高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，高溫高壓試驗(yàn)井筒的外周面用保溫隔熱層包裹全覆蓋，該保溫隔熱層的外部圓周上軸向間隔安裝非導(dǎo)磁材料板條，高頻感應(yīng)線圈過(guò)非導(dǎo)磁材料板條并纏繞布置在保溫隔熱層的外圓周面上；多只外部測(cè)溫元件固定在非導(dǎo)磁材料板條上；高溫高壓試驗(yàn)井筒的最外層是外保護(hù)套筒；高溫高壓試驗(yàn)井筒內(nèi)安裝有內(nèi)部溫度傳感器；外部測(cè)溫元件和內(nèi)部溫度傳感器和計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)信號(hào)傳遞，計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)和高頻功率單元信號(hào)連接；高頻感應(yīng)線圈連接高頻功率單元。本發(fā)明可通過(guò)溫度測(cè)量頭測(cè)量試驗(yàn)介質(zhì)的溫度；通過(guò)測(cè)量溫度信號(hào)反饋控制高頻功率單元模塊的輸出功率，達(dá)到準(zhǔn)確控制試驗(yàn)溫度。
【專利說(shuō)明】
局溫局壓試驗(yàn)井電感應(yīng)加熱系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]
本發(fā)明主要涉及石油鉆采行業(yè)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是為石油鉆采井下工具地面試驗(yàn)所用的高溫高壓試驗(yàn)井提供一種電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]隨著地球石油儲(chǔ)量的減少，稠油油藏、超深井油藏開(kāi)采量逐年加大，開(kāi)采過(guò)程中的井下工具通常工作在高溫高壓環(huán)境中，因此井下工具在高壓下耐高溫性能是一個(gè)技術(shù)難題。為了試驗(yàn)高溫環(huán)境下井下工具耐高壓性能，需要設(shè)計(jì)建造高溫高壓模擬試驗(yàn)井，在試驗(yàn)井筒內(nèi)建立井底環(huán)境溫度進(jìn)行井下工具壓力試驗(yàn)，研制適用于耐高溫的井下工具，滿足鉆井和采油工藝的需要。目前高溫試驗(yàn)井采用最多加熱形式是導(dǎo)熱油加熱，其原理可簡(jiǎn)單概括為:電熱元件加熱導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油通過(guò)高溫循環(huán)栗打入試驗(yàn)井筒外部的加熱套環(huán)空，通過(guò)與試驗(yàn)井筒壁換熱，再由試驗(yàn)井筒加熱內(nèi)部的試驗(yàn)介質(zhì)。這種方法由于換熱過(guò)程多，設(shè)備和循環(huán)管匯散熱量大，熱效率低，加熱時(shí)間長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，可以將高壓試驗(yàn)井筒中的試驗(yàn)介質(zhì)快速加熱到要求的試驗(yàn)溫度，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成石油鉆采井下工具的高溫模擬試驗(yàn)，檢測(cè)井下工具在高溫環(huán)境下的高壓密封性。
[0004]為此，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，包括高溫高壓試驗(yàn)井筒及計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)，該高溫高壓試驗(yàn)井筒的外周面用保溫隔熱層包裹全覆蓋，該保溫隔熱層的外部圓周上軸向間隔安裝非導(dǎo)磁材料板條，高頻感應(yīng)線圈過(guò)非導(dǎo)磁材料板條并纏繞布置在保溫隔熱層的外圓周面上；多只外部測(cè)溫元件固定在非導(dǎo)磁材料板條上；高溫高壓試驗(yàn)井筒的最外層是外保護(hù)套筒;高溫高壓試驗(yàn)井筒內(nèi)安裝有內(nèi)部溫度傳感器;所述外部測(cè)溫元件和內(nèi)部溫度傳感器通過(guò)信號(hào)電纜和計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)信號(hào)傳遞，之后計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)向高頻功率單元發(fā)指令調(diào)節(jié)控制輸出功率大小；同時(shí)高頻感應(yīng)線圈通過(guò)動(dòng)力電纜連接到高頻功率單元。
[0005]所述非導(dǎo)磁材料板條上沿長(zhǎng)度方向間隔開(kāi)有小圓弧槽，高頻感應(yīng)線圈沿著該小圓弧槽纏繞。
[0006]所述內(nèi)部溫度傳感器由測(cè)溫頭、不銹鋼管鎧裝電纜、過(guò)渡密封頭和多芯插頭依次連接而成。
[0007]本發(fā)明采用電磁感應(yīng)加熱原理，高頻感應(yīng)線圈包裹在試驗(yàn)井筒外壁，線圈通電后產(chǎn)生高頻電流，進(jìn)而產(chǎn)生高速變化的交變磁場(chǎng)，金屬井筒壁(磁導(dǎo)體)切割交變磁力線，在筒壁內(nèi)部產(chǎn)生交變感應(yīng)電流(即電渦流)，電渦流使井筒壁的金屬分子高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，互相碰撞、摩擦產(chǎn)生熱，從而使井筒壁自身快速發(fā)熱，完成電熱轉(zhuǎn)換。由于井筒壁作為熱源直接加熱內(nèi)部試驗(yàn)介質(zhì)，實(shí)踐證明:系統(tǒng)加熱速度快，溫度測(cè)量準(zhǔn)確，使用效果良好。
[0008]本發(fā)明可以根據(jù)試驗(yàn)要求，將試驗(yàn)井內(nèi)的試驗(yàn)介質(zhì)加熱到80C°_350C°范圍中任意溫度，可通過(guò)安裝到試驗(yàn)井筒內(nèi)部的溫度測(cè)量頭，可以直接測(cè)量試驗(yàn)介質(zhì)的溫度;通過(guò)測(cè)量溫度信號(hào)反饋控制高頻功率單元模塊的輸出功率，達(dá)到準(zhǔn)確控制試驗(yàn)溫度的目的。
[0009]本發(fā)明配合其它試驗(yàn)系統(tǒng)，可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鉆采井下工具的高溫高壓試驗(yàn)。高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)準(zhǔn)確控制和穩(wěn)定試驗(yàn)井筒內(nèi)試驗(yàn)介質(zhì)溫度。通過(guò)高溫高壓試驗(yàn)提供的可靠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢測(cè)井下工具高溫高壓密封性、耐腐蝕性，進(jìn)而改進(jìn)和研制井下工具材料和結(jié)構(gòu)，滿足稠油油藏、超深井油藏的開(kāi)采工藝需要。
[00?0] 本發(fā)明適用于以下規(guī)格的高壓試驗(yàn)井:井筒內(nèi)徑90mm-400mm，井筒長(zhǎng)度2m-20m，總加熱點(diǎn)功率30KW-200KW，試驗(yàn)壓力35—200MPa。
【附圖說(shuō)明】
[0011]
圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中的I部放大視圖；
圖3為圖1中的Π部放大視圖；
圖4為本發(fā)明內(nèi)部測(cè)溫傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:I一高壓試驗(yàn)井筒;2—保溫隔熱層;3—高頻感應(yīng)線圈;4一非導(dǎo)磁材料板條；5—外部測(cè)溫元件;6—外保護(hù)套;7—高頻功率單元;8—計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng);9一井口螺紋塞桿;1—內(nèi)部溫傳感器;11 一螺紋壓帽；12—金屬密封墊。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0013]參閱圖1，一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，包括高溫高壓試驗(yàn)井筒，該高溫高壓試驗(yàn)井筒I的外周面用保溫隔熱層2包裹全覆蓋，該保溫隔熱層2的外周上沿高度方向間隔安裝非導(dǎo)磁材料板條4，高頻感應(yīng)線圈3過(guò)非導(dǎo)磁材料板條4并纏繞布置在保溫隔熱層2的外周面上；多只外部測(cè)溫元件5固定在非導(dǎo)磁材料板條4上(圖3所示)；高溫高壓試驗(yàn)井筒I的最外層是外保護(hù)套筒6;高溫高壓試驗(yàn)井筒I內(nèi)安裝有內(nèi)部溫度傳感器10;所述的外內(nèi)部溫度傳感器10通過(guò)信號(hào)電纜和計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)8信號(hào)傳遞，之后計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)8向高頻功率單元7發(fā)指令調(diào)節(jié)控制輸出功率大小；同時(shí)高頻感應(yīng)線圈3通過(guò)動(dòng)力電纜連接到高頻功率單元7。高頻功率單元7可采用可控娃功率柜等，計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)8為工業(yè)上常用的控制系統(tǒng)，如采用PID算法控制器等，只是根據(jù)具體情況作適應(yīng)性的調(diào)整。
[0014]所述非導(dǎo)磁材料板條4上沿長(zhǎng)度方向間隔開(kāi)有小圓弧槽，高頻感應(yīng)線圈3沿著該小圓弧槽纏繞。方便按設(shè)計(jì)要求纏繞高頻感應(yīng)線圈3，合理分配加熱電功率。
[0015]所述內(nèi)部溫度傳感器10由測(cè)溫頭101、不銹鋼管鎧裝電纜102、過(guò)渡密封頭103和多芯插頭104依次連接而成。根據(jù)高溫高壓試驗(yàn)井筒的長(zhǎng)度，變化不銹鋼管鎧裝電纜102的長(zhǎng)度，不銹鋼管鎧裝電纜102外徑2 mm-3 _。內(nèi)部溫度傳感器10的測(cè)溫頭101和不銹鋼管鎧裝電纜102連接后從高溫高壓試驗(yàn)井I上部，沿井口螺塞桿9上的中心孔裝入高溫高壓試驗(yàn)井筒I內(nèi)部。井口螺塞桿9頭部采用螺紋壓帽11壓住內(nèi)部溫度傳感器10的過(guò)渡密封頭103，過(guò)渡密封頭103的底部采用金屬密封墊12密封。內(nèi)部溫度傳感器10測(cè)量的信號(hào)，通過(guò)信號(hào)電纜傳到計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)8與設(shè)定的試驗(yàn)溫度比較后，向高頻功率單元7發(fā)指令調(diào)節(jié)控制輸出功率大小，達(dá)到準(zhǔn)確控制試驗(yàn)井筒內(nèi)部試驗(yàn)介質(zhì)溫度目的，控制精度< ± 1C。。
[0016]外部測(cè)溫元件5測(cè)量的溫度信號(hào)，通過(guò)信號(hào)電纜傳到計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)8與設(shè)定的電磁感應(yīng)線圈的最高使用溫度比較，如果超過(guò)最高使用溫度，立即降低高頻功率單元7輸出功率或停機(jī)檢查原因。從而保護(hù)高頻感應(yīng)線圈不超溫，同時(shí)監(jiān)控高壓試驗(yàn)井筒壁的溫度。
[0017]所述保溫隔熱層2的厚度為10 mm -25 mm，當(dāng)保溫隔熱層2的厚度超過(guò)25 mm時(shí)，感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，影響加熱效果。
[0018]所述保溫隔熱層2由二氧化娃氣凝膠或太空絕熱瓷層(Therma-Cover)材料制成。保溫隔熱層最外層采用玻璃纖維繃帶纏緊。
[0019]如圖3所示，一部分外部測(cè)溫元件端部穿過(guò)保溫隔熱層2接觸到高溫高壓試驗(yàn)井筒I外圓面上，另一部分外部測(cè)溫元件端部接觸到保溫隔熱層2外圓面上，所以多只外部測(cè)溫元件5，(如:J型熱電偶溫度傳感器等)的測(cè)溫點(diǎn)包含兩處，一處是高溫高壓試驗(yàn)井筒I的外圓壁，另一處是保溫隔熱層2的外層壁。外部測(cè)溫元件5測(cè)量溫度信號(hào)，主要是保護(hù)高頻感應(yīng)線圈不超溫，防止損壞，同時(shí)監(jiān)控高壓試驗(yàn)井筒壁的溫度，防止溫度控制失靈，進(jìn)行超溫保護(hù)。
[0020]所述非導(dǎo)磁材料板條4由電木板(也稱膠木板)制成。利用其具有絕緣、不產(chǎn)生靜電、耐高溫的特性。
[0021]所述高頻功率單元7的高頻頻率使用范圍為5KHZ-30KHZ。目前工業(yè)上使用的電磁感應(yīng)加熱頻率范圍5KHZ-40KHZ，而本發(fā)明使用此頻率范圍。
[0022]所述外保護(hù)套筒6由非導(dǎo)磁的耐高溫樹(shù)脂材料制成。此材料不導(dǎo)磁，避免被感應(yīng)加熱，同時(shí)可保護(hù)內(nèi)部電磁感應(yīng)線圈。
[0023]所述外保護(hù)套筒6內(nèi)部布置鐵氧體磁性材料制成的長(zhǎng)條或園珠，并用非金屬絲將該長(zhǎng)條或園珠穿連起來(lái)。實(shí)現(xiàn)阻隔磁力線外泄，隔絕磁場(chǎng)的作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，包括高溫高壓試驗(yàn)井筒及計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)，其特征在于:該高溫高壓試驗(yàn)井筒(I)的外周面用保溫隔熱層(2)包裹全覆蓋，該保溫隔熱層(2)的外部圓周上軸向間隔安裝非導(dǎo)磁材料板條(4)，高頻感應(yīng)線圈(3)過(guò)非導(dǎo)磁材料板條(4)并纏繞布置在保溫隔熱層(2)的外圓周面上；多只外部測(cè)溫元件(5)固定在非導(dǎo)磁材料板條(4)上；高溫高壓試驗(yàn)井筒(I)的最外層是外保護(hù)套筒(6);高溫高壓試驗(yàn)井筒(I)內(nèi)安裝有內(nèi)部溫度傳感器(10);所述外部測(cè)溫元件(5)和內(nèi)部溫度傳感器(10)通過(guò)信號(hào)電纜和計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)(8)信號(hào)傳遞，之后計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)(8)向高頻功率單元(7 )發(fā)指令調(diào)節(jié)控制輸出功率大?。煌瑫r(shí)高頻感應(yīng)線圈(3 )通過(guò)動(dòng)力電纜連接到高頻功率單元(7)02.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述非導(dǎo)磁材料板條(4)上沿長(zhǎng)度方向間隔開(kāi)有小圓弧槽，高頻感應(yīng)線圈(3)沿著該小圓弧槽纏繞。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述內(nèi)部溫度傳感器(10)由測(cè)溫頭(101)、不銹鋼管鎧裝電纜(102)、過(guò)渡密封頭(103)和多芯插頭(104)依次連接而成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述保溫隔熱層(2)的厚度為10 mm -25 mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述保溫隔熱層(2)由二氧化硅氣凝膠或太空絕熱瓷層材料制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述多只外部測(cè)溫元件(5)的測(cè)溫點(diǎn)包含兩處，一處是高溫高壓試驗(yàn)井筒(I)的外圓壁，另一處是保溫隔熱層(2)的外層壁。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述非導(dǎo)磁材料板條(4)由電木板制成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述高頻功率單元(7 )的頻率使用范圍為5KHZ-30KHZ。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述外保護(hù)套筒(6)由非導(dǎo)磁的耐高溫樹(shù)脂材料制成。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高溫高壓試驗(yàn)井電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其特征在于:所述外保護(hù)套筒(6)內(nèi)部布置鐵氧體磁性材料制成的長(zhǎng)條或園珠，并用非金屬絲將該長(zhǎng)條或園珠穿連起來(lái)。
【文檔編號(hào)】H05B6/10GK105873255SQ201610313788
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】章發(fā)明, 王航, 陳磊, 王東, 楊永安, 劉金榮, 金燦波
【申請(qǐng)人】甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司, 上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司, 機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測(cè)所有限公司