1、集肤效应电伴热抽油杆采油工艺在牛心坨区块的应用摘 要：高升采油厂牛心坨区块生产的原油大多是稠油，温度越低粘度越大压降越大能量损失越大，导致油井结蜡程度不断加重，影响油井正常生产，给采油工作带来很多困难，所以经常采用电热杆的采油工艺克服困难。集肤效应电热杆作为一项新的加热技术出现，其技术特点及其更多的应用给采油效率的提高带来一线曙光。 关键词：稠油 结腊 集肤效应 电伴热 采油 随着稠油，高凝油的不断开采，集肤效应电伴热抽油杆采油工艺技术已得到广泛应用。该工艺通过集肤效应原理将空心抽油杆加热，尤其是越泵加热，较好地解决了稠油和高凝油举升过程中的降粘和防蜡问题，已成为开采稠油和高凝油的重要方法之一
2、。 在原油生产过程中，电热抽油杆由于集肤效应的作用，工作过程中向外界放出一定热量的焦耳热，使得周围的保持一定的温度，从而使原油能够更好的流动，笔者从电热抽油杆的电磁感应原理入手，简要介绍牛心坨地区的地质概况以及存在的问题，分析了电伴热抽油杆的应用情况。 一、电热抽油杆的集肤效应原理 如图 1 所示，单相交流电源的导线，穿过空心抽油杆，并与抽油杆在末端相连，从而形成一闭合串联电路。当回路中有交变电流通过时，导线周围将有交变磁场产生。由于抽油杆属铁磁性物质（可视为一铁芯） ，当其所处的磁场强度发生变化时，通过抽油杆轴截面的磁通也随之变化，此时便有感生电动势产生，其大小和方向可由麦克斯韦电磁感应定律
3、来确定。 在抽油杆的外壁附近，由于整个抽油杆是闭合的，所以其中的感生电动势在垂直于导线的磁力线的平面上就会产生感生电流，即电涡流，它存在于整个抽油杆的轴截面内。由右手定则可判断出感生电流的方向，如图 1 所示。 由于导线电流与抽油杆中的电流方向相反，抽油杆中将产生很强的集肤效应和临近效应，从而迫使电涡流 紧靠抽油杆的内外壁流动，其路径为环绕面积等于抽油杆轴截面的环，它自然地环绕了通过它的全部磁通。该涡流可视为变压器的二次线圈，而导线则为一次线圈，其匝数比为 1：1。若忽略漏磁通，则有 ，这样，在抽油杆的外壁 和 方向相反，互相抵消，电流只沿抽油杆内壁流动，抽油杆外壁无电流通过！ 由于集肤效应的
4、产生，电流沿抽油杆的内壁流过，其过流面积与抽油杆的整个截面积相比小得多。所以抽油杆的交流阻抗比其直流电阻大得多，集肤效应的强弱程度可由欧姆定律导出，即 式中 -集肤电流透入抽油杆的深度，mm； -抽油杆的电阻率，当温度为 80 时， ； -抽油杆的长度，mm； -抽油杆的内半径，mm； 抽油杆的交流阻抗， 。 值越小，表明集肤效应越强。表 1 是每米空心抽油杆（外径为32mm，内径为 20mm）电工参数的 实测值，并由式（1）将 的计算值也一同列入。 由表 1 可以看出，空心抽油杆工作时，随电压的变化，电流逐渐增大，阻抗逐渐变小，但变化幅度不大，其阻抗值是直流电阻的 倍，电流透入抽油杆内壁的深
5、度为 mm，即电流只沿抽油杆内壁透深小于 1mm 的圆环带内流动，抽油杆外表层无电流流过。这一特点为集肤效应电热抽油杆的安全应用提供了保障。由于空心抽油杆的交流阻抗远大于导线的电阻，空心抽油杆为主要发热体，可快速有效地加热抽油杆外的原油，而导线发热较少，不会过热，有利于导线的绝缘和保护。 表 1 空心抽油杆的交流阻抗及透入深度表 注：直流电阻为 二、集肤效应电伴热技术的应用 1.油田开发管理中存在的主要问题 油田开发初期依靠天然能量，后期由于地层压力下降到 18.5MPa，低于饱和压力；生产过程中出现了地层脱气，气油比上升，结蜡程度日益严重等问题。随着油田开发时间的延长，油藏进入溶解气驱开发阶
6、段；地层压力下降，含蜡量上升。 由于地层压力不断下降，油层温度下降，结蜡程度日益严重，油井含蜡量上升到 13.14%，导致热洗周期缩短，且洗井时，由于地层压力低，洗井液极易进入地层，造成油层伤害；由于油藏亲水，很容易造成水锁孔喉通道，影响渗流速度，降低油井产能；有的油井经过洗井排液后，再也无法恢复到热洗前的产量，平均影响日产油量 11.7 吨左右。 2.应用情况 电加热抽油杆采油工艺与常规游梁抽油机抽油泵采油系统相比，只是增加了电加热抽油杆装置，即用一定长度的空心抽油杆代替部分实心抽油杆，配套整体电缆和地面控制柜。通电后能将结蜡点以上油管内的原油进行全程加热，融化井筒积蜡并降低原油粘度，改善抽
7、油泵工况，提高油井免修期和利用率。 目前牛心坨区块共有 153 口生产井，其中电加热井 43 口，占总井数的 28.1%，井数所占比重高；月产液 13176t，月产油 4263t，平均月产液53197.4t，平均月产油 11594.25t，43 口电加热井月产液占总产液量的24.77%，月产油占月总产油量的 36.77%，产量所占比重高。 三、结论 通过对集肤效应电伴热的了解和工程计算，我们可以得出这样的结论： 1.集肤效应电伴热技术是一种安全、高效、施工程序简便的加热技术。 2.自动化程度高。应用集肤效应电伴热技术，可以使一些井站实现无人值守。 3.集肤效应电热抽油杆工作时，电流只沿内壁流过
8、，外壁无电流，且杆外也无电磁场存在，可以安全应用。 4.电热抽油杆的交流阻抗远大于导线的电阻，因此电热抽油杆为主要发热体，可快速有效地加热抽油杆外的原油，而导线不会过热，有利于导线的绝缘和保护。 5.电热抽油杆所受的磁场力与其它外力相比小得多，所以对抽油杆强度无明显影响，可忽略不计。 6.电热杆技术适合牛心坨区块油井的原油生产情况，且管理简单，使用范围广，不受井底温度、井下管柱、含水和环境等因素的影响。是相对比较成熟的技术，长期使用不会对油层造成伤害，只是选井时斜度不能太大。 参考文献 1马文蔚，柯景风，物理学，中册（第二版） ，北京：人民教育出版社 1984，123125，166209 2.秦曾煌，电工学，北京：人民教育出版社，1978，81106； 3程宇辉，陈广超，张国华，等电热杆采油工艺在高集油田的应用J钻采工艺，2002，25（6）：9496。 4仲志红、米鸿祥、眭峰，集油管线集肤效应电伴热技术油气田地面工程，2003，22（9）.
