用於烴類生產油管內的加熱器纜線的製作方法與工藝

2023-06-14 21:24:17

本發明涉及適用於暴露於高壓的頁巖型井和具有最終或永久淹沒的環形空間的井，或兩者的組合之內的烴類生產油管內的加熱器纜線，此種纜線也適用於垂直或定向井，無壓力和乾燥的環形井，以及在一定範圍的變量中具有高操作彈性的其它生產系統。所述加熱器纜線的目的是用以預防以及／或者清除烴類生產井的油管中因為像是石蠟和氫氧化合物等物質累積所引起的障礙，並且降低讓石油鑽探變得困難的油的高黏度，當所述油和纜線在低於極限的溫度並暴露於高壓，例如高於1000磅每平方英寸（poundspersquareinch，簡寫為psi），甚至超過10,000psi的壓力下，會特別有用。

背景技術：
石油儲量最大的石油為重型或高黏度型石油，在這類的油的組合物中，通常有高含量的高分子量烴（或低等級API）。此外，在流體中也可能含有石蠟(paraffin)，在低溫下會形成固體，往往會阻礙油管。一般來說，這些問題不同時發生，因為當石油是輕的且具有低黏度時，並不難開採，但它通常包含石蠟，石蠟容易產生固體沉澱阻礙油管。當石油是重的，它通常不含有石蠟，但這類油的黏度曲線會產生一個問題。在這種情況下，不會有沉澱的固體成分，但是從黏度曲線來看，低溫時使油的黏度顯著增加到非常接近凝固，雖然沒有達到臨界點，但油的黏度增加意味著必須以非常低的流速開採，以便不損壞設備，它可能會導致抽取過程被中斷，即使沒有造成故障，也會變得很難或不太可能開採。已知烴類溫度和黏度之間有反向的關係。實際上，當溫度下降，其黏度會增加，直到變成膏狀與達到近乎固態為止。如果比較地球最深的地區和最接近地表之間的溫度，可以觀察到數值隨著深度越淺降得越多。也就是，越接近表面的溫度越低，因此當石油從地質層開採上來時，當它越接近地表，溫度會越來越低。總括來說，對某些類型的油來說，溫度降低意味著要克服黏度增加所產生的壓力。冷卻所增加的黏度會產生很大的反壓，可能會導致井的生產停止，或因為人為壓力而造成泵損壞。即使在後者的情況，隨著時間演進，生產量也會降低，或者無法生產。在具有高含量的石蠟的井中，沉澱物會阻塞井，使其無法有效地開採。在天然氣井中，堅硬結構的氫氧化物也會如同石蠟一般阻塞開採的油管。在上述這些情形中，針對溫度下降的問題，解決方案是避免每個井的溫度降到適當限制之下。此外，值得一提的是，頁巖型烴類的儲備，在稍早之前還無法開採，也算是全球石油儲量的一部分。隨著技術的進步，現在已經成為商業上可行的，具有相當大的潛力。值得一提的是，開採這類新井的技術提升，除了上文提到的溫度問題是所有油井都會遇到的，另外還有一些新的變量，像是壓力，因為現有的纜線不耐高壓操作。舉例來說，頁巖型井大多是在高壓下開採，而且通常在安裝過程中或甚至在操作期間，安裝加熱器纜線的區域會承受非常高的壓力下，因此有必要開發特別的設計來永久地抵抗壓力。即使是使用封隔器(packer)，開採的損失和維持定位所需的高壓也並非過去常見。對於安裝了加熱器纜線的區段來說，通常也會被非常高密度的溶液淹沒，而阻塞了井，在後續的操作中，液體往往也會留在那個位置上，在開採部分或所有的石油時，石油也會沿著所述區段上升，這意味著加熱器纜線必須承受高的壓力和被淹沒在具有化學侵蝕性的流體中，這也是本發明所欲改善的對象。針對此一主題，一些先前技術的文件概述如下：ES8700534一案是關於用以加熱圍繞探勘井的區域的程序和纜線。所使用的纜線是利用線圈導入，因此具有彈性的，因此不會固定在探勘油管(drillingtubing)上形成固定的安裝系統。WO92/08036一案是關於特殊的加熱器纜線，其加熱效果是通過其核心與其表面的套子之一的短路達到加熱效果。在此案中並沒有提到不同的架設和安裝方法。WO01/27437與RU2182959同一案是關於將加熱器纜線加入探勘油管的裝置或設備。本案是關於包含一滑輪的裝置，以及將纜線引進生產油管或移除纜線的設備，其目的在於引進或移除纜線，而非構成一固定安裝的加熱系統。WO00/11317一案是關於包括光纖導體的加熱器纜線。光纖可測量井的溫度，因此也可通過溫差偵測流體的存在。US6142707一案是關於一種油管內含油管的加熱系統，在外部和內部油管間會有電流產生。US5782301一案是關於提供三相電力以應用於油管的加熱器纜線，因為它沒有外部導管。其結構主要是由鉛所製成。實際上，採用這種結構的纜線發生過相當多的問題，而且它們只能提供低加熱電力且需要相當大的電流，因此並不適用於高黏度或高壓的石油生產，同時它們也只是如同電鍍浸水泵(electrosubmergiblepump)所用的改良饋入纜線。US5182792一案是揭示某種設備或裝置，它並非隔絕油管內的電氣組件，而是在內部纜線和油管本身之間產生短路。它可用於一般的管線，而並非專門用於油井。US5065818一案是關於固定在無管線油井的水泥壁的加熱器。US4911239一案是關於一種泵加熱器，其可加熱泵的輸入端以便於泵樹(pumpingtree)和生產油管壁之間產生短路。最後，值得一提的是的實用新型專利AR039993B4，其是關於石油生產油管所用的加熱器纜線，包含一外金屬熱導體和一個具有電絕緣、抗蝕特性與機械耐用性的彈性內套的組合，所述套是由幾個重疊的套子形成，其中包括：a）一圍繞電導體的電絕緣內套，將加熱器組件連接到裝置旁邊的導體；b）一覆蓋第一套的第二網狀金屬套；c）一圍繞第二套的第三氟聚合物套；以及d）一圍繞第三套的外殼。儘管所述加熱器纜線在某些條件下滿足其功能，當它在烴類生產井內承受高壓時，它會有一些結構和功能的缺陷。這意味著，高壓會經由金屬網孔造成保護的電導體的絕緣套的變形，由於絕緣套的介電能力受到影響，比起流體穿過網孔和絕緣套所產生的化學反應更為不佳。此外，射頻訊號可通過金屬網孔，因此，由於其自身的電流流動，會干擾到其它井內的纜線或設備。以現行油井所用的最高技術來說，撇開黏度、石蠟，或氫氧化物的問題不談，即使能夠發揮到極限，也沒有考慮到目前所面臨的高壓井問題，像是最近世界上新開發的頁巖型井。因此有必要讓探勘過程中所使用到的所有配件和裝置更能夠耐壓，而傳統舊的工具和設計無法達到要求。所以，有必要開發高耐用程度的組件，像是本發明的所提出的加熱器纜線。

技術實現要素：
本發明的目的是提供高操作彈性的用於烴類生產油管內的加熱器纜線，以便使用在具有不同特性的井或可交換，使得它可以被安裝在頁巖型或一個普通的，垂直的或水平井，不論壓力高低和環形空間有無被水淹沒，結合上述這些變量，並且抗拒廣泛的流體的化學和物理侵蝕性，以整合為一的產品，適用於像是石油公司等用戶。毫無疑問地，這種加熱器纜線適用於高壓和淹沒的環形頁巖井，由於其特殊的優勢，因此也可以用在其它需求較少的井。因此，本發明的目的是提供一種用於烴類生產油管的加熱器纜線，生產油管包括但不限於鑽探油管；較佳是應用於加壓或淹沒的環形空間頁巖型井，用以預防以及／或者清除烴類生產井的油管中因為像是石蠟和氫氧化合物等物質累積，或者是因為黏度急速增加所引起的障礙，所述纜線包括沿著固定至所述油管的金屬熱導體導管延伸和通過固定組件與所述金屬熱導體導管接觸的彈性體，所述纜線還包括一絕緣所述電氣導體的內套、一位於所述電氣導體的絕緣內套之上的金屬外罩、一圍繞所述金屬外套的氟聚合物外罩，以及一由一螺旋狀圍繞所述氟聚合物外罩的彈簧所形成的外殼所形成。所述電氣導體的絕緣內套的塗層是由至少一個保護所述絕緣內套的所有表面的層狀帶所形成，其可抗高壓並以一圍繞的方式沿著所述絕緣內套排列。根據一較佳實施例，所述層狀帶是由一外鋁套與一內聚合物套所形成。附圖說明圖1為一烴類鑽探油管段的視圖，其中根據一典型排列方式，熱導體導管是被固定，而加熱器纜線是沿著熱導體導管內固定；圖2所示為加熱器纜線的截面圖；圖3所示為加熱器纜線的部分視圖，其中可清楚看到不同的結構套；圖4所示為纜線的電氣導體的絕緣內套的保護套排列方式；圖5所示為圖4的保護套的形式以及保護套如何被排列在纜線導體的絕緣內套上。主要組件附圖標記說明：1典型油管(tubing)2加熱器(heater)3固定方法(anchoragefixationmethod)4夾子(clamp)5加熱器纜線6電氣導體7絕緣內套(insidesheath)8金屬網格(metallicmesh)9氟聚合物外罩(fluoropolymericjacket)10外護套(outsidearmoursheath)11外鋁套(aluminiumoutersheath)12內套具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖1所示為一被設置於開採烴類的生產井內的典型油管(tubing)1，其中由金屬熱導體導管形成(metallicthermoconductorduct)的加熱器(heater)2是通過架設組件和固定方法(anchoragefixationmethod)3與夾子(clamp)4予以排列。本發明的加熱器纜線5沿著金屬熱導體導管設置，在此實施例中包括三條電氣導體6。在圖2與圖3中，應可了解的是纜線5的結構包括將電氣導體6絕緣的內套(insidesheath)7、所述絕緣內套7的金屬網格(metallicmesh)8、圍繞金屬網格8的氟聚合物外罩(fluoropolymericjacket)9，以及捲曲圍繞在氟聚合物外罩9上的彈簧所形成的外護套(outsidearmoursheath)10。金屬網格8是由所述絕緣內套7的所有表面的至少一條層狀保護帶(laminarprotectiveband)所形成，並且以螺旋狀的排列方式圍繞著所述絕緣內套7。如圖4所示，所述絕緣內套7與所述層狀帶的連續螺旋是在所述層狀帶8的寬度的，舉例來說，10％和90％之間彼此部分重疊，不過根據較佳實施例，這些連續螺旋是在所述層狀帶的寬度的50％彼此重疊。如圖5所示，層狀帶8較佳是由一外鋁套(aluminiumoutersheath)11和聚合物材料，如聚對苯二甲酸乙二酯（Mylar或Melinex，根據商標名稱）的內套12所組成。選擇性地，層狀帶8的外套可由銅製成，但由於此種材料容易在短期或中期內鏽蝕，影響纜線的可用時間，因此僅會用於特定的狀況或應用中。在一未顯示在圖上的替代實施例中，實際上，金屬熱導體導管可通過架設與固定裝置而被固定在實質上排列在油管內軸向位置的至少一桿(rod)上。依此方式，金屬熱導體導管可達成與生產油管內所傳輸的流體的直接熱交換，因為金屬熱導體導管沒有與生產油管1接觸，而是與其內部流動的流體接觸。本發明為了解決傳統加熱器纜線的上述不便，並且預防或消除石蠟固化造成烴類探勘油井的部分或完全堵塞，因此提出新穎的加熱器纜線。實際上，所述纜線與先前使用的纜線的結構特性不同，因此可提供有效的解決方案，形成一抗壓的障壁，以確保電氣傳導性並保護其絕緣內套，讓纜線即使在高壓或液體注滿環型空間的情況下，也能保有最佳的狀態。此外，另一傑出的優點是它可散熱，讓導體在電流經過時維持正常的操作參數。還有，值得一提的是射頻訊號完全被屏蔽於導體之外。另一額外的優勢是可持續操作並維持最大電力。其高機械耐用性適合被放在油管中，並且承受高壓。將纜線安裝在油管內的過程可以在油井內利用電氣浸水泵或氣舉(gaslift)完成，但是沒有辦法用機械泵的方式完成。油管的外部固定並無限制。在此同時，纜線的高耐受性使得它可以被放在傾斜的井(slantedwell)或甚至水平井(horizontalwell)內，用以加熱流體和其周圍，提升井內的流動。顯然，本領域的技術人員可以對本發明實施例進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。