油井清蠟降粘裝置的制造方法
【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種應用于油井開采過程中用于解決稠油清蠟和降粘問題的裝置。
【背景技術】：
[0002] 在采油領域中，高含水稠油（或結蠟）井易卡泵的問題一直制約著稠油（或結蠟） 井的生產(chǎn)時效。為了解決這一問題，有人曾經(jīng)使用井下電加熱的方法用于此領域。由于井 下作業(yè)的惡劣環(huán)境，所以要求方案能夠滿足耐腐蝕、耐高壓強度、耐高溫且介電強度高等要 求。由于現(xiàn)有的方案使用的是恒功率的電加熱結構，且系統(tǒng)控制方法過于簡單，所以會造 成能源的浪費：①現(xiàn)有方法是將發(fā)熱體的輸出功率設定為原油最大的散熱功率來保證不結 蠟，而忽略了地層溫度梯度變化帶來的對電加熱功率需求變化的影響；②現(xiàn)有的控制方式 一般是測量井口的溫度，該方法雖然直觀、簡便，但是存在諸多的問題，如溫度多為人工設 定，無法及時根據(jù)生產(chǎn)情況的變化來修正設定值，為了滿足需求通常將設定值設定的偏大 等問題，這些都會造成能源的浪費。隨著國家提出節(jié)能減排的號召，因此，亟需一種高效、節(jié) 能的解決方案。

【發(fā)明內容】
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[0003] 為了解決【背景技術】中所提到的技術問題，本發(fā)明提供一種油井清蠟降粘裝置，該 種裝置由電加熱部分和可實現(xiàn)自動調整電加熱輸出功率的控制部分兩部分組成，使其中的 電發(fā)熱體功率呈現(xiàn)梯度變化，可以在滿足實際需要的同時，避免能量的浪費。
[0004] 本發(fā)明的技術方案是：該種油井清蠟降粘裝置，由具有若干電壓輸出檔位的變壓 器、電發(fā)熱體、傳感體、可編程序控制器、遠程PC主機、光纖測溫模塊、遠程透傳模塊、中間 繼電器、變壓器檔位切換接觸器、功率調節(jié)模塊、井口溫度變送器、模擬量I/O擴展模塊以 及與所述電發(fā)熱體相配合的控制電路和供電電路構成；
[0005] 所述可編程序控制器、光纖測溫模塊及遠程透傳模塊通過RS-485端口搭建 MODBUS數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡，所述可編程序控制器是該網(wǎng)絡的主機；所述可編程序控制器的一部 分I/O端口作為離散量輸入端口與控制按鈕相連，另一部分I/O 口端口作為離散量輸出端 口與所述中間繼電器的觸發(fā)信號輸入端相連，用來實現(xiàn)所述可編程序控制器控制所述變壓 器的對應變壓器檔位切換接觸器工作；所述可編程序控制器的CANopen端口外接模擬量1/ 〇擴展模塊，用于4~20mA模擬量的輸入及輸出；所述井口溫度變送器的采樣信號輸出端 連接至所述模擬量I/O擴展模塊的采樣信號輸入端，用來實現(xiàn)將采集到的井口溫度信號輸 入到所述可編程序控制器的CANopen端；所述功率調節(jié)模塊的控制信號輸入端連接至所述 模擬量I/O擴展模塊的控制信號輸出端，用來實現(xiàn)所述可編程序控制器控制所述功率調節(jié) 模塊的輸出功率；
[0006] 所述遠程PC主機通過GPRS或3G數(shù)據(jù)鏈路與所述遠程透傳模塊實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)流 傳送；
[0007] 其中，所述電發(fā)熱體采用三相芯線結構，由所述變壓器提供工作電壓，由所述功率 調節(jié)模塊控制輸出功率；所述傳感體采用光纖制成，通過光纖接入口與所述光纖測溫模塊 連接以實現(xiàn)向光纖測溫模塊提供井下的溫度數(shù)據(jù)；
[0008] 所述可編程序控制器內置有程序，可實現(xiàn)如下功能：
[0009] 功能1，讀取所述光纖測溫模塊采集到的溫度數(shù)據(jù)到內部存儲器建立數(shù)組，繼而得 到溫度梯度的過程量及其變化量，與其設定值相比較并計算后得到變壓器的合理檔位，之 后輸出離散控制信號控制對應變壓器檔位的中間繼電器接通，完成對應變壓器檔位的切換 接觸器接通，從而實現(xiàn)調整所述電發(fā)熱體供電電源的輸出功率；
[0010] 功能2，讀取所述井口溫度變送器采集到的溫度數(shù)據(jù)到內部存儲器建立數(shù)組，繼而 得到溫度的過程量及其變化量，與其設定值相比較并計算后得到所述功率調節(jié)模塊的合理 功率輸出控制電流，從而實現(xiàn)調整所述電發(fā)熱體的負載輸出功率。
[0011] 本發(fā)明具有如下有益效果：采取上述方案的油井清蠟降粘裝置，其中的發(fā)熱體功 率可實現(xiàn)梯度變化，可以在滿足實際需要的同時，避免能量的浪費。除此之外，由于井口的 出液溫度與諸多因素有關，如流量，井口油壓，井口套壓，脫氣量等有著直接或間接的關系， 所以現(xiàn)有的檢測井口溫度這一過程量很容易出現(xiàn)超調且難以自動整定的問題。在諸多影響 中脫氣量不易實現(xiàn)在線直接檢測，且是井口溫度變化的主要影響因素，因此，需要一種相關 的檢測辦法。本方案是根據(jù)原油脫氣過程會帶走大量的熱量，從而會影響原有井筒的溫度 場（梯度）這一內因，從而將脫氣量的大小轉換為對井筒溫度場改變的大小，監(jiān)測量由脫氣 量變?yōu)榫矞囟忍荻茸兓?，從而實現(xiàn)對其進行在線監(jiān)測。本方案同時監(jiān)測井口溫度（對 應流量改變這一內因）及井筒溫度梯度（對應脫氣量改變這一內因），而脫氣量的改變是 溫度變化的主要因素，因此，井筒溫度梯度具有優(yōu)先權，當兩個過程變量同時發(fā)生變化時， 優(yōu)先沿著井筒溫溫度梯度這一路徑切換控制狀態(tài)。本方案針對井口溫度及井筒溫度場的變 化，所需求的電加熱功率不同而分別采取不同的應對策略。由于流量的變化一般的波動范 圍不大，且影響緩慢，因此，所以對于電加熱功率的需求也是微小調節(jié)，因此通過改變在小 范圍內調節(jié)負載電壓的辦法來對電加熱功率進行微調。脫氣量的變化，通常來說對電加熱 功率的需求較大，且需求量迅速增加，因此通過改變電源輸出功率來對電加熱功率進行大 而快的響應。預埋在井下的傳感光纖，可在控制部分中實現(xiàn)對溫度梯度的監(jiān)測進而監(jiān)測油 井的脫氣率，通過控制柜可以完成對相關參數(shù)的自整定，在節(jié)能的基礎上，可以最大限度的 發(fā)揮其使用效果，這樣就使得油井高效清蠟降粘裝置更加系統(tǒng)化、智能化和人性化，可以更 好的滿足高端客戶的定制要求。
【附圖說明】：
[0012] 圖1是本發(fā)明的組成結構示意圖。
[0013] 圖2是本發(fā)明所涉及到的電發(fā)熱體和傳感體的結構示意圖。
[0014] 圖3是本發(fā)明芯線連接件的外觀與剖面示意圖。
[0015] 圖4是本發(fā)明芯線連接件的使用方法示意圖。
[0016] 圖5是本發(fā)明控制系統(tǒng)狀態(tài)流程圖
[0017] 圖6是與本發(fā)明所述電加熱體相配合的控制電路和供電電路的電路原理圖。
[0018] 圖7是本發(fā)明所述可編程序控制器的控制程序流程圖。
[0019] 圖8是本發(fā)明所述遠程PC的控制程序流程圖。
[0020] 圖中1-芯線、2-芯線護套、3-芯線并護套、4-并護套、5-不銹鋼護套、6-傳感光 纖、7_玻纖護套、8-光纖外護套、9-尾端接線盒、10-芯線引入口、11-焊料導引槽、12-焊料 滴入槽、13-芯線連接件、14-芯線對接焊點。
【具體實施方式】：
[0021] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明：
[0022] 由圖1至圖6所示，該種油井清蠟降粘裝置，由具有若干電壓輸出檔位的變壓器、 電發(fā)熱體、傳感體、可編程序控制器、遠程PC主機、光纖測溫模塊、遠程透傳模塊、中間繼電 器、變壓器檔位切換接觸器、功率調節(jié)模塊、井口溫度變送器、模擬量I/O擴展模塊以及與 所述電發(fā)熱體相配合的控制電路和供電電路構成；
[0023] 所述可編程序控制器、光纖測溫模塊及遠程透傳模塊通過RS-485端口搭建 MODBUS數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡，所述可編程序控制器是該網(wǎng)絡的主機；所述可編程序控制器的一部 分I/O端口作為離散量輸入端口與控制按鈕相連，另一部分I/O口端口作為離散量輸出端 口與所述中間繼電器的觸發(fā)信號輸入端相連，用來實現(xiàn)所述可編程序控制器控制所述變壓 器的對應變壓器檔位切換接觸器工作；所述可編程序控制器的CANopen端口外接模擬量1/ 〇擴展模塊，用于4~20mA模擬量的輸入及輸出；所述井口溫度變送器的采樣信號輸出端 連接至所述模擬量I/O擴展模塊的采樣信號輸入端，用來實現(xiàn)將采集到的井口溫度信號輸 入到所述可編程序控制器的CANopen端；所述功率調節(jié)模塊的控制信號輸入端連接至所述 模擬量I/O擴展模塊的控制信號輸出端，用來實現(xiàn)所述可編程序控制器控制所述功率調節(jié) 模塊的輸出功率；
[0024] 所述遠程PC主機通過GPRS或3G數(shù)據(jù)鏈路與所述遠程透傳模塊實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)流 傳送；
[0025] 其中，所述電發(fā)熱體采用三相芯線結構，由所述變壓器提供工作電壓，由所述功率 調節(jié)模塊控制輸出功率；所述傳感體采用光纖制成，通過光纖接入口與所述光纖測溫模塊 連接以實現(xiàn)向光纖測溫模塊提供井下的溫度數(shù)據(jù)；
[0026] 所述可編程序控制器內置有程序，可實現(xiàn)如下功能：
[0027] 功能1，讀取所述光纖測溫模塊采集到的溫度數(shù)據(jù)到內部存儲器建立數(shù)組，繼而得 到溫度梯度的過程量及其變化量，與其設定值相比較并計算后得到變壓器的合理檔位，之 后輸出離散控制信號控制對應變壓器檔位的中間繼電器接通，完成對應變壓器檔位的切換 接觸器接通，從而實現(xiàn)調整所述電發(fā)熱體供電電源的輸出功率；
[0028] 功能2,讀取所述井口溫度變送器采集到的溫度數(shù)據(jù)到內部存儲器建立數(shù)組，繼而 得到溫度的過程量及其變化量，與其設定值相比較并計算后得到所述功率調節(jié)模塊的合理 功率輸出控制電流，從而實現(xiàn)調整所述電發(fā)熱體的負載輸出功率。
[0029] 如圖2所示，傳感體由傳感光纖6、玻纖護套7及光纖外護套8組成。其中傳感光 纖6是首端和末端均引入系統(tǒng)進行分析提高了測量的精度；玻纖護套7為玻璃纖維絲編織 結構，可以有效防止在擠塑光纖外護套8時因張力過大而導致傳感光纖6的損傷。尾端接 線盒10的護罩與不銹鋼護套5進行機械連接。電發(fā)熱體如圖2,結合圖3、圖4所示，由若 干段具有摻雜不同金屬組分的銅基合金線順次連接后構成，所述摻雜不同金屬組分的銅基 合金線按照如下方式選?。?br>[0030] 地層深度為L處的電發(fā)熱體芯線的加熱功率如公式[1]所示進行計算；
[0031] 把地溫梯度代入公式[1]計算對應的電加熱功率梯度（例如A，W2,W3，…Wn)，進 而得到電加熱部分的芯線電阻梯度（例如&，R2,R3，…Rn)，計算出電阻梯度的比例（例如： ~Rn= n :…nn)，確定邊界值（例如：&= D，則比例因子為k = D/n D，計 算出其余的電阻值（例如：R2= k n 2, R3= k n 3，~Rn= k n n)成一般取值為純銅；
【主權項】
1. 一種油井清蠟降粘裝置，由具有若干電壓輸出檔位的變壓器、電發(fā)熱體、傳感體、可 編程序控制器、遠程PC主機、光纖測溫模塊、遠程透傳模塊、中間繼電器、變壓器檔位切換 接觸器、功率調節(jié)模塊、井口溫度變送器、模擬量I/O擴展模塊以及與所述電發(fā)熱體相配合 的控制電路和供電電路構成； 所述可編程序控制器、光纖測溫模塊及遠程透傳模塊通過RS-485端口搭建MODBUS數(shù) 據(jù)總線網(wǎng)絡，所述可編程序控制器是該網(wǎng)絡的主機；所述可編程序控制器的一部分I/O端 口作為離散量輸入端口與控制按鈕相連，另一部分I/O 口端口作為離散量輸出端口與所述 中間繼電器的觸發(fā)信號輸入端相連，用來實現(xiàn)所述可編程序控制器控制所述變壓器的對應 變壓器檔位切換接觸器工作；所述可編程序控制器的CANopen端口外接模擬量I/O擴展模 塊，用于4~20mA模擬量的輸入及輸出；所述井口溫度變送器的采樣信號輸出端連接至所 述模擬量I/O擴展模塊的采樣信號輸入端，用來實現(xiàn)將采集到的井口溫度信號輸入到所述 可編程序控制器的CANopen端；所述功率調節(jié)模塊的控制信號輸入端連接至所述模擬量1/ 〇擴展模塊的控制信號輸出端，用來實現(xiàn)所述可編程序控制器控制所述功率調節(jié)模塊的