一种井口石油管道加热系统(间隔加热技术)

摘要

一种井口石油管道加热系统，功率12KW，实际功率6KW，半周期运行加热，根据抽油杆的运动方向，决定是否允许加热，抽油杆向上，停止加热，抽油杆向下，允许加热。无需另外追加供电能力，实现井口石油管道加热。井口石油管道加热电缆为五毫米宽的碳纤维电缆，电缆外层材料是特氟隆，加热电缆每米电阻10欧姆，每根长度2.4米，加热电缆两端的引出线为特氟隆电线，截面积1.5平方毫米。为了保证加热电缆的加热效率，加热电缆的缠绕一定要紧，并用特制的热缩带压紧，通常热缩管是横向热缩，本公司定做的热缩带纵向热缩，带宽10毫米。在缠绕工艺过程中，要用高温胶带(200℃)进行辅助定位。

说明书

一、技术领域：输油管道加热及其自动控制技术

二、背景技术

井口石油管道的加热，是北方寒冷石油产区必不可少的工艺技术措施，它是冬季石油生产的基本装备。

以往的加热，实际上是热水伴热。每个井口建有热水管道，加热站的热水，通过热水管道注入到刚从地下提升上来的石油中，提高产油温度，保持良好的流动性，使其顺利流入原油中转站。

热水伴热有如下问题：

1、需要建设耗能巨大的加热站，及纵横交错的热水管道网，加大油田建设的投资费用，拖延油田建设项目的竣工日期。

2、热水掺入原油中，相当于加大原油的含水量，给后续原油处理工序增加了工作量，会带来更多二次能源的消耗。

3、热水站水的需求和消耗也必须重视，要建设充足的水源，要设计好从原油中分离水的二次利用，这些都需要资金的支持，会增加原油生产的成本。

三、发明内容

①框图(见图1)

整个系统由7部分组成，它们分别是：

1、传感器单元，它包括五个(A.B.C.D.E)不同功能的传感器：

A抽油杆上限位置传感器，由霍耳开关构成，

B抽油杆下限位置传感器，由霍耳开关构成，

C石油入口管道温度传感器，为数字式温度传感器(18B20)，

D石油出口管道温度传感器，为数字式温度传感器(18B20)，

E石油管道加热电缆温度传感器，为数字式温度传感器(18B20)。

2、石油管道加热电缆，由五毫米宽的碳纤维电缆构成，三相电源A相供电。

3、石油管道加热电缆，由五毫米宽的碳纤维电缆构成，三相电源B相供电。

4、石油管道加热电缆，由五毫米宽的碳纤维电缆构成，三相电源C相供电。

5、加热控制器，根据抽油杆的运动方向，决定是否允许加热，抽油杆向上，停止加热，抽油杆向下，允许加热。石油出口管道温度传感器送出的温度数据T_出，与目标温度T_目进行比较，决定用多大功率加热，T_出和T_目差距大，满功率加热，差距小，可半功率加热，甚至停止加热。石油管道加热电缆温度传感器，是因保护加热电缆而设置的。

6、低压直流电源。

7、三相交流电源总开关。

②发明效果

1、降低油田建设的投资费用。

2、减少生产和管理费用，降低原油生产成本。

3、改善井口用电均衡性，提高电网功率因数。

四、实施方式

在详细讨论实施方案之前，先计算加热功率，以单井日产原油20吨为计算基础，原油比热按2.43焦耳/克.度计算，设20吨原油提高10℃所需要的电能为Q焦耳，则

Q＝20×10×2.43×1000000焦耳

所需加热功率为W，则

W＝Q/(24×3600)＝5630焦耳/秒(瓦)。我们取6千瓦加热功率。

单井日产20吨原油，并不算高，显然，产量更高的油井需要更大的加热功率，总之，加热功率并不是个小数，又不可能另行提供配电电路，利用原来配电电路，是必然和唯一的选择，这就是半周期加热的原因。既保证了抽油机的正常用电，又满足了原油加热的功率需求。

实施总图如图2所示

图2是井口石油管道间隔加热系统的详细电原理图

系统中，每相加热功率为4KW，半周期加热，实现6KW的加热能力。温度传感器均为数字式温度传感器(18B20)，位置传感器由霍耳开关(UGN3411)构成，其输出为数字脉冲信号。

在抽油杆上，固定一小块永磁铁，永磁铁的上下限位置处分别固定上霍耳开关(UGN3411)，调整好相互位置，保证霍耳开关送出反应抽油杆上设定点上下限位置的脉冲信号，该信号决定了开始加热和停止加热的时间点，实现抽油杆向下，加热；抽油杆向上，停止加热。

石油管道加热电缆温度传感器，随时送出加热电缆温度，该温度于其允许温度进行比较，相等，停止加热。石油出口管道温度的数值，通常都小于目标温度T_目，只有抽油机停止运行时，才有可能达到T_目，此时，停止加热，系统获得保护。

石油管道加热电缆，由五毫米宽的碳纤维电缆构成，电缆外层材料是特氟隆， 最高工作温度200℃，加热电缆每米电阻10欧姆，每根长度2.4米，单条加热电缆功率2KW，加热电缆两端的引出线为特氟隆电线，截面积1.5平方毫米，每相电源给两条碳纤维电缆供电，总计6条2KW加热电缆，合计功率12KW。

加热电缆缠绕在井口石油管道(直径70毫米)上，每根电缆缠绕11圈(部分引出线缠进去)，根据井口石油管道裸露的长度确定圈间距离，一般为8-10毫米。

加热电缆的缠绕一定要紧，并用特制的热缩带压紧，通常热缩管是横向热缩，本公司定做的热缩带纵向热缩，带宽10毫米。在缠绕工艺过程中，要用高温胶带(200℃)进行辅助定位。

加热电缆缠好后，接线、总装、调试，最后敷设保温层。