• / 4
  • 下载费用:1 下载币  

稠油开采电加热特种变频器的研究

关 键 词:
开采 加热 特种 变频器 研究
资源描述:
收 稿 日 期 :2002212208基 金 项 目 :211 基 金 资 助 项 目 (计 社 会 [ 1996 ]1498)作 者 简 介 :孙 梅 生 (1945 - ) ,男 (汉 族 ) ,湖 南 隆 回 人 ,副 教 授 ,学 士 ,从 事 自 动 控 制 和 电 力 电 子 等 实 用 技 术 的 研 究 和 开 发 。文 章 编 号 :100025870 (2003) 0520116203稠 油 开 采 电 加 热 特 种 变 频 器 的 研 究孙 梅 生 1 , 方 星 豪 1 , 郑 南 方 2 ,亢   强 2(1. 清 华 大 学 自 动 化 系 ,北 京 100084 ; 2. 辽 河 油 田 ,盘 锦 124209)摘 要 :电 加 热 对 于 稠 油 开 采 具 有 重 要 意 义 ,但 其 耗 电 量 很 大 。 为 了 提 高 稠 油 开 采 中 电 加 热 效 率 及 节 省 电 能 ,在分 析 了 稠 油 井 温 度 分 布 规 律 后 ,建 立 了 一 种 用 于 电 加 热 特 种 电 缆 的 电 路 模 型 。 针 对 油 田 稠 油 开 采 电 加 热 设 备 的 现状 ,提 出 了 一 种 可 显 著 提 高 电 加 热 效 率 的 方 法 。 在 理 论 分 析 的 基 础 上 研 制 成 功 了 种 变 频 器 (最 大 输 出 功 率为 100 A ,输 出 频 率 为 2 ,并 在 辽 河 油 田 进 行 了 工 业 应 用 。 在 多 口 稠 油 井 的 多 次 现 场 运 行 测 试 证 明 ,其 节 能效 果 明 显 优 于 500 下 的 电 加 热 设 备 。关 键 词 :稠 油 开 采 ;电 加 热 效 率 ;电 路 模 型 ;特 种 变 频 器中 图 分 类 号 : 45 , 34       文 献 标 识 码 : 言我 国 已 探 明 具 有 工 业 开 采 价 值 的 稠 油 矿 藏 ,其凝 固 点 超 过 50 ℃ ,用 稀 油 开 采 的 常 规 方 法 不 能 开采 。 经 过 多 年 研 究 ,国 内 外 稠 油 开 采 技 术 可 分 为 化学 方 法 、 物 理 方 法 和 生 物 方 法 三 大 类 。 前 者 污 染 环境 问 题 尚 未 解 决 ,后 者 尚 未 达 到 工 业 应 用 水 平 。 目前 稠 油 开 采 实 际 应 用 的 主 要 是 注 入 高 压 高 温 蒸 汽 和电 加 热 相 结 合 的 物 理 方 法 ,即 事 先 从 井 口 注 入 高 压高 温 蒸 汽 后 ,给 深 入 油 井 的 特 种 电 缆 输 入 合 适 的 电流 ,使 油 井 从 井 底 到 井 口 的 稠 油 均 可 流 动 。 我 国 辽河 油 田 的 稠 油 开 采 研 究 和 工 业 应 用 具 有 世 界 先 进 水平 ,但 电 加 热 耗 电 量 很 大 。 每 口 稠 油 井 目 前 电 加 热每 年 耗 电 高 达 20 × 104 h ,甚 至 更 多 。 而 全 国 已具 备 开 采 条 件 的 稠 油 井 数 量 超 过 1 000 口 ,每 年 耗电 总 量 超 过 2 × 109 h ,若 能 节 省 1/ 4 ,效 益 相 当可 观 。 因 此 ,如 何 提 高 稠 油 开 采 电 加 热 的 效 率 ,节 省电 能 ,具 有 重 要 的 研 究 价 值 。1   线 性 电 加 热由 地 球 物 理 常 识 可 知 ,正 常 情 况 下 ,每 深 入 地 下100 m ,温 度 升 高 3 ℃ ,如 图 1 中 斜 实 线 所 示 。 图 中横 坐 标 以 地 面 为 0 点 ,并 设 井 底 深 度 为 2 000 m。目 前 稠 油 开 采 实 用 的 电 加 热 特 种 电 缆 选 用 均 匀材 质 制 成 ,其 电 阻 值 R 长 度 L 成 正 比 ,一 般 每 米特 种 电 缆 的 电 阻 值 不 超 过 50 每 米 特 种 电 缆 分布 电 容 不 超 过 500 p F。 在 采 用 工 频 电 源 直 接 供 电 条件 下 , 特 种 电 缆 分 布 电 容 的 容 抗 比 它 的 电 阻 值 大100 倍 以 上 (设 电 缆 总 长 度 L ≤ 3 000 m) ,其 分 布 电容 的 作 用 可 忽 略 不 计 。 因 此 ,在 上 述 条 件 下 ,深 入 油井 内 不 同 位 置 单 位 长 度 (1 m) 特 种 电 缆 电 加 热 功 率相 等 ,这 种 情 况 即 属 于 线 性 电 加 热 ,其 温 度 特 性 如 图1 中 点 状 斜 线 所 示 (设 稠 油 开 采 温 度 条 件 为 75 ℃ ) 。由 图 可 以 看 出 ,线 性 电 加 热 条 件 下 ,油 井 底 部 电 缆 电加 热 的 温 升 过 高 ,热 量 散 失 多 ,因 此 电 加 热 效 率 低 。图 1   温 度 与 油 井 深 度 的 关 系根 据 傅 立 叶 热 传 导 定 律 [2 ] ,并 针 对 稠 油 开 采 电加 热 的 具 体 情 况 和 图 1 所 示 坐 标 系 ,设 单 位 时 间 内在 深 度 h = 通 过 电 缆 外 壳 d S 面 积 的 热 量 为d Q ,则2003 年   第 27 卷                   石 油 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )                     27   5第 5 期                 of               2003d Q = k d Td = k d Td , k 为 热 导 率 ; d Td 表 示 深 度 h = 电 缆外 壁 的 径 向 温 度 梯 度 ; 加 热 电 缆 圆 形 外 壳 的 半径 ; r 为 加 热 电 缆 圆 形 横 截 面 的 径 向 矢 量 。由 图 1 可 知 ,在 线 性 均 匀 加 热 条 件 下 ,从 井 底 到井 口 (地 面 ) ,电 缆 上 下 不 同 位 置 (即 不 同 的 值 )单 位 长 度 的 散 热 相 等 ,即 电 缆 外 壁 上 径 向 温 度 梯 度d Td r 记 为 处 处 相 等 ,则 单 位 时 间 内 ,稠 油 从井 底 提 升 到 井 口 所 损 失 的 热 量 ∫0- 2 000k h = 4 000π r0 k 2   非 线 性 电 加 热若 能 采 用 非 线 性 电 加 热 方 法 ,使 油 井 内 稠 油 从井 底 到 井 口 的 温 度 不 变 ,如 图 1 中 水 平 虚 线 所 示 ,则加 热 电 缆 外 壁 的 温 度 梯 度 深 度 h 的 变 化 可 用下 式 表 示 : 2 000 + 00 式 中 , h 为 0 ~ - 2 000 m。在 上 述 非 线 性 电 加 热 条 件 下 ,单 位 时 间 内 稠 油从 井 底 提 升 到 井 口 所 损 失 的 热 量 ∫0- 2 000k h= 2π - 2 000k 2 000 + 00 h= 2 000π r0 k 因 此 , 100 % = 50 %。由 此 可 见 ,与 线 性 电 加 热 相 比 ,上 述 理 想 非 线 性电 加 热 方 法 ,理 论 上 可 节 省 电 能 50 %。 因 此 ,非 线 性电 加 热 可 以 提 高 效 率 ,而 且 节 能 潜 力 大 ,具 有 重 要 的研 究 价 值 。3   非 线 性 电 加 热 的 方 法 实 现电 加 热 电 缆 不 仅 有 电 阻 和 电 感 效 应 ,还 存 在 分布 电 容 。 若 将 整 条 电 缆 分 成 n 等 份 ,则 其 可 用 图 2 所示 电 路 等 效 。图 2   加 热 电 缆 等 效 电 路 示 意 图图 2 中 a、 b 两 端 接 变 频 器 的 输 出 ,位 于 井 口 ; 位 置 相 当 于 井 底 。 对 于 均 匀 材 质 制 成 的 电 加 热电 缆 ,图 2中 各 电 阻 值 相 等 ,设 其 为 r ;各 电 感 量 也 相等 ,设 其 为 L ;各 电 容 量 也 相 等 ,设 其 为 C ,即 … = 1 = = L 2 = L 3 = … = L n - 1 = L n = L … = 1 = 2 可 知 ,流 过 图 中 各 电 阻 的 电 流 分 别 是I I ∑ 1 i = 2 , … , 电 加 热 电 缆 各 等 份 的 加 热 功 率 (功 耗 ) 分别 为 I I r ; I ∑ 1 r , i = 2 , … , 2 中 所 示 各 电 流 可 分 别 表 示 为U 1 =U ; U i = U i = 2 , … , 以 上 的 电 缆 等 效 电 路 以 及 交 流 电 功 率 的 计算 ,当 加 载 于 加 热 电 缆 的 电 压 频 率 变 化 时 ,电 加 热 的温 度 特 性 效 率 有 明 显 的 变 化 。对 于 加 载 交 流 电 压 、 末 端 短 路 的 分 布 参 数 的 长电 缆 ,其 电 缆 上 的 电 流 有 效 值 分 布 服 从 下 式 [3 ] : 2α x) + β x) ]1/ 2 , 电 缆 短 路 端 (即 油 井 底 部 ) 流 经 电 流 有 效值 ; x 为 电 缆 长 度 (以 油 井 底 部 为 0) ;α ,β 分 别 为 传播 常 数 γ 的 实 部 和 虚 部 。 而γ = ( r + ) ( g + ) = α + 故 电 缆 功 率 分 布 趋 势 如 图 3 所 示 。由 此 可 见 ,加 载 交 流 电 压 的 加 热 电 缆 的 功 率 分布 取 决 于 电 缆 的 分 布 参 数 r、 L 、 C、 g 和 电 源 频 率ω ( g 过 小 ,可 忽 略 ) ,因 此 对 于 给 定 的 电 缆 (分 布 参 数固 定 ) ,可 以 通 过 改 变 电 源 频 率 来 改 变 电 缆 的 功 率 分布 ,使 之 接 近 理 想 的 非 线 性 加 热 。在 辽 河 油 田 稠 油 开 采 的 研 究 工 作 中 ,根 据 实 际·711·第 27 卷   第 5 期                 孙 梅 生 等 :稠 油 开 采 电 加 热 特 种 变 频 器 的 研 究测 量 电 缆 (1 的 分 布 参 数 ,进 行 了 计 算 机 仿 真 实验 ,计 算 出 的 功 率 分 布 如 图 4 所 示 ( x = 0 处 为 井底 ) 。 由 此 验 证 了 通 过 提 高 电 源 频 率 改 变 电 加 热 效 率的 正 确 性 和 可 行 性 。图 3   长 电 缆 功 率 随 距 离 变 化 分 布 曲 线图 4   不 同 频 率 正 弦 波 电 加 热 时电 缆 发 热 功 率 分 布 曲 线在 辽 河 油 田 的 实 际 应 用 中 ,用 方 波 电 压 代 替 正弦 电 压 ,其 计 算 机 仿 真 结 果 如 图 5 所 示 。图 5   不 同 频 率 方 波 电 加 热 时电 缆 发 热 功 率 分 布 曲 线比 较 图 4 和 图 5 可 知 ,方 波 电 加 热 效 果 优 于 正弦 波 电 加 热 。4   实 施 效 果上 述 升 高 频 率 提 高 电 加 热 效 率 的 方 法 ,2001 年多 次 在 辽 河 油 田 实 施 现 场 运 行 测 试 和 工 业 应 用 。 其概 况 是 :将 三 相 工 频 市 电 经 过 整 流 滤 波 ,再 经 过 以 四只 625A/ 1200V 为 主 开 关 的 逆 变 电 路 [4 ] ,获得 200 A/ 500 V 的 2 波 ,然 后 经 过 100 态 铁 芯 变 压 器 升 压 ,得 到 50 A/ 2 000 V 的 2 波 ,送 给 加 热 电 缆 ,最 大 加 热 功 率 为 100 热 平 衡 稳 态 加 热 功 率 为 10~ 50 该 方 法 先 后 在辽 河 油 田 十 多 口 稠 油 井 实 施 。 在 此 之 前 ,国 内 稠 油开 采 实 用 的 电 加 热 频 率 为 50 至 500 笔 者 实 施2 加 热 ,属 国 内 首 创 。 经 过 多 次 现 场 测 试 ,与500 下 电 加 热 相 比 ,2 加 热 可 节 省 电 能20 %左 右 ,证 实 了 上 述 提 高 电 加 热 效 率 的 方 法 是 可行 的 。5   结 束 语在 分 析 稠 油 开 采 线 性 电 加 热 效 率 的 基 础 上 ,提出 了 提 高 电 加 热 效 率 的 方 法 ,研 制 了 2 100 A 变 频 器 ,在 辽 河 油 田 稠 油 开 采 现 场 进 行 了 工 业 应用 ,取 得 了 国 内 最 佳 效 果 。 但 是 ,因 电 加 热 电 缆 耐 压有 限 和 安 全 等 条 件 约 束 ,所 取 得 的 实 际 节 能 效 果 与理 想 值 相 比 ,仍 有 较 大 差 距 。 如 何 尽 可 能 提 高 电 加热 效 率 ,节 省 宝 贵 的 电 能 ,有 待 进 一 步 研 究 。参 考 文 献 :[1 ]   刘 本 培 ,蔡 运 龙 . 地 球 科 学 导 论 [ M ]. 北 京 :高 教 出 版社 ,2000. 78 - 79.[2 ]   , et 经 典 与 近 代 物 理 学 [ M ]. 高 物译 . 北 京 :高 等 教 育 出 版 社 ,1997. 371 - 372.[3 ]   江 缉 光 . 电 路 原 理 (上 册 ) [ M ]. 北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,1995. 258 - 323.[4 ]   江 缉 光 . 电 路 原 理 (下 册 ) [ M ]. 北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,1995. 237 - 287.[5 ]   周 明 宝 ,瞿 文 龙 . 电 力 电 子 技 术 [ M ]. 北 京 :机 械 工 业 出版 社 ,1997. 106 - 117.[6 ]   刘 明 辉 ,张 庚 祥 . 井 筒 电 加 热 技 术 在 稠 油 试 油 试 采 中 的应 用 [J ]. 石 油 钻 采 工 艺 ,1998 ,20 (3) :95 - 98.(责 任 编 辑   修 荣 荣 )·811· 石 油 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )                               2003 年 10 月 0 a . 08 L 0 L 9 be F T L I S S ef in 57061/S 2003 ,27 (5) :110~ 112 of of of of so of of by of a of is of of is F L in 57061/ S 2003 , 27(5) :113~ 115 in of BS of BS to BS to OD BS be 70 L 20 L a BS 5 is a OD in is F S G et in 00084/ S 2003 , 27 (5) :116~ 118 is to it a of In a of of in a of on a 00 A/ 2 to a in of of F G G et in 57061/ S 2003 ,27 (5) : 119~ 121 of an is a ·27   52003                      of
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:稠油开采电加热特种变频器的研究
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-52921.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开