毫米，取決於板坯的厚度；第三，終軋溫度控制範圍為792℃，保溫15分鐘；第四，加熱到1024℃後進行淬火處理；第五，在664℃時進行高溫回火處理；第六，空氣中自然冷卻。經過上述熱處理以後的鋼帶不僅具有優良的焊接性能，而且還具有優良的延展性和塑性，能夠極大地提高連續油管的使用壽命。
本發明還旨在提供一種中頻感應加熱管纜的製造方法，即在生產中頻感應加熱管纜時就將電纜封裝在其內部，不需要額外的設備或步驟以電纜貫穿連續油管，用雷射焊接技術代替了傳統的ERW焊接，有效地解決了現有技術中連續油管的內毛刺問題和溝槽腐蝕問題。同時，根據本發明的中頻感應加熱管纜的製造方法，還從形成中頻感應加熱管纜的鋼帶的組分和生產工藝、成型設備、焊接工藝、熱處理和防腐蝕工藝等多個方面進行了改進，使之能夠不間斷地生產出中頻感應加熱管纜，具有廣闊的應用前景。
根據本發明的中頻感應加熱管纜的製造方法，包括以下步驟：
(1)從供帶盤供給鋼帶到清洗裝置，利用鹼性脫脂液去除鋼帶表面的雜質；
(2)使鋼帶經過輥壓裝置，以產生初步的變形，便於形成連續油管的形狀；
(3)將鎧裝電纜供給到位於輥壓裝置和管成型裝置之間的用於形成連續油管的鋼帶中；電纜和管內徑經過核算，使得在定徑後能夠過盈配合在一起；
(4)使鋼帶經過管成型裝置，以形成連續油管的形狀；
(5)採用雷射焊接方法將鋼帶的對縫焊接成一體；
(6)對連續油管進行定徑、精整和卷盤封裝。
優選地，在步驟(1)和(2)之間增加步驟：在利用鹼性脫脂液清洗結束後，用清水對鋼帶表面進行超聲波清洗，以去除表面的脫脂液；然後經過乾燥吹風裝置吹乾鋼帶的表面。在步驟(5)和(6)之間可以增加去除外毛刺的步驟，外毛刺通過毛刺去除裝置物理去除或者在外毛刺集中的區域塗抹毛刺去除液來去除。
優選地，清洗裝置中的鹼性脫脂液由氫氧化鈉、碳酸鈉、矽酸鈉和水配置，各組分的質量分數分別為氫氧化鈉0.7％、碳酸鈉8％、矽酸鈉3.5％，其餘為水，脫脂過程中脫脂液的溫度保持在85±5℃。
優選地，毛刺去除液可以由水、苯甲酸、酒石酸、水楊酸、過氧化氫、尿素、葡萄糖酸鉀、丁酸鈉按照質量比為1：0.1-0.12：0.08-0.1：0.05-0.07：0.06-0.1:0.01-0.05:0.02-0.04:0-0.02混合均勻製成。使用時，將上述毛刺去除液均勻塗抹在外毛刺集中區域即可。
雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便於理解本發明而採用的實施方式，並非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護範圍，仍須以所附的權利要求書所界定的範圍為準。