高温高压试验井电磁感应加热系统的制作方法
【专利摘要】一种高温高压试验井电磁感应加热系统，高温高压试验井筒的外周面用保温隔热层包裹全覆盖，该保温隔热层的外部圆周上轴向间隔安装非导磁材料板条，高频感应线圈过非导磁材料板条并缠绕布置在保温隔热层的外圆周面上；多只外部测温元件固定在非导磁材料板条上；高温高压试验井筒的最外层是外保护套筒；高温高压试验井筒内安装有内部温度传感器；外部测温元件和内部温度传感器和计算机温度控制系统信号传递，计算机温度控制系统和高频功率单元信号连接；高频感应线圈连接高频功率单元。本发明可通过温度测量头测量试验介质的温度；通过测量温度信号反馈控制高频功率单元模块的输出功率，达到准确控制试验温度。
【专利说明】
局温局压试验井电感应加热系统
技术领域
[0001]
本发明主要涉及石油钻采行业试验技术领域，具体的说是为石油钻采井下工具地面试验所用的高温高压试验井提供一种电磁感应加热系统。
技术背景
[0002]随着地球石油储量的减少，稠油油藏、超深井油藏开采量逐年加大，开采过程中的井下工具通常工作在高温高压环境中，因此井下工具在高压下耐高温性能是一个技术难题。为了试验高温环境下井下工具耐高压性能，需要设计建造高温高压模拟试验井，在试验井筒内建立井底环境温度进行井下工具压力试验，研制适用于耐高温的井下工具，满足钻井和采油工艺的需要。目前高温试验井采用最多加热形式是导热油加热，其原理可简单概括为:电热元件加热导热油，导热油通过高温循环栗打入试验井筒外部的加热套环空，通过与试验井筒壁换热，再由试验井筒加热内部的试验介质。这种方法由于换热过程多，设备和循环管汇散热量大，热效率低，加热时间长。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种高温高压试验井电磁感应加热系统，可以将高压试验井筒中的试验介质快速加热到要求的试验温度，可在实验室内完成石油钻采井下工具的高温模拟试验，检测井下工具在高温环境下的高压密封性。
[0004]为此，本发明所采用的技术方案如下:
一种高温高压试验井电磁感应加热系统，包括高温高压试验井筒及计算机温度控制系统，该高温高压试验井筒的外周面用保温隔热层包裹全覆盖，该保温隔热层的外部圆周上轴向间隔安装非导磁材料板条，高频感应线圈过非导磁材料板条并缠绕布置在保温隔热层的外圆周面上；多只外部测温元件固定在非导磁材料板条上；高温高压试验井筒的最外层是外保护套筒;高温高压试验井筒内安装有内部温度传感器;所述外部测温元件和内部温度传感器通过信号电缆和计算机温度控制系统信号传递，之后计算机温度控制系统向高频功率单元发指令调节控制输出功率大小；同时高频感应线圈通过动力电缆连接到高频功率单元。
[0005]所述非导磁材料板条上沿长度方向间隔开有小圆弧槽，高频感应线圈沿着该小圆弧槽缠绕。
[0006]所述内部温度传感器由测温头、不锈钢管铠装电缆、过渡密封头和多芯插头依次连接而成。
[0007]本发明采用电磁感应加热原理，高频感应线圈包裹在试验井筒外壁，线圈通电后产生高频电流，进而产生高速变化的交变磁场，金属井筒壁(磁导体)切割交变磁力线，在筒壁内部产生交变感应电流(即电涡流)，电涡流使井筒壁的金属分子高速无规则运动，互相碰撞、摩擦产生热，从而使井筒壁自身快速发热，完成电热转换。由于井筒壁作为热源直接加热内部试验介质，实践证明:系统加热速度快，温度测量准确，使用效果良好。
[0008]本发明可以根据试验要求，将试验井内的试验介质加热到80C°_350C°范围中任意温度，可通过安装到试验井筒内部的温度测量头，可以直接测量试验介质的温度;通过测量温度信号反馈控制高频功率单元模块的输出功率，达到准确控制试验温度的目的。
[0009]本发明配合其它试验系统，可以在实验室进行钻采井下工具的高温高压试验。高温高压试验井电磁感应加热系统准确控制和稳定试验井筒内试验介质温度。通过高温高压试验提供的可靠实验数据，检测井下工具高温高压密封性、耐腐蚀性，进而改进和研制井下工具材料和结构，满足稠油油藏、超深井油藏的开采工艺需要。
[00?0] 本发明适用于以下规格的高压试验井:井筒内径90mm-400mm，井筒长度2m-20m，总加热点功率30KW-200KW，试验压力35—200MPa。
【附图说明】
[0011]
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中的I部放大视图；
图3为图1中的Π部放大视图；
图4为本发明内部测温传感器结构示意图；
图中:I一高压试验井筒;2—保温隔热层;3—高频感应线圈;4一非导磁材料板条；5—外部测温元件;6—外保护套;7—高频功率单元;8—计算机温度控制系统;9一井口螺纹塞杆;1—内部温传感器;11 一螺纹压帽；12—金属密封垫。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明进一步详细说明。
[0013]参阅图1，一种高温高压试验井电磁感应加热系统，包括高温高压试验井筒，该高温高压试验井筒I的外周面用保温隔热层2包裹全覆盖，该保温隔热层2的外周上沿高度方向间隔安装非导磁材料板条4，高频感应线圈3过非导磁材料板条4并缠绕布置在保温隔热层2的外周面上；多只外部测温元件5固定在非导磁材料板条4上(图3所示)；高温高压试验井筒I的最外层是外保护套筒6;高温高压试验井筒I内安装有内部温度传感器10;所述的外内部温度传感器10通过信号电缆和计算机温度控制系统8信号传递，之后计算机温度控制系统8向高频功率单元7发指令调节控制输出功率大小；同时高频感应线圈3通过动力电缆连接到高频功率单元7。高频功率单元7可采用可控娃功率柜等，计算机温度控制系统8为工业上常用的控制系统，如采用PID算法控制器等，只是根据具体情况作适应性的调整。
[0014]所述非导磁材料板条4上沿长度方向间隔开有小圆弧槽，高频感应线圈3沿着该小圆弧槽缠绕。方便按设计要求缠绕高频感应线圈3，合理分配加热电功率。
[0015]所述内部温度传感器10由测温头101、不锈钢管铠装电缆102、过渡密封头103和多芯插头104依次连接而成。根据高温高压试验井筒的长度，变化不锈钢管铠装电缆102的长度，不锈钢管铠装电缆102外径2 mm-3 _。内部温度传感器10的测温头101和不锈钢管铠装电缆102连接后从高温高压试验井I上部，沿井口螺塞杆9上的中心孔装入高温高压试验井筒I内部。井口螺塞杆9头部采用螺纹压帽11压住内部温度传感器10的过渡密封头103，过渡密封头103的底部采用金属密封垫12密封。内部温度传感器10测量的信号，通过信号电缆传到计算机温度控制系统8与设定的试验温度比较后，向高频功率单元7发指令调节控制输出功率大小，达到准确控制试验井筒内部试验介质温度目的，控制精度< ± 1C。。
[0016]外部测温元件5测量的温度信号，通过信号电缆传到计算机温度控制系统8与设定的电磁感应线圈的最高使用温度比较，如果超过最高使用温度，立即降低高频功率单元7输出功率或停机检查原因。从而保护高频感应线圈不超温，同时监控高压试验井筒壁的温度。
[0017]所述保温隔热层2的厚度为10 mm -25 mm，当保温隔热层2的厚度超过25 mm时，感应磁场强度减弱，影响加热效果。
[0018]所述保温隔热层2由二氧化娃气凝胶或太空绝热瓷层(Therma-Cover)材料制成。保温隔热层最外层采用玻璃纤维绷带缠紧。
[0019]如图3所示，一部分外部测温元件端部穿过保温隔热层2接触到高温高压试验井筒I外圆面上，另一部分外部测温元件端部接触到保温隔热层2外圆面上，所以多只外部测温元件5，(如:J型热电偶温度传感器等)的测温点包含两处，一处是高温高压试验井筒I的外圆壁，另一处是保温隔热层2的外层壁。外部测温元件5测量温度信号，主要是保护高频感应线圈不超温，防止损坏，同时监控高压试验井筒壁的温度，防止温度控制失灵，进行超温保护。
[0020]所述非导磁材料板条4由电木板(也称胶木板)制成。利用其具有绝缘、不产生静电、耐高温的特性。
[0021]所述高频功率单元7的高频频率使用范围为5KHZ-30KHZ。目前工业上使用的电磁感应加热频率范围5KHZ-40KHZ，而本发明使用此频率范围。
[0022]所述外保护套筒6由非导磁的耐高温树脂材料制成。此材料不导磁，避免被感应加热，同时可保护内部电磁感应线圈。
[0023]所述外保护套筒6内部布置铁氧体磁性材料制成的长条或园珠，并用非金属丝将该长条或园珠穿连起来。实现阻隔磁力线外泄，隔绝磁场的作用。
【主权项】
1.一种高温高压试验井电磁感应加热系统，包括高温高压试验井筒及计算机温度控制系统，其特征在于:该高温高压试验井筒(I)的外周面用保温隔热层(2)包裹全覆盖，该保温隔热层(2)的外部圆周上轴向间隔安装非导磁材料板条(4)，高频感应线圈(3)过非导磁材料板条(4)并缠绕布置在保温隔热层(2)的外圆周面上；多只外部测温元件(5)固定在非导磁材料板条(4)上；高温高压试验井筒(I)的最外层是外保护套筒(6);高温高压试验井筒(I)内安装有内部温度传感器(10);所述外部测温元件(5)和内部温度传感器(10)通过信号电缆和计算机温度控制系统(8)信号传递，之后计算机温度控制系统(8)向高频功率单元(7 )发指令调节控制输出功率大小；同时高频感应线圈(3 )通过动力电缆连接到高频功率单元(7)02.根据权利要求1所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述非导磁材料板条(4)上沿长度方向间隔开有小圆弧槽，高频感应线圈(3)沿着该小圆弧槽缠绕。3.根据权利要求1所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述内部温度传感器(10)由测温头(101)、不锈钢管铠装电缆(102)、过渡密封头(103)和多芯插头(104)依次连接而成。4.根据权利要求1所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述保温隔热层(2)的厚度为10 mm -25 mm。5.根据权利要求4所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述保温隔热层(2)由二氧化硅气凝胶或太空绝热瓷层材料制成。6.根据权利要求1所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述多只外部测温元件(5)的测温点包含两处，一处是高温高压试验井筒(I)的外圆壁，另一处是保温隔热层(2)的外层壁。7.根据权利要求1所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述非导磁材料板条(4)由电木板制成。8.根据权利要求1所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述高频功率单元(7 )的频率使用范围为5KHZ-30KHZ。9.根据权利要求1所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述外保护套筒(6)由非导磁的耐高温树脂材料制成。10.根据权利要求9所述的一种高温高压试验井电磁感应加热系统，其特征在于:所述外保护套筒(6)内部布置铁氧体磁性材料制成的长条或园珠，并用非金属丝将该长条或园珠穿连起来。
【文档编号】H05B6/10GK105873255SQ201610313788
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】章发明, 王航, 陈磊, 王东, 杨永安, 刘金荣, 金灿波
【申请人】甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司, 上海蓝滨石化设备有限责任公司, 机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司