低頻油井電加熱裝置的製作方法
2023-10-23 21:34:27 2
專利名稱：低頻油井電加熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於油井使油層更易流動的低頻油井電加熱裝置。
背景技術：
在石油開採過程中，由於油層的壓力隨著採出油量的增加而逐漸下降，使許多油井在無足夠的油層壓力驅油到地面時，須採用人工提升方法將油抽上地面。最常用的採油提升設備是在地面上用馬達和「遊梁」來帶動井底下的油泵，並藉助於這些相互配合的設備實現通常所稱的二次採油。但在井噴的生產後期，隨著油層的下降而變為粘稠態，此時油不易流動，故給泵抽操作帶來一定困難，如操作不善還會造成泵軸損壞，以至於整個油井報廢。
為此，在石油的二次開採過程中，通常採用加熱油層的方式提高油的流動性以利於泵抽。傳統加熱油層主要採用高壓蒸汽和電加熱這兩種方式。所說的高壓蒸汽加熱油層即是往井口內注入高壓蒸汽，利用蒸汽的熱能熔化油層。在通常情況下，一口油井需要20天左右時間連續注入熱蒸汽，才能將其熔化，即要想繼續開採該井內的石油至少需要20天以上的時間，可見，蒸汽加熱油層的方式操作時間較長，所需的費用也較高。
而電加熱油層包括直流電加熱和交流電直接加熱，以及中頻電源加熱等多種方式。在採用直流電加熱油層過程中，由於油中存在大量的電解質，直流電易將這些電解質電解成游離態的離子，而抽油管件通常由金屬管件構成，故這些游離態離子極易將抽油管件侵蝕，而侵蝕嚴重時會使整個油井報廢。採用交流工頻電源直接對油層加熱，通常是將工頻電源變成單項的大功率電源，同時還採用與電網隔離等措施。如CN2203354Y公告的「井下電加熱裝置」採用的就是利用工頻電直接對油層加熱的方案。雖然該種加熱方式對油層來說較為均勻，但它必須採用大功率和靜電電壓控制器件，而這些器件在工頻的頻率作用下受環境溫度和溼度影響相當大，致使其使用壽命縮短。
另外一種電加熱油層的方式是採用中頻電源，比如CN2475221Y公告的「一種用於電熱採油中頻電源」，該種中頻電源採用整流和濾波等部件將工頻交電先轉換成直流電，再將直流電轉換成單項的中頻電輸出給設置在油井內的負載，即被加熱的電纜。將工頻電轉換成中頻電本身就具有相對複雜的結構，致使產生較高的製作成本；同時，中頻電的頻率相對較高，其所產生的電流還沒來得及伸入到油層內就開始發生轉換，使用中頻電對油層加熱，電流只能在油層的表面區域流動，這樣會直接造成油層的表面溫度較高，而越往其深層溫度越低的現象，所以，就電加熱油層而言，對油層是否能夠被均勻地加熱，直接取決於電源頻率的高低。
除此之外，由於油井絕大部分設置在遠離電站的場合，通常是無遮蓋的寬闊地帶。上述的無論是利用直流電或者是交流電或者是中高頻交流電源對油層加熱的電加熱設備，由於其選用的器件及各器件間的連接方式等方面因素，使其在無遮蓋的寬闊地帶極易受到自然界中雷電的侵蝕，會直接造成這些設備損毀。
發明內容
本實用新型的任務是提供一種將工頻電變成單項低頻電的方式對油層實現均勻加熱且具有低成本和環境適應性強的低頻油井電加熱裝置。
本實用新型所提出的低頻油井電加熱裝置，該加熱裝置具有一個箱體和設置在該箱體內的電源組件，該電源組件包括輸入端與三相工頻電源電連接，輸出端與設置在油井內的負載電連接並將工頻電壓變成低頻電壓的變頻組件，以及安裝在變頻組件輸入端用於控制該變頻組件輸出工況的控制組件。
所述變頻組件可由大功率可控矽或者場效應管或者晶閘管所構成的兩組反並聯全橋整流組件構成，或由大功率變頻集成模塊構成。
所述控制組件具有與輸入的三相工頻電源或者通過變壓器再與輸入的三相工頻電源相連接的低頻自激振蕩器，和一個用於接收自激振蕩器輸出的振蕩信號並將其變成脈衝信號的整形組件，所述控制組件還包括與所述低頻自激振蕩器的輸出端電連接的用於接收負載反饋信號的電流環和電壓環，且在電壓環或電流環的輸出端設置有一個滅環流整形組件。
本實用新型所提出的低頻油井電加熱裝置採用一個將輸入的三項工頻電壓轉換成單項低頻電壓的變頻組件和控制該變頻組件導通或阻斷的控制組件，它可產生20赫茲以下的極易穿透油層的低頻電壓，所以，該裝置對油層加熱非常均勻，不會出現電熱不均勻和電化電解等現象；同時，該裝置還採用單項低頻電源對油井加熱，使加熱負載的線路電感降低，減少了無功損耗，從而提高了整個裝置的熱效率；另外，由於變頻組件採用了穩定性很高的大功率的晶閘管等部件，使該裝置具有耐自然界中雷電侵蝕和耐潮溼等方面性能，非常適合於野外工作環境，且溫度適應範圍也相對較寬。
附圖1是本實用新型一個實施例的原理框圖；附圖2是圖1中變頻組件一個實施例的電路原理示意圖；附圖3是圖1中所述自激振蕩器和整形組件一個實施例的電路原理示意圖；附圖4是圖1中所述電壓環和電流環一個實施例的電路原理示意圖；附圖5是圖1中所述滅環流控制組件一個實施例的電路原理示意圖。
參見圖1和圖2，它給出本實用新型所提出的低頻油井電加熱裝置一個實施例的原理框圖。該裝置具有一個箱體(附圖中沒有給出箱體的具體結構)，該箱體可是一個矩形體，且在其內安裝有輸入端通過變壓組件與三相工頻電源相連接，輸出端與設置在油井內的負載相連接的電源組件。所述電源組件基本上由變頻組件和控制組件這兩部分組成。其中，控制組件基本上由低頻自激振蕩器1和可用於接收負載反饋信號的電流環3和電壓環2，以及滅環流控制組件4這三部分構成；而變頻組件包括變壓器B1和由大功率晶閘管D構成的兩組三相反並聯全橋整流組件(7，8)，當每一相的晶閘管D的控制極外加觸發電脈衝時，該相晶閘管即被導通且對負載9加熱。根據上述原理，變頻組件還可採用場效應管或者絕緣柵雙極電晶體或者由大功率變頻集成模塊製成兩組三相反並聯全橋整流組件，同樣可完成本實用新型的任務，也在本實用新型的保護範圍之內。
參見圖3，它給出自激振蕩器1一個實施例的電路原理示意圖，圖3中，IC1的輸出腳3可輸出自激振蕩信號並由端子D1傳送給輸入端是D2的整形組件，該整形組件主要包括兩個運算放大器IC2，通過兩個運算放大器IC2將輸入的振蕩信號變成正負方波或者正負脈衝信號，且可通過電位調節器W1正負方波的對稱度，並通過電位調節器W2輸出。
參見圖4，它給出電壓環2和電流環3一個實施例的電路原理示意圖。其中，負載9的電流反饋信號IF經電位調節器W3進入運算放大器IC3的2腳，而電壓反饋信號UF經電位調節器W4進入運算放大器IC3的6腳，並與輸入其內的由IC2輸出的正負方波相疊加後變成正負對稱的梯形波，再經它的第7腳輸出到滅環流控制組件4內。
參見圖5，它給出滅環流控制組件4一個實施例的電路原理示意圖。滅環流控制組件4中的IC4的第13腳用來接收IC3的輸出信號，並經兩個運算放大器IC4後形成按一定規律的正組功放5和反組功放6(參見圖1)的變換，以形成用於觸發變頻組件電壓，且使相鄰兩次觸發電壓間隔有預定的時間，以避免電迴路中產生環流。
權利要求1.低頻油井電加熱裝置，其特徵在於該加熱裝置具有一個箱體和設置在該箱體內的電源組件，該電源組件包括輸入端與三相工頻電源電連接，輸出端與設置在油井內的負載電連接並將工頻電壓變成低頻電壓的變頻組件，以及安裝在變頻組件輸入端用於控制該變頻組件輸出的控制組件。
2.根據權利要求1所述的低頻油井電加熱裝置，其特徵在於所述變頻組件可由大功率晶閘管或者場效應管或者絕緣柵雙極電晶體所構成的兩組反並聯全橋整流組件構成。
3.根據權利要求1所述的低頻油井電加熱裝置，其特徵在於所述變頻組件可由大功率變頻集成模塊構成。
4.根據權利要求1所述的低頻油井電加熱裝置，其特徵在於所述控制組件具有與輸入的三相工頻電源或者通過變壓器再與輸入的三相工頻電源相連接的低頻自激振蕩器，和一個用於接收自激振蕩器輸出的振蕩信號並將其變成脈衝信號的整形組件。
5.根據權利要求1或4所述的低頻油井電加熱裝置，其特徵在於所述控制組件還包括與所述低頻自激振蕩器的輸出端電連接的用於接收負載反饋信號的電流環和電壓環，且在電壓環或電流環的輸出端設置有一個滅環流控制組件。
專利摘要本實用新型涉及一種低頻油井電加熱裝置，具有一個箱體和設置在該箱體內的電源組件，所述電源組件具有可將工頻電壓變成低頻電壓的變頻組件和用於控制該變頻組件輸出的控制組件。該電加熱裝置採用20赫茲的低頻電加熱，對油層加熱非常均勻，不會出現電熱不均勻和電化電解等現象；同時，該裝置還採用單項低頻電源對油井加熱，使加熱負載的線路電感降低，減少了無功損耗，從而提高了整個裝置的熱效率，且溫度適應範圍也相對較寬。
文檔編號E21B43/16GK2780989SQ20042003010
公開日2006年5月17日 申請日期2004年1月13日 優先權日2004年1月13日
發明者羅乾顯, 楊維群, 魯明喜 申請人:本溪經濟開發區博大電器設備有限公司