复合管护套碳纤维加热电缆的制作方法

本实用新型属于加热电缆领域，特别涉及一种复合管护套碳纤维加热电缆。

背景技术：

近年来，由于国际石油资源开采和需求量越来越大，原高质油的储备越来越少，高蜡油勘测和开发逐渐成为石油开采的主流。以我国为例，截止目前我国境内共发现新油田40多处，大约2.6万口油井，但80％是“三高”油品，即含腊高(20-30％)、凝固点高(25℃～30℃)、粘度高(10-20厘帕)。由于原油中含有大量石蜡、沥青，随着原油抽油杆提升较慢，接近地表层原油的温度相应下降，出现石油凝结现象，油井原油流量也相应降低及停产。为了提高原油产量，需要在油井抽油杆内安装一根加热电缆，提升原油温度，以达到温度补偿，从而提高原油的流动性能。

现在如何开采原油，利用电能转换热能解决降低粘度，电能耗量太大，增大了原油开采成本。节能、降低成本成为一大难题，也是石油开采过程中要迫切解决的问题。早在70年代，辽河油田就开始应用油杆伴热技术。至今已有40多年，油杆伴热技术主要是集肤效应法，也就是将绝缘单芯电缆放入空心油杆内，电缆底端与空心油杆短接，形成回路，通电后电缆产生涡流使油杆发热，达到热补偿效果。从而看出电缆质量及使用寿命，决定了采油产量。伴热电缆40多年使用发展大体分为以下三个阶段：

70年代，电缆长期工作温度150℃。电缆结构包括钢绞线(提高电缆抗拉强度)、铜导体绞合(40mm2)、聚丙烯绝缘。由于井下油温较高，在280℃左右，绝缘材料耐温差距较大，使用寿命较短，易击穿。

80-90年代，电缆长期工作温度200℃。电缆结构包括钢绞线(提高电缆抗拉强度)、铜导体绞合(40mm2)、氟塑料绝缘(耐温200℃)。虽然电缆使用寿命有所加长，但也满足不了实际应用要求。

2000年后，电缆长期工作温度250℃。电缆结构包括单根铜杆导体(￠6.2mm＝30mm2)、聚酰亚胺薄膜绕包烧结(高温绝缘、防铜导体氧化)氟塑料薄膜绕包(耐温250℃)钢管护套。钢管护套生产工艺是绝缘导体分段对接(100m)钢管分段横缝焊接(6-9m)拉制而成。该钢管护套电缆解决了耐高温问题。但存在电缆敷设易断裂，绝缘绕包不防潮易击穿。

技术实现要素：

本实用新型提出一种复合管护套碳纤维加热电缆，能够提高电缆耐温、防潮、防腐、抗开裂等性能。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种复合管护套碳纤维加热电缆，由里向外依次包括：铜导体、第一云母带绝缘层、碳纤维绞合加热层、第二云母带绝缘层、铜管导电层；所述铜管导电层外表面复合不锈钢管护套层；

所述第一云母带绝缘层的长度方向上设置有若干第一环形开口，所述第一环形开口的深度等于所述第一云母带绝缘层的厚度；

所述第二云母带绝缘层的长度方向上设置有若干第二环形开口，所述第二环形开口的深度等于所述第二云母带绝缘层的厚度；

与所述第一环形开口相对应的位置设置有内卡箍，所述内卡箍将所述铜导体与所述碳纤维绞合加热层连接；

与所述第二环形开口相对应的位置设置有外卡箍，所述外卡箍将所述碳纤维绞合加热层与所述铜管导电层连接。

优选地，所述铜导体的直径为6.2mm，采用直径为8mm的无氧铜杆制得。

优选地，所述铜管导电层采用无氧铜带纵缝氩弧焊接拉制而成。

优选地，所述不锈钢管护套层在所述铜管导电层外表面采用不锈钢带纵缝氩弧焊接拉制而成为复合管。

优选地，所述铜导体外表面设置有第一钼带，所述第一钼带的厚度为0.05mm。

优选地，所述碳纤维绞合加热层外表面设置有第二钼带，所述第二钼带的厚度为0.05mm。

优选地，所述外卡箍与所述内卡箍交错设置。

优选地，所述第一云母带绝缘层的厚度为0.8～1.2mm，所述碳纤维绞合加热层的厚度为0.8～1.0mm所述第二云母带绝缘层的厚度为0.8～1.2mm，所述铜管导电层的厚度为0.8～1.2mm，所述不锈钢管护套层的厚度为0.8～1.5mm，所述复合管护套碳纤维加热电缆的外径为14～16.5mm。

本实用新型提出了一种复合管护套碳纤维加热电缆，与现在常规电缆相比，本实用新型提供的复合管护套碳纤维加热电缆具有节能、重量轻、超长、寿命长、免维护、耐高温、防腐、抗拉能力强、加热均匀升温速度快等特点，能够高效地进行热量传导，热效率显著，而且重量轻，使得抽油杆的重量大大降低，有效地降低了电机负荷量；本电缆具有碳纤维加热和减轻电机负荷双重节能作用，并且操作非常方便，安全可靠，在反复作业的情况下，不会发生断裂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种复合管护套碳纤维加热电缆的结构示意图；

图2为本实用新型的纵截面示意图；

图3为图2中a-a截面示意图；

图4为图2中b-b截面示意图。

图中：1、铜导体；2、第一云母带绝缘层；3、碳纤维绞合加热层；4、第二云母带绝缘层；5、铜管导电层；6、不锈钢管护套层；7、内卡箍；8、外卡箍；9、第一钼带；10、第二钼带。

具体实施方式

结合图1～4，本实用新型提出一种复合管护套碳纤维加热电缆，由里向外依次包括：铜导体1、第一云母带绝缘层2、碳纤维绞合加热层3、第二云母带绝缘层4、铜管导电层5；铜管导电层5外表面复合不锈钢管护套层；

第一云母带绝缘层2的长度方向上设置有若干第一环形开口，第一环形开口的深度等于第一云母带绝缘层2的厚度；

第二云母带绝缘层4的长度方向上设置有若干第二环形开口，第二环形开口的深度等于第二云母带绝缘层4的厚度；

与第一环形开口相对应的位置设置有内卡箍7，内卡箍7将铜导体1与碳纤维绞合加热层3连接；

与第二环形开口相对应的位置设置有外卡箍8，外卡箍8将碳纤维绞合加热层3与铜管导电层5连接。

上述技术方案中，与现在常规电缆相比，本实用新型提供的复合管护套碳纤维加热电缆具有节能、重量轻、超长、寿命长、免维护、耐高温、防腐、抗拉能力强、加热均匀升温速度快等特点，能够高效地进行热量传导，热效率显著，而且重量轻，使得抽油杆的重量大大降低，有效地降低了电机负荷量；本电缆具有碳纤维加热和减轻电机负荷双重节能作用，并且操作非常方便，安全可靠，在反复作业的情况下，不会发生断裂。

需要说明的是，内卡箍7能够将铜导体1在第一环形开口处与连接碳纤维绞合加热层3；外卡箍8能够将碳纤维绞合加热层3与铜管导电层5在第二环形开口处接触紧压连接。

铜导体1采用直径为8mm的无氧铜杆制得，经过高温挤压机挤压成型后，得到直径为6.2mm的铜导体1；本实用新型经高温挤压得到的铜导体1可降低电阻率。

第一云母带绝缘层2与第二云母带绝缘层4均采用云母带多层搭接绕包，搭接率为15％，厚度控制在0.8～1.2mm。

第一云母带绝缘层2与第二云母带绝缘层4均纵向分别包裹铜导体1、碳纤维绞合加热层3；可确保内卡箍7、外卡箍8分别和铜导体1、铜管导电层5接触紧压状态，保证电缆结构紧密无间隙，收线平整。

在本实施方式中，铜导体1外表面设置有第一钼带9，第一钼带的厚度为0.05mm。需要说明的是，通过在铜导体1表面设置第一钼带，可提高铜导体1与碳纤维绞合加热层3之间的连接牢固度。

在本实施方式中，碳纤维绞合加热层3外表面设置有第二钼带10，第二钼带的厚度为0.05mm。需要说明的是，第二钼带可提高碳纤维绞合加热层3与铜管导电层5之间的紧压连接牢固度。

需要说明的是，第一钼带9与第二钼带10能够保证碳纤维绞合加热层3和铜导体1的抗氧化性，进而延长复合管护套碳纤维加热电缆的使用寿命。

在本实施方式中，外卡箍8与内卡箍7交错设置，可提高复合管护套碳纤维加热电缆的整体牢固度。

碳纤维绞合加热层3采用全黑体的碳纤维，通过在电缆中采用碳纤维可提高电热转换效率，电热转换效率高达98％，且高温状态下使用不氧化。碳纤维绞合加热层3由几万根碳纤维组成，其表面积非常大，与传统的合金电热体相比可实现节能达到30％以上。在本实施方式中，碳纤维绞合加热层3的厚度为0.8～1mm。

在本实施方式中，铜管导电层5采用无氧铜带纵缝氩弧焊接拉制而成。需要说明的是，铜管导电层5的厚度为0.8～1.2mm。

在本实施方式中，不锈钢管护套层6是将不锈钢管复合在铜管导电层5外表面，并通过采用不锈钢带纵缝氩弧焊接拉制而成为复合管。需要说明的是，不锈钢管护套层6的厚度为0.8～1.5mm。

上述复合管护套碳纤维加热电缆中铜管导电层5与不锈钢管护套层6为双金属管，通过复合管焊接设备、工装模具采用双金属管纵缝焊接拉制而成，无横缝焊接不会有断裂，能够提高电缆抗拉强度。

本实用新型复合管护套碳纤维加热电缆的工作原理是：采用碳纤维绞合加热层3作为发热体，与铜导体1和铜管导电层5并联连接。通电后碳纤维绞合加热层3就将电能转换了热能，通过双金属管将热量传导给油杆，使之达到对原油加热的目的。

本实用新型提供的复合管护套碳纤维加热电缆的优点如下：

1、节能

传统电热加温的电热体材料大都是合金材料，由于合金电热黑度系数小，电热转换过程中存在可见光而损耗大量电能，因此电加热过程中电热转换效率低，最高仅有72％左右。高温状态下合金电热体表面易氧化，氧化层不断的增厚，氧化层的电阻也不断增大，造成了合金电热体有效单位面积的电流负荷增大，易烧断。而本实用新型提供的复合管护套碳纤维加热电缆采用全黑体的碳纤维为加热体，加热过程中没有可见光，电热转换效率高达98％，高温状态下使用不氧化，其单位面积的电流的负荷不发生改变。另外，由于热传导速度与发热体表面积成正比，而碳纤维绞合加热层3中碳纤维单根直径只有0.02mm，碳纤维绞合加热层3由几万根碳纤维组成，其表面积之大是合金电热体无法可比的。因此，合管护套碳纤维加热电缆与传统的合金电热体相比可实现节能达到30％以上。

2、使用寿命长、超长

传统伴热电缆钢管护套生产工艺，(以1000m电缆为例)是将绝缘导体分段(100m*10段)，选用(6或9m)钢管套穿绝缘导体(间隙在2-3mm)数根，对套有绝缘钢管进行横缝焊接同时拉制。下一段先接绝缘导体，再穿套钢管横缝焊接拉制，经过10次可完成1000m成品电缆。不难看出1000m电缆绝缘导体要有9个接点，钢管横接焊缝一百多个，每个焊缝(焊接后强度下降，应力集中，弯曲易断裂。)都存在下井断裂隐患(下井时是有弯曲成轴电缆，垂直放入空心油杆内。电缆提出时，是将垂直电缆缠绕电缆轴上)。每年要数次下、提电缆。可以说电缆断裂机率很大，井下断裂造成击穿。电缆越长寿命越短。

而本实用新型提供的复合管护套碳纤维加热电缆本，具有耐高温陶(长期使用温度可达800℃)、燃烧后无碳化物通电不击穿、绝缘强度高，电缆也不会因而击穿。铜管导电层5、不锈钢管护套层6均采用金属带纵缝焊接拉制而成。在使用中拟补弯曲断裂现象。电缆敷设方便可靠，无开裂，大大提高了产品使用寿命。且由于铜管导电层5、不锈钢管护套层6采用双金属管纵缝焊接拉制而成，与第二云母带绝缘层4达到紧密无间隙，电缆制造长度可达2000m以上无横缝焊接。

3、高强度、体轻

传统伴热电缆绝缘导体与钢管焊接拉制后仍有间隙，钢管外径较大。井下断裂时，电缆提出电缆强度下降出现断裂(钢管焊接后截面强度下降，脆性增加)。绕包高温绝缘材料综合比重大约是2.1。

本实用新型公开的复合管护套碳纤维加热电缆，各结构之间无间隙且是紧密，无横缝焊接不会有断裂、电缆抗拉强度高。电缆外径较小，绝缘材料综合比重大约是1.5。本电缆与传统电缆(同等长度)相比重量减轻20％左右，减轻抽油机电机负荷，具有节能效果。

4、电缆安全性

本实用新型公开的电缆采用双金属复合管(即铜管导电层5、不锈钢管护套层6)纵缝焊接拉制而成，高温绝缘性能(长期使用温度可达800℃)。电缆防潮性能强、抗氧化、防腐、不锈钢材料耐磨。大大提高电缆使用安全性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。