油井清蜡降粘装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种应用于油井开采过程中用于解决稠油清蜡和降粘问题的装置。
【背景技术】：
[0002] 在采油领域中，高含水稠油（或结蜡）井易卡泵的问题一直制约着稠油（或结蜡） 井的生产时效。为了解决这一问题，有人曾经使用井下电加热的方法用于此领域。由于井 下作业的恶劣环境，所以要求方案能够满足耐腐蚀、耐高压强度、耐高温且介电强度高等要 求。由于现有的方案使用的是恒功率的电加热结构，且系统控制方法过于简单，所以会造 成能源的浪费：①现有方法是将发热体的输出功率设定为原油最大的散热功率来保证不结 蜡，而忽略了地层温度梯度变化带来的对电加热功率需求变化的影响；②现有的控制方式 一般是测量井口的温度，该方法虽然直观、简便，但是存在诸多的问题，如温度多为人工设 定，无法及时根据生产情况的变化来修正设定值，为了满足需求通常将设定值设定的偏大 等问题，这些都会造成能源的浪费。随着国家提出节能减排的号召，因此，亟需一种高效、节 能的解决方案。
【发明内容】
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[0003] 为了解决【背景技术】中所提到的技术问题，本发明提供一种油井清蜡降粘装置，该 种装置由电加热部分和可实现自动调整电加热输出功率的控制部分两部分组成，使其中的 电发热体功率呈现梯度变化，可以在满足实际需要的同时，避免能量的浪费。
[0004] 本发明的技术方案是：该种油井清蜡降粘装置，由具有若干电压输出档位的变压 器、电发热体、传感体、可编程序控制器、远程PC主机、光纤测温模块、远程透传模块、中间 继电器、变压器档位切换接触器、功率调节模块、井口温度变送器、模拟量I/O扩展模块以 及与所述电发热体相配合的控制电路和供电电路构成；
[0005] 所述可编程序控制器、光纤测温模块及远程透传模块通过RS-485端口搭建 MODBUS数据总线网络，所述可编程序控制器是该网络的主机；所述可编程序控制器的一部 分I/O端口作为离散量输入端口与控制按钮相连，另一部分I/O 口端口作为离散量输出端 口与所述中间继电器的触发信号输入端相连，用来实现所述可编程序控制器控制所述变压 器的对应变压器档位切换接触器工作；所述可编程序控制器的CANopen端口外接模拟量1/ 〇扩展模块，用于4~20mA模拟量的输入及输出；所述井口温度变送器的采样信号输出端 连接至所述模拟量I/O扩展模块的采样信号输入端，用来实现将采集到的井口温度信号输 入到所述可编程序控制器的CANopen端；所述功率调节模块的控制信号输入端连接至所述 模拟量I/O扩展模块的控制信号输出端，用来实现所述可编程序控制器控制所述功率调节 模块的输出功率；
[0006] 所述远程PC主机通过GPRS或3G数据链路与所述远程透传模块实现双向数据流 传送；
[0007] 其中，所述电发热体采用三相芯线结构，由所述变压器提供工作电压，由所述功率 调节模块控制输出功率；所述传感体采用光纤制成，通过光纤接入口与所述光纤测温模块 连接以实现向光纤测温模块提供井下的温度数据；
[0008] 所述可编程序控制器内置有程序，可实现如下功能：
[0009] 功能1，读取所述光纤测温模块采集到的温度数据到内部存储器建立数组，继而得 到温度梯度的过程量及其变化量，与其设定值相比较并计算后得到变压器的合理档位，之 后输出离散控制信号控制对应变压器档位的中间继电器接通，完成对应变压器档位的切换 接触器接通，从而实现调整所述电发热体供电电源的输出功率；
[0010] 功能2，读取所述井口温度变送器采集到的温度数据到内部存储器建立数组，继而 得到温度的过程量及其变化量，与其设定值相比较并计算后得到所述功率调节模块的合理 功率输出控制电流，从而实现调整所述电发热体的负载输出功率。
[0011] 本发明具有如下有益效果：采取上述方案的油井清蜡降粘装置，其中的发热体功 率可实现梯度变化，可以在满足实际需要的同时，避免能量的浪费。除此之外，由于井口的 出液温度与诸多因素有关，如流量，井口油压，井口套压，脱气量等有着直接或间接的关系， 所以现有的检测井口温度这一过程量很容易出现超调且难以自动整定的问题。在诸多影响 中脱气量不易实现在线直接检测，且是井口温度变化的主要影响因素，因此，需要一种相关 的检测办法。本方案是根据原油脱气过程会带走大量的热量，从而会影响原有井筒的温度 场（梯度）这一内因，从而将脱气量的大小转换为对井筒温度场改变的大小，监测量由脱气 量变为井筒温度梯度变化率，从而实现对其进行在线监测。本方案同时监测井口温度（对 应流量改变这一内因）及井筒温度梯度（对应脱气量改变这一内因），而脱气量的改变是 温度变化的主要因素，因此，井筒温度梯度具有优先权，当两个过程变量同时发生变化时， 优先沿着井筒温温度梯度这一路径切换控制状态。本方案针对井口温度及井筒温度场的变 化，所需求的电加热功率不同而分别采取不同的应对策略。由于流量的变化一般的波动范 围不大，且影响缓慢，因此，所以对于电加热功率的需求也是微小调节，因此通过改变在小 范围内调节负载电压的办法来对电加热功率进行微调。脱气量的变化，通常来说对电加热 功率的需求较大，且需求量迅速增加，因此通过改变电源输出功率来对电加热功率进行大 而快的响应。预埋在井下的传感光纤，可在控制部分中实现对温度梯度的监测进而监测油 井的脱气率，通过控制柜可以完成对相关参数的自整定，在节能的基础上，可以最大限度的 发挥其使用效果，这样就使得油井高效清蜡降粘装置更加系统化、智能化和人性化，可以更 好的满足高端客户的定制要求。
【附图说明】：
[0012] 图1是本发明的组成结构示意图。
[0013] 图2是本发明所涉及到的电发热体和传感体的结构示意图。
[0014] 图3是本发明芯线连接件的外观与剖面示意图。
[0015] 图4是本发明芯线连接件的使用方法示意图。
[0016] 图5是本发明控制系统状态流程图
[0017] 图6是与本发明所述电加热体相配合的控制电路和供电电路的电路原理图。
[0018] 图7是本发明所述可编程序控制器的控制程序流程图。
[0019] 图8是本发明所述远程PC的控制程序流程图。
[0020] 图中1-芯线、2-芯线护套、3-芯线并护套、4-并护套、5-不锈钢护套、6-传感光 纤、7_玻纤护套、8-光纤外护套、9-尾端接线盒、10-芯线引入口、11-焊料导引槽、12-焊料 滴入槽、13-芯线连接件、14-芯线对接焊点。
【具体实施方式】：
[0021] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0022] 由图1至图6所示，该种油井清蜡降粘装置，由具有若干电压输出档位的变压器、 电发热体、传感体、可编程序控制器、远程PC主机、光纤测温模块、远程透传模块、中间继电 器、变压器档位切换接触器、功率调节模块、井口温度变送器、模拟量I/O扩展模块以及与 所述电发热体相配合的控制电路和供电电路构成；
[0023] 所述可编程序控制器、光纤测温模块及远程透传模块通过RS-485端口搭建 MODBUS数据总线网络，所述可编程序控制器是该网络的主机；所述可编程序控制器的一部 分I/O端口作为离散量输入端口与控制按钮相连，另一部分I/O口端口作为离散量输出端 口与所述中间继电器的触发信号输入端相连，用来实现所述可编程序控制器控制所述变压 器的对应变压器档位切换接触器工作；所述可编程序控制器的CANopen端口外接模拟量1/ 〇扩展模块，用于4~20mA模拟量的输入及输出；所述井口温度变送器的采样信号输出端 连接至所述模拟量I/O扩展模块的采样信号输入端，用来实现将采集到的井口温度信号输 入到所述可编程序控制器的CANopen端；所述功率调节模块的控制信号输入端连接至所述 模拟量I/O扩展模块的控制信号输出端，用来实现所述可编程序控制器控制所述功率调节 模块的输出功率；
[0024] 所述远程PC主机通过GPRS或3G数据链路与所述远程透传模块实现双向数据流 传送；
[0025] 其中，所述电发热体采用三相芯线结构，由所述变压器提供工作电压，由所述功率 调节模块控制输出功率；所述传感体采用光纤制成，通过光纤接入口与所述光纤测温模块 连接以实现向光纤测温模块提供井下的温度数据；
[0026] 所述可编程序控制器内置有程序，可实现如下功能：
[0027] 功能1，读取所述光纤测温模块采集到的温度数据到内部存储器建立数组，继而得 到温度梯度的过程量及其变化量，与其设定值相比较并计算后得到变压器的合理档位，之 后输出离散控制信号控制对应变压器档位的中间继电器接通，完成对应变压器档位的切换 接触器接通，从而实现调整所述电发热体供电电源的输出功率；
[0028] 功能2,读取所述井口温度变送器采集到的温度数据到内部存储器建立数组，继而 得到温度的过程量及其变化量，与其设定值相比较并计算后得到所述功率调节模块的合理 功率输出控制电流，从而实现调整所述电发热体的负载输出功率。
[0029] 如图2所示，传感体由传感光纤6、玻纤护套7及光纤外护套8组成。其中传感光 纤6是首端和末端均引入系统进行分析提高了测量的精度；玻纤护套7为玻璃纤维丝编织 结构，可以有效防止在挤塑光纤外护套8时因张力过大而导致传感光纤6的损伤。尾端接 线盒10的护罩与不锈钢护套5进行机械连接。电发热体如图2,结合图3、图4所示，由若 干段具有掺杂不同金属组分的铜基合金线顺次连接后构成，所述掺杂不同金属组分的铜基 合金线按照如下方式选取：
[0030] 地层深度为L处的电发热体芯线的加热功率如公式[1]所示进行计算；
[0031] 把地温梯度代入公式[1]计算对应的电加热功率梯度（例如A，W2,W3，…Wn)，进 而得到电加热部分的芯线电阻梯度（例如&，R2,R3，…Rn)，计算出电阻梯度的比例（例如： ~Rn= n :…nn)，确定边界值（例如：&= D，则比例因子为k = D/n D，计 算出其余的电阻值（例如：R2= k n 2, R3= k n 3，~Rn= k n n)成一般取值为纯铜；
【主权项】
1. 一种油井清蜡降粘装置，由具有若干电压输出档位的变压器、电发热体、传感体、可 编程序控制器、远程PC主机、光纤测温模块、远程透传模块、中间继电器、变压器档位切换 接触器、功率调节模块、井口温度变送器、模拟量I/O扩展模块以及与所述电发热体相配合 的控制电路和供电电路构成； 所述可编程序控制器、光纤测温模块及远程透传模块通过RS-485端口搭建MODBUS数 据总线网络，所述可编程序控制器是该网络的主机；所述可编程序控制器的一部分I/O端 口作为离散量输入端口与控制按钮相连，另一部分I/O 口端口作为离散量输出端口与所述 中间继电器的触发信号输入端相连，用来实现所述可编程序控制器控制所述变压器的对应 变压器档位切换接触器工作；所述可编程序控制器的CANopen端口外接模拟量I/O扩展模 块，用于4~20mA模拟量的输入及输出；所述井口温度变送器的采样信号输出端连接至所 述模拟量I/O扩展模块的采样信号输入端，用来实现将采集到的井口温度信号输入到所述 可编程序控制器的CANopen端；所述功率调节模块的控制信号输入端连接至所述模拟量1/ 〇扩展模块的控制信号输出端，用来实现所述可编程序控制器控制所述功率调节模块的