一种石油开采辅助装置制造方法
【专利摘要】一种石油开采辅助装置，包括防爆接线盒、压力表、保温壳体、加热管、旋流片、原油出口、安全阀、排气阀、防爆控制箱、绝缘电缆、防爆调节功率箱、排垢口和原油进口，防爆控制箱通过绝缘电缆与防爆接线盒相连接，在保温壳体的上端设置有原油出口，在保温壳体的下端设置原油进口和排垢口，在加热管上设置有旋流片，旋流片上设置有凸起或者凹槽。根据本发明的石油开采辅助装置升温速度快、加热均匀完全且节能高效。
【专利说明】一种石油开采辅助装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石油开采辅助装置，尤其涉及一种用于开采粘度较高的稠油的辅助装置，具体地涉及一种设置于井口的石油加热装置。借助于该加热装置，稠油在进口处被加热进而具有良好的流动性，增加了石油流量，进而改善了石油开采效率。
【背景技术】
[0002]稠油或冬季时的原油往往具有较高的粘度，在从井内开采出时，需在井口处加热降粘以便输送到联合站。井口加热运输的是原油和水的混合流体。而流体呈层流状态流动时，流体的液面会发生油水分离的情况，致使流体在加热器内加热不均匀，部分原油加热不充分，不能达到输送要求的温度。另外，原油在水的浮力作用下，会出现加速流出加热装置现象，导致原油的加热时间变短，亦使原油不能到输送要求的温度。少数极端情况，未达到要求的原油加速流动导致加热器出口堵塞，不但影响了流量，甚至会导致爆炸事故发生。另夕卜，在加热过程中会有少部分原油附着在加热器管壁上，严重影响加热效率。因此，加热器加热时亟待解决的问题就是如何使油水混合均匀，加热均匀，在固定加热器内如何延长加热时间，并降低原油对管壁的附着。传统的加热方式有蒸汽伴热和水浴加热。燃气、燃油炉和电热水套炉是产生热能的主要装置，这些装置一般都包含燃油回路、热媒回路和换热器回路等众多附属设备。其缺点是系统较为庞大，热惯性大，热滞后性大，不是以控制原油出口的温度为控制对象，属于开环加热，其加热效率低，保温比较困难，热损失严重。如电热水套炉热效率为50%左右，燃气、燃油炉热效率仅为20%左右。但同燃料加热方式相比，电力加热拥有清洁卫生、热效率高(最高可达85% -95% )、安全、可调节、系统简便等优点。电加热器凭借其加热效率高、污染小等优势，在石油工业上受到很大的关注，已经有越来越多的电加热器应用于原油加热中，但仍普遍存在加热不均匀，升温速度慢，加热不完全等问题。
【发明内容】
[0003]本发明旨在克服上述缺陷，提供一种升温速度快、加热均匀完全且节能高效的石油开采辅助装置。具体地，包括防爆接线盒、压力表、保温壳体、加热管、旋流片、原油出口、安全阀、排气阀、防爆控制箱、绝缘电缆、防爆调节功率箱、排垢口和原油进口，防爆控制箱通过绝缘电缆与防爆接线盒相连接，在保温壳体的上端设置有原油出口，在保温壳体的下端设置原油进口和排垢口，在加热管上设置有旋流片，其特征在于旋流片上设置有凸起或者凹槽。
[0004]优选地，旋流片的上下表面具有基本上沿着加热管的径向分布着的长条形凸起或者凹槽，加热管与原油接触的表面上设置有竖直设置的长条形凸起或者凹槽。
[0005]优选地，所述凸起或者凹槽优选地设置于靠近底部的旋流片、加热管上。
[0006]优选地，旋流片具有内部空腔结构。
[0007]优选地，还包括沉淀板，该沉淀板上设置有上口大、下口小的锥台。
[0008]优选地，处在保温壳体内部的加热管和旋流片被结合成一体的单一结构，还加热旋流结构的横截面为类三角形的形状，但三角形的边的中间部分向三角形的中心塌陷。
[0009]优选地，加热管与旋流空腔的接触部分开设孔槽，加热装置经过孔槽进入空腔。
[0010]优选地，旋流片具有螺距，螺距沿着加热管自下而上逐渐减小。
[0011]优选地，辅助装置与原油的接触面上喷涂涂料，所述涂料的配方为按重量计，有机硅改性丙烯酸树脂50-62 %，颜色填料26-30 %，纳米二氧化硅2 %，消泡剂1.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂3-5%。
[0012]根据本发明的石油开采辅助装置借助于改进旋流片以及加热管的相关结构，增强了原油的湍流特性，增加了原油与加热面的接触面积，因此提升了升温速度，加热更完全，而且节能环保安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是根据本发明的辅助装置的第一个实施例的结构示意图；
[0014]图2是根据本发明的辅助装置的第一个实施例的左视图；
[0015]图3是根据本发明的辅助装置的第二个实施例的加热管和旋流片纵切视图；
[0016]图4是根据本发明的辅助装置的第三个实施例的加热旋流结构横截示意图；
[0017]图5是根据本发明的辅助装置的沉淀板的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]如图1-2所示，根据本发明的石油开采辅助装置，总体上看，该辅助装置包括加热部分和防爆部分、控制部分。具体地，该石油开采辅助装置包括防爆接线盒1、压力表2、保温壳体3、加热管4、旋流片5、原油出口 6、安全阀7、排气阀8、防爆控制箱9、绝缘电缆10、防爆调节功率箱11，排垢口 12和原油进口 13 ;防爆控制箱9通过绝缘电缆10与防爆接线盒I相连接，在保温壳体3的上端设置有原油出口 6，在保温壳体3的下端设置原油进口 13和排垢口 12，在加热管4上设置有旋流片5。
[0019]在一个优选实施例中，加热部分(加热器)包括原油进口 13，保温壳体3，加热管4，旋流片5，原油出口 6。被加热的原油进入配有旋流片的加热器，旋流片改变其流动状态为湍流，强化了传热，同时延长原油的加热时间，使原油达到了要求，从出口流出，进入运输管道。另外，加热装置的加热管壁以及加热腔壁均采用了技术处理，表面涂有自清洁防结垢材料，使加热装置在长期工作中不结垢、不结焦，增加了传热热阻的稳定性，提高了加热装置的使用效果，延长了加热器的使用寿命。
[0020]在一个优选实施例中，保温壳体3设置了优选为50mm厚的保温层，能有效地避免空气对流引起的热传递，因此导热系数大幅度降低，具有优异的绝热性能。考虑到加热器工作在野外，环境较恶劣，为防止热量散失，选用硅酸铝毡和玻璃纤维棉毡多层保温。保温材料的导热系数低于0.04kcal/(m2.h.°C )，使加热器可在严寒的气候条件下正常工作。还有，在加热器外壳喷金属漆，防水、防潮和耐腐蚀。
[0021]在含有易燃易爆气体或在蒸汽的环境中使用的电加热器，除了要求结构简单、使用方便、质量好、寿命长之外，更重要的是在使用期间，始终保持良好的防爆性能，不会出现例如由于温度异常而引燃周围可燃性气体或蒸汽造成爆炸事故，因此，在一个优选实施例中，该装置设计了安全防爆系统。安全防爆系统由排气阀、防爆控制箱、绝缘电缆、防爆温度感应盒、压力表、安全阀、排垢口在组成。在使用加热器加热原油时，由于各种不确定因素，加热腔内的温度有时会发生异常，防爆温度感应盒内的温度传感器会第一时间把信号发送给防爆控制箱，防爆控制箱通过绝缘电缆使装置停止工作，避免了因温度异常所引起的爆炸事故；因为原油内还有少量溶解气或有可能产生其他气体，由排气阀将其排出装置，避免事故发生。
[0022]在一个优选实施例中，控制系统包括加热功率调节器、显示屏和电源。由于每个油田的生产状况不同，以及不同季节进口原油温度的不同，本发明的加热装置装配了能够调节功率的加热功率调节箱，该装置采用了变频电源的技术方法，通过原油出口处温度传感器所提供的数据，能够随时随地自动改变加热装置的加热功率。另外，发热体干烧保护采用电子控制、无浮球液位控制器及流量闭锁装置等机械式元件，其控制效果好，寿命长。特殊的结构及控制设计，使本装置无排空程序，可直接送电工作，免去了排空等程序，也避免了因排空不到位发生的各种事故；该加热装置使用先进电控系统，实现了软启动，零功率启动逐渐达到满功；由于管道加热器功率为无极滑动功率，使加热管从根本上杜绝了频繁启动，减少了对电网及管道电加热器电气件的损伤。
[0023]优选地，根据本发明的装置的工作流程是，开采出来的原油从入口进入加热腔，旋流片使流体螺旋上升，流程增加，流动状态变为湍流，流体充分混合加热，在加热过程中产生的气体达到一定压力时可由排气阀自动排出。泥质和杂质等固体颗粒经有效沉淀后从排垢口排出，加热后的原油从原油出口流出。在装置工作过程中，控制系统通过温度传感器提供的有效数据，可随时自动改变加热器的功率，使腔内介质的温度维持在要求范围内，提高了温控能力，避免了电浪费；安全防爆系统时刻监控装置的安全状况，一旦出现紧急状况，立即采取防护措施，保证装置安全的运行。根据本发明的装置采用一体化设计方案，安装简便，容易操作，用户安装后只需接上一颗电源线即可使用。
[0024]在一个优选实施例中，为了增加加热装置与原油的接触面，本发明选用具有内部空腔结构的旋流片。参见图3，其示意性地显示了沿着加热管4轴线纵切时的图像，其中旋流片5包括上表面和下表面(图中切视图仅可见两根线，虽然对于螺旋结构上下是不断变化的，但此处描述对于所属领域技术人员来说是很容易理解的)，上表面和下表面相交形成一个锐角C，优选地该锐角处于1-15度范围，更优选地为3-5度；因此上表面和下表面之间形成空腔，加热管4与该空腔的接触部分可以开设孔槽，电加热装置例如导线可以经过孔槽进入空腔，这样旋流片5不仅具有螺旋推动流体的作用，同时还具有接触并加热流体的作用，从而有效地增大流体与加热装置的接触面积，提高升温速度和加热完全性。
[0025]在一个优选实施例中，前述锐角c沿着加热管4自下而上逐渐减小。优选地，上表面与下表面分别和加热管4形成一个角度a和b，并且a和b相等。在另一个实施例中，a大于b，从而提高螺旋推进力，优选地a大于b的值处于1-10度。优选地，沿着加热管4自下而上，a大于b的差值逐渐增大，从而在接近出口处增加流速。
[0026]在一个优选实施例中，旋流片具有螺距H，该距离定义为如图3所示的切视图左右两个纵向相邻的两个锐角顶点之间的高度差。优选地，螺距H沿着加热管4自下而上逐渐减小，从而在接近出口处增加流速。
[0027]在一个优选实施例中，旋流片的上下表面具有分散分布的圆形凸起或者凹槽，该圆形凸起或者凹槽一方面可以增加加热接触面积，另一方面可以改善旋流片的动力学特性；因为相对于层流来说，湍流状态的流体质点混合充分，内部热量交换也就充分，也就是说湍流的传热效率高于层流。旋流片的上下表面分布的圆形凸起或者凹槽可以增强原油的湍流特性，因此也就可以促进加热的全面性。优选地，加热管与原油接触的表面上同样设置有圆形凸起或者凹槽，其作用与旋流片的上下表面分布的圆形凸起或者凹槽所起的作用相同。
[0028]在一个优选实施例中，旋流片的上下表面具有基本上沿着加热管的径向分布着的长条形凸起或者凹槽，优选为凸起。该凸起或者凹槽同样一方面可以增加加热接触面积，另一方面可以改善旋流片的动力学特性:除此之外，该长条形凸起还可以推进原油流动。优选地，加热管与原油接触的表面上也设置有竖直或略微倾斜(优选垂至于原油流动方向)设置的长条形凸起或者凹槽；该凸起或者凹槽同样一方面可以增加加热接触面积，另一方面可以改善加热管的动力学特性；除此之外，加热管上的长条形凸起还可以推进原油流动。
[0029]为了增加传热性能，优选地，旋流片、加热管以及凸起可以采用金属制成。
[0030]所述凸起或者凹槽优选地设置于靠近底部的旋流片或加热管上，这样可以降低制造成本，因为所述凸起或者凹槽所起的增强湍流特性的作用在加热之初更为重要。
[0031]在另一个实施例中，参见图4，其中处在保温壳体内部的加热管和旋流片被结合成一体的单一结构，本发明此处将其称为加热旋流结构；在图4的截面图中，该加热旋流结构的横截面为一种类三角形的形状，但三角形的边的中间部分向三角形的中心塌陷，此处可称之为“镖”型；所述的塌陷可以形成一个折角或者是弧状。同时，也可以采用其他多边形或者圆，只要某些边段向中心塌陷以形成尖锐棱边。当然，如果自上而下看时，该加热结构的外表面是呈现出螺旋扭曲的(即邻近的两个加热结构横截面彼此错位旋转一个角度)，这样在该加热结构旋转时才能够螺旋驱动流体自下而上流动。在这一结构中，由于加热管和旋流片被结合成一体，大大降低了制造难度，同时保持了原本的流体推进和加热的作用，而且这一结构增加了流体与加热面的接触面积。当然，这里的加热结构同样可以在其外表面设置凹槽或者凸起。
[0032]在另一个实施例中，参见图5，根据本发明的辅助装置的底部设置有沉淀板14，该沉淀板上设置有上口大、下口小的锥台15。原油中的泥质和杂质等固体颗粒经由沉淀板14上设置的上口大、下口小的锥台15而进入辅助装置的最底部，这样在旋流片旋转过程中能够更小程度地卷扬起原油中的泥质和杂质，这尤其在泥质和杂质积攒过多而没有及时排垢时显得更为有利。
[0033]在另一个实施例中，原油进入辅助装置之前和流出辅助装置之后，管道均存在一段直管道，优选地超过0.25米。进口之前和出口之后的管道部位之间连接有旁通管道，旁通管道上设置有旁通阀，这样可以适应辅助装置的检查维护工作以及季节性运行的需要。优选地，设备控制箱外壳上设置有接地装置，以防止雷击。管道之间采用法兰连接，要求平行度安装误差小于0.8毫米，同轴度安装误差小于0.4毫米。
[0034]在另一个实施例中，实施例一、二和三中的加热管和旋流片结构可以组合使用。一种组合是实施例一中旋流片结构使用于上部、实施例二中的旋流片结构使用于下部，二者等高；另一种组合可以例如是三种结构各占三分之一高度，上下位置任意组合。一种组合是实施例二中旋流片结构使用于上部、实施例三中的旋流结构使用于下部，二者等高；当然，还有其他排列组合，在此不一一例举。
[0035]在另一个实施例中，驱动加热管旋转的动力装置借助于变速器驱动加热管，该变速器至少存在两个档位，加热管在变速器的一个档位上正常工作，而在另一个档位上则具有明显加快的旋转速度，例如可以正常工作档位的转速的两倍。加热管在变速器的正常工作档位上旋转工作时，一段时间后可换到高速档，在高速档上运行一个较短时间后(例如可以是5-30秒)，再切换到正常工作档位上，依此可周期性变换档位工作。借助于本发明的变速器，在高速档和低速档之间来回切换时，可以增加原油流动的湍流特性，而且也可以降低原油在加热器内部粘附和积聚。
[0036]在另一个实施例中，为了降低原油和辅助装置接触面的粘附，本发明在辅助装置与原油的接触面上喷涂涂料。所述涂料的配方为按重量计，有机硅改性丙烯酸树脂50-62 %，颜色填料26-30 %，纳米二氧化硅2 %，消泡剂1.8%，分散剂1.2%，催化剂0.5%，溶剂3-5%。
[0037]本领域技术人员可以根据本发明公开的内容和所掌握的本领域技术对本
【发明内容】
做出替换或变型以及任意组合，但是这些替换或变型以及组合都不应视为脱离本发明构思的，这些替换或变型均在本发明要求保护的权利范围内。
【权利要求】
1.一种石油开采辅助装置，包括防爆接线盒、压力表、保温壳体、加热管、旋流片、原油出口、安全阀、排气阀、防爆控制箱、绝缘电缆、防爆调节功率箱、排垢口和原油进口，防爆控制箱通过绝缘电缆与防爆接线盒相连接，在保温壳体的上端设置有原油出口，在保温壳体的下端设置原油进口和排垢口，在加热管上设置有旋流片，其特征在于旋流片上设置有凸起或者凹槽。
2.根据权利要求1所述的石油开采辅助装置，其特征在于旋流片的上下表面具有基本上沿着加热管的径向分布着的长条形凸起或者凹槽，加热管与原油接触的表面上设置有竖直设置的长条形凸起或者凹槽。
3.根据前述任一项权利要求所述的石油开采辅助装置，其特征在于所述凸起或者凹槽优选地设置于靠近底部的旋流片、加热管上。
4.根据前述任一项权利要求所述的石油开采辅助装置，其特征在于旋流片具有内部空腔结构。
5.根据前述任一项权利要求所述的石油开采辅助装置，其特征在于还包括沉淀板，该沉淀板上设置有上口大、下口小的锥台。
6.根据前述任一项权利要求所述的石油开采辅助装置，其特征在于处在保温壳体内部的加热管和旋流片被结合成一体的单一结构，还加热旋流结构的横截面为类三角形的形状，但三角形的边的中间部分向三角形的中心塌陷。
7.根据前述任一项权利要求所述的石油开采辅助装置，其特征在于加热管与旋流空腔的接触部分开设孔槽，加热装置经过孔槽进入空腔。
8.根据前述任一项权利要求所述的石油开采辅助装置，其特征在于旋流片具有螺距，螺距沿着加热管自下而上逐渐减小。
9.根据前述任一项权利要求所述的石油开采辅助装置，其特征在于驱动加热管旋转的动力装置借助于变速器驱动加热管，该变速器至少存在两个档位。
【文档编号】E21B43/24GK104153749SQ201410395416
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】赵守刚 申请人:沈阳新光电气制造有限公司