一种适用于稠油开采的高效保温加热油管的制作方法

本发明属于石油开采设备技术领域，更具体地说，尤其涉及一种适用于稠油开采的高效保温加热油管。

背景技术：

随着国际石油的大量开采，石油储量越来越少，为了应对石油储量的不足，各大油田均不同程度的进行了二次采油，甚至三次采油，以前不被石油人重视的三高(高凝、髙稠、高含蜡)原油，特别是超高稠油，也千方百计的进行了规模性开采。以往的稠油开采主要工艺有蒸汽吞吐、热油掺稀、化学降粘、电加热等方式，但是这些方式在使用当中都存在各种不足。

在原油开采过程中因原油举升当中的热量流失，原油还会在井筒结蜡凝固，因此需要对油井生产油管进行隔热保温处理，杜绝原油举升当中的热量损失。实现无能耗恒温采油。但是遇到停电、停井、设备维修等长时间停井时，原油还会在井筒结蜡凝固。

技术实现要素：

为克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适用于稠油开采的高效保温加热油管。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于稠油开采的高效保温加热油管，包括油管，所述油管的内部设有高耐磨内衬套，所述油管和所述高耐磨内衬套之间设有高分子纳米保温层，所述高分子纳米保温层与所述高耐磨内衬套之间设有自愈式ptc自限温电热膜，在所述高分子纳米保温层和所述高耐磨衬套之间还敷设有馈电母线，在所述油管的两端设有同心导电环，所述同心导电环设置在所述油管和所述高耐磨内衬套的端部。

进一步地，所述油管之间采用结箍连接，相邻的两个油管之间安装有伸缩导电接头，所述伸缩导电接头为三层同心环状结构，所述伸缩导电接头的内层和外层为绝缘密封层，所述伸缩导电接头的中间层为导电橡胶层。

进一步地，在所述结箍和所述同心导电环的位置处设有电缆引出接头，电缆穿过所述电缆引出接头与所述馈电母线连接。

进一步地，还包括解堵电源，所述解堵电源为ac-dc-ac-隔离-dc-超低频ac转换装置。

进一步地，所述解堵装置还插接有太阳能光伏电源，所述解堵电源为移动式。

进一步地，所述高分子纳米保温层由耐高温的陶瓷空心微珠采用耐高温高密度聚氨酯组合粘接，采用真空、定温、定量和定压加工制成。

进一步地，所述自愈式ptc自限温电热膜以聚四氟乙烯为基体材料，添加半导体导电材料，经低温搅拌，冷加工成型，高温烧结，高速车削，定向压延，ptc培养，电晕糙化，表面电化，电极焊接处理而成。

该自愈式ptc自限温电热膜的发热原理为；基本材料是团粒结构，表面吸附一薄层高电阻率的乙炔炭黑和鳞片石墨混合元素，它们的粒径非常小，通常不大于10纳米，而且热膨胀系数极底，通电后迅速发热，而基础材料的团粒直径都大于150微米，且热膨胀系数非常大为钢的20倍，遇热后团粒表面增大，使表面吸附的碳膜变得更薄，电阻更大，即ptc性质，有效的降低了发热电流，甚至达到绝缘级别，电流为o，停止发热，达到了温度自控、自限功能。

进一步地，所述高耐磨内衬套与所述油管之间设有若干个具有弹性的扶正器，通过所述扶正器保证所述高耐磨内衬套与所述油管之间保持间隙均匀。

进一步地，所述高耐磨内衬套的一端扩张成向外翻边的喇叭口，所述喇叭口上开设有引出所述馈电母线的槽口，所述喇叭口上设有若干个排气孔。

进一步地，所述馈电母线为带状结构，采用纯铜带制成，所述纯铜带经过回火软化和表面镀锡处理，所述馈电母线的外层设有耐高温的绝缘层，所述绝缘层采用聚全氟聚乙烯制成。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种适用于稠油开采的高效保温加热油管，在油管内部设置有高耐磨内衬套，油管和高耐磨内衬套之间设有高分子纳米保温层，起到高效保温的效果，高耐磨内衬套可承受油井内原油的压力，又可以保护高分子纳米保温层不被磨损。高分子纳米保温层除了起到保温效果外，还起到电气绝缘，抗压强压力，抗击压力，抗应力蠕变的作用。本发明采用保温方法保证原油恒温举升，无需在井筒内部设置发热元件，在保温层内部设计了一个解堵发热元件自恢复ptc电热膜，真正的做到了o污染、o排放、免维护和低能耗。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例伸缩导电接头的剖视图；

图3为本发明实施例高耐磨内衬套、油管和扶正器的结构示意图。

图中：1-结箍、2-同心导电环、3-油管、4-高耐磨内衬套、5-高分子纳米保温层、6-自愈式ptc自限温电热膜、7-馈电母线、8-伸缩导电接头、9-电缆引出接头、10-扶正器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供如下技术方案：

如图1所示，一种适用于稠油开采的高效保温加热油管，包括油管3，油管3的内部设有高耐磨内衬套4，油管3和高耐磨内衬套4之间设有高分子纳米保温层5，高分子纳米保温层5由耐高温的陶瓷空心微珠采用耐高温高密度聚氨酯组合粘接，采用真空、定温、定量和定压加工制成。加工成型后的性能；表观密度≥0.4克/立方厘米。耐温大于180℃.抗压大于13mpa。导热系数小于0.04w/m.k。绝缘抗电能力大于等于2kv/1mm。

高分子纳米保温层5与高耐磨内衬套4之间设有自愈式ptc自限温电热膜6，在高分子纳米保温层5和高耐磨衬套4之间还敷设有馈电母线7，馈电母线7为带状结构，采用纯铜带制成，纯铜带经过回火软化和表面镀锡处理，馈电母线7的外层设有耐高温的绝缘层，绝缘层采用聚全氟聚乙烯制成。

馈电母线的截面积为5-6平方毫米。由于导电母线受保温层空间限制，所以导电母线必须做成带状结构，因此可以选用0.5x12或20mm的纯铜(tu1)带，并且经过回火软化和表面镀锡处理。馈电母线的绝缘层为耐高温的，选用的聚全氟聚乙烯(f46)加工制作。

在油管1的两端设有同心导电环2，同心导电环2设置在油管3和高耐磨内衬套4的端部。同心导电环2位于油管3的两端，由59-1铜合金加工制作，安装于油管3和高耐磨内衬套4的端部，保证高度同心，偏差小于等于0.05毫米。由增强聚四氟乙烯固定，由于聚四氟乙烯是不可粘接性的，目前还没有粘接聚四氟的胶粘剂，因此把加工后的导电环嵌入聚四氟乙烯生料模件中，然后进行烧结固化，冷固后再精加工。

如图2所示，因为保温油管的外套即普通油管，按美国石油学会api标准生产，油管3与结箍1连接选用16；1的锥形螺纹，两根油管用结箍连接后，油管与油管端面之间会有10至18毫米的自由间隙，为实现可靠导电接触并保证密封，装配一个内外绝缘的中间导电的高弹性的伸缩导电接头8，它以f26氟橡胶为基体制作为3层同心环状结构，内孔53毫米，外径89至104毫米视油管结箍内径而定(平式扣油管89毫米加厚扣油管104毫米)，伸缩导电接头8为三层同心环状结构，伸缩导电接头8的内层和外层为绝缘密封层，伸缩导电接头8的中间层为导电橡胶层。电阻率小于等于0.08p/(ω.m㎡/m)。并有300％的拉伸和压缩模量。大于等于180℃的耐温性能。

在结箍1和同心导电环2的位置处设有电缆引出接头9，电缆穿过电缆引出接头9与馈电母线7连接。接头引出位置选择油管接箍位置，和同心导电环对应，钻3毫米孔，控制深度刚好打透铜环，不要伤到铜环内的聚四氟材料，再用6毫米钻头扩孔至铜环外的聚四氟位置，用m4丝锥攻丝。再用10毫米钻头扩孔至聚四氟层，再用m12丝锥攻丝。电缆用直径4毫米无氧铜，外用聚酰亚胺薄膜缠绕包裹，用环氧树脂粘接固化。一端用m4板牙攻丝10毫米长度备用，预备10*2.4的o型圈，用m10*20的镀锌螺栓，中心钻6毫米孔，制成空心螺栓，依次在电缆攻丝端穿人空心螺栓，o型圈。将电缆旋入铜环，o型圈放入孔内，压紧空心螺栓。

还包括解堵电源，解堵电源为ac-dc-ac-隔离-dc-超低频ac转换装置。解堵装置还插接有太阳能光伏电源，解堵电源可以设计为移动式。解堵电源为(ac-dc-ac-隔离-dc-超低频ac)转换装置，并且可以插接太阳能光伏电源。解堵电源可制成移动式，以便多口井用一个电源，以降低费用。解堵电源原理是将3x380伏交流电源(ac)用大功率半导体整流元件做成三相桥式整流。再经电抗器和电容器组成lc滤波，得到一个平稳的直流(dc)再用电子开关电路震荡出超声波(约20khz)频率信号，推动大功率绝缘栅场效应(igbt)半导体开关元件，形成一个非正弦波的高频率大功率电源，进入高频变压器变压，由于高频变压器体积和造价特别低，所以增加了高频变压器进行隔离和变压至较低电压，以保证设备用电安全，再用半导体整流元件整流为低直流电压，约100v。以便和太阳能光伏板匹配，(3块光伏板串联，32*3＝96vdc)实现太阳能插电目的。在矿化度较高的油井中，由于直流(dc)电加热会对油管等金属部件产生电解腐蚀。但交流(ac)尤其频率更高的交流电在铁磁性油管中馈电困难，且功率因数甚低，所以本发明又设计了一级超低频的dc-ac变流电路，变流后电压不变，频率仅为8分之1赫兹(0.125hz)。它既克服了电解腐蚀，又接近直流加热性能，功率因数会非常接近1的。

自愈式ptc自限温电热膜6以聚四氟乙烯为基体材料，添加半导体导电材料，经低温搅拌，冷加工成型，高温烧结，高速车削，定向压延，ptc培养，电晕糙化，表面电化，电极焊接处理而成。

自愈式ptc自限温电热膜6的发热原理为；基本材料是团粒结构，表面吸附一薄层高电阻率的乙炔炭黑和鳞片石墨混合元素，它们的粒径非常小，通常不大于10纳米，而且热膨胀系数极底，通电后迅速发热，而基础材料的团粒直径都大于150微米，且热膨胀系数非常大为钢的20倍，遇热后团粒表面增大，使表面吸附的碳膜变得更薄，电阻更大，即ptc性质，有效的降低了发热电流，甚至达到绝缘级别，电流为o，停止发热，达到了温度自控、自限功能。

如图3所示，高耐磨内衬套4承受油井内原油的压力，一般可达十几甚至几十mpa，又要保护保温层不被磨损。因油井在生产时抽油杆是随抽油机不间断上下运动的，会和高耐磨内衬套4做相对摩擦，因此选用65锰材料精扎冷加工，既有高的硬度强度，又保证内表面光滑耐磨。为能够满足生产需要，内径不小于53毫米。高耐磨内衬套4每1.6米焊接一组具有弹性的扶正器10，以保证高耐磨内衬套4与油管的保温间隙均匀。扶正器10一组由3至6只做成，每只相差60°至120°，以保证高耐磨内衬套4和油管3中的间隙均匀，并且成同轴状态。高耐磨内衬套4其中的一端用专门制作的扩张设备扩成伞状态的喇叭口外翻边)，并在外翻边的喇叭口上开有引出馈电母线7的槽口，并钻有若干个直径2毫米的排气孔，以便注保温材料时抽真空排气用。外翻边还有与油管结箍固定的作用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。