（大庆油田有限责任公司第六采油厂）
摘要：油田采油井（螺杆泵、抽油机、电泵）生产过程中，高凝、稠油井开发和井筒结蜡问题非常突出；为了从根本上解决这一技术难题，采用交—直—中变频技术 ,通过改变加热的供电方式强化了集肤效应，提高电热转换效率，油井空心杆井筒中频节能加热技术已日臻成熟，达到降低单井电加热费用的目的，方便了日常生产管理。中频电加热比工频电加热功率可降低 10～2 0 k W,平均节电率达到 28%。
关键词：高凝稠油井结蜡；集肤效应；中频节能加热；节能高效
1 前言
现在油田采油井（螺杆泵、抽油机、电泵）生产普遍采用掺水和定期热洗的办法，解决高凝、稠油井生产和井筒结蜡问题，投资高、能耗大，同时无论是掺水还是热洗都影响产量。油井空心杆井筒中频节能加热技术的应用不仅很好地解决了上述问题，同时具有可控易控、时间短效率高、既促生产又节能的特点。
2油井空心杆井筒中频节能加热技术
2.1中频电源的产生与优势
空心杆电加热技术从开始应用到现在已有十几年的时间，这期间的大部分时间一直采用工频（50Hz）电源进行电加热。由于工频加热电源具有设备简单、技术含量低，成本低和一次性投资少等优点，因此一直被广泛应用，但随着油田开发进入中后期，石油开采成本逐渐增高，工频加热电源耗电量大、电能成本高这一问题就变得非常突出。而采用中频(500～2000Hz)加热技术则可大幅减少耗电量，从而达到节能的目的，同时高科技电力电子器件的飞速发展与进步，也为制造中频电源控制设备提供了特别有利条件。因此，现在研究及推广油井空心杆井筒中频节能加热技术更具现实意义和经济价值。
2.2油井空心杆井筒中频节能加热技术装置
该装置主要由空心抽油杆(包括变扣、终端器、短节、光杆、悬接器、防喷盒）、加热电缆、回路电缆、中频电源控制柜等几部分组成。其正是在空心抽油杆内孔中穿入铜电缆并与空心杆体形成加热回路，通以不同频率的交流安全电压，利用内集肤效应在空心杆壁上产生的热能，通过热传导对油管内原油进行全程加热，降低原油粘度，改善其流动性，从而有效地开采高粘度、高凝固点、高含蜡原油。这个过程是可控易控的，是与生产同时进行的，不影响油井日常生产，同时由于降凝除腊效果明显，对单井产量亦有较大的促进。
2.3中频电源控制柜
中频电源控制柜是节能加热技术的地面关键设备，输入端直接连接井场380V供电电源。主要由交流三相整流、特种非晶态变压器、中频调频和智能控制单元组成，其通过加大输出频率，一般在500-2000Hz，大幅度增加阻抗，将电能转换为热能，功率为80-150KW可调，适合加热深度1500米以内，升温快热效率高，可实现定期、定时无级可调加热。
3油井空心杆井筒中频节能加热技术的节能原理
3.1中频电源加热节能原理
空心杆内下入加热电缆，使空心杆和加热电缆组成通电回路，当交流电通过这个回路时，电流主要集中在空心杆内表面，此现象称为内集肤效应，其强弱可以用电流透入钢管的深度S来表示。它与导体的电阻率ρ，相对磁导率μ，交流频率f有如下关系：
从式中可以看出，导体材料确定后，电阻率ρ和相对磁导率μ就是一个常数，保持不变，要增强集肤效应，就必需提高交流电的频率f，f越高则S越小，则内集肤效应就越强。同样，钢管阻抗Z的大小与频率f的关系为：
从式中可以看出，f越高则钢管阻抗就越大。
3.2工频电源与中频电源的差别
在工频电源（50HZ）为加热电源的空心杆电加热采油装置中，工频加热的电流频率是50HZ。由式2可知，其空心杆的阻抗Z比变频电源加热时小得多，因此供电电源本身耗电量占总耗电量的比例加大，这势必增加了耗电量。通过以上的分析，可以得到以下的结论，在井况相同的条件下，变频加热装置可通过其电流频率的可调性，比工频加热装置能够产生更为强烈的内集肤效应，使空心抽油杆获得的电功率也就越大，使电源自损降低到最低限度，从而更充分地发挥了集肤效应的电热转换效率，工频电源与中频电源在井口出油温度相近的前提下，中频电源加热节电率为27～29%,达到节能目的。
4油井空心杆井筒中频节能加热技术的优势
4.1油井的生产时效提高，生产周期延长。未采用该工艺前稠油、高凝油井要进行作业施工维持生产，或频繁热洗、加药，且效果不理想，常出现负荷重、抽不动等现象。配套该工艺后只要原油能进入泵筒，油井便可正常生产，即便是长时间关井要再开井也很方便，管理难度显著下降，油井生产周期大大延长。
4.2增产效果显著。稠油、高凝油井配套该工艺，由于井筒油管内原油温度提高，原油黏度显著下降，油井提升阻力明显降低，油井泵效一般可提高20%以上。同时，由于油井的冲次加快，油井的产量普遍提高。通过对配套应用油井情况统计，采用该工艺后单井平均日增油在2.6吨以上。
4.3安装、管理方便，大大降低一线采油工的管理劳动强度。未采用该工艺前，稠油、高凝油井日常的热洗、加药工作量非常大，一线采油工的现场管理劳动强度很高，造成油井管理效率低下，生产故障频繁，作业井次增加，一部分井长期低产、低效运行，采用该工艺后管理强度显著降低。
4.4、综合经济效益显著。虽然该工艺耗能仍然相比较高（单井日耗能在400---800kw.h左右），但其增产促产效果显著，不仅能确保油井正常生产，而且解决了热洗周期短、加药措施药量大、费用高（每口井每天加药50kg,费用约500元左右）、加药比例难确定，掺水易结垢，加药会给脱水造成困难等等问题。
5现场试验
2015年11月24日在7-PS2501和6-1814井同时展开试验（7-PS2501井的投产日期为2015年11月5日，6-1814井的投产日期为2015年11月15日），7-PS2501和6-1814井均为潜油直驱螺杆泵油井，分别下空心杆850m，加热体（电缆）入井900m。
以6-1814井试验数据为例介绍试验过程：检测输入电压380V三相平衡后，中频控制电源送电，手动模式预置输入电流为100A状态下保持平稳，并逐步加大线缆输出电流，此时中频输出功率由60KW逐步加大（中频控制柜的额定功率100KW）。
全程经过120min加热，井筒温度达到相对稳定的60℃，于14:10中频电源停机。此时我们在计量间采集6-1814井回油温度为54℃；而其它相邻油井回油温度分别为42℃和44℃；井回油温度提升明显。与此同时，我们对螺杆泵的运行电流进行了加热前后的比对,清蜡前电流为52.8A，清蜡后电流为33.2A，清蜡前后电流差19.6A；充分说明了该装置具有良好的清蜡作用与效果。
6结论
6.1采用交—直—中变频技术 ,改变集肤效应电加热供电方式，通过提高交流电频率加强“集肤效应” ,提高了电热转换效率。
6.2中频电加热比工频电加热功率平均降低 10～2 0 k W,平均节电率达到 28%。
6.3油井空心杆井筒中频节能加热技术可作为稠油井开发，降低井筒结蜡、除腊的有效手段。
参考文献
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[2]陈新国,李佃福,赵战江.新式刮蜡片的研制与应用[J].钻采工艺．2004（1）.
[3]余五星,潘建华,林军,闫军.超稠油中频电加热采油技术[J].特种油气藏,2000(1).
论文作者:曾明华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第6期
论文发表时间:2016/6/20
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