注水井联动测试防喷管加热保温技术设计

2012-02-27韩文超

化学工程师 2012年6期

韩文超

（大庆油田第七采油厂，黑龙江大庆 163515）

为提高分层测试质量，进一步实现精确注水，2010年起100%的分层注水井开展年测试3次的工作，测试工作量不断加大，冬季也需要进行水井测试。联动测试技术与桥式偏心分层配水工艺相结合，可缩短测试时间，提高测调效率，但在进行联动测试时，防喷管内部的水几乎不流动，随着冬季气温降低，管内极易结冰，不仅增加测试难度，而且会造成电缆抽头后仪器掉井，导致冬季联动测试工作无法顺利进行，为此，本文开展注水井联动测试防喷管加热保温技术研究，并提出3种设计方案，碳纤维内衬加热技术、电热带整体外包加热技术和硅胶电热板分体加热技术，以解决冬季测试防喷管内部结冻的问题。

1 防喷管加热保温功率计算

冬季进行注水井联动测试时，野外温度约在-20～-30℃，防喷管内部水初始温度约10℃，电加热产生的热量一部分补充给防喷管内部的水，另一部分热量要弥补与周围冷空气及相关部件进行的热交换损失上。

电加热需供给防喷管内部的水的热量为：

式中 Δt：管内水的温差变化；C：水的比热容，4.2kJ·（kg·℃）-1；m：管内水的质量。

利用此公式计算得出，长度为2.5m，内径为Ф62mm的防喷管内部的水，温度从10℃降低到0℃散发的热量为3.2×105J，根据实际现场经验，冬季气温在-30℃时，防喷管内的水约30min开始结冰，即电加热提供给水的热量每秒应大于177.8J。

与周围环境进行热交换产生的热量损失为：

式中 AW：管的外壁面积；tw：管的外壁温度；t：外部环境温度；αT：对流、辐射联合传热系数，αT=9.4+0.052（tw-t)；

利用此公式计算得出，电热线与周围环境进行热交换产生的热量损失为每秒263.1J。因此，电加热产生的实际热量应大于以上两部分热量之和，即功率应大于441W。

2 碳纤维内衬加热技术

图1 碳纤维内衬结构Fig.1 Diagram of carbon fibre inner

碳纤维是含C量在90%以上的纤维物质，属纯黑体材料，升温迅速，比其他金属、陶瓷电热材料快近1/3的时间达到额定温度，电热转化效率高，比一般金属发热体节能30%以上，热传导率高达98%以上，节能省电。

该工艺是在原防喷管内部衬上一层高压合金管（耐压40MPa），并在合金管外表面缠绕碳纤维电热线，管两端套扣，采用螺旋堵头和橡胶圈密封，防止水进入防喷管与合金管的环形空间，通过测试车车载供电使碳纤维电热线发热，并在供电线路上安装漏电空开保护器，一旦发生漏电，可及时断开电源，防止事故发生。该工艺设计是在测试防喷管基础上内衬高压合金管，不改变原防喷管的外形结构尺寸，与井口的安装连接方式不变，虽内径尺寸有所减小，但不影响测试仪器的下入。

防喷管内径Ф62mm，为给测试仪器提供足够的下入空间，选用Ф49mm内径的合金管，厚度2.5mm，外缠直径为Ф3.0mm的碳纤维电热线100m，可产生480W热功率，满足冬季水井测试保温需要，缠绕后的合金管外径为Ф60mm，与防喷管内部两侧存有1mm的预留空间，保证高压合金管顺利安装到防喷管内。

3 电热带整体外包加热技术

图2 电热带整体外包结构Fig.2 Diagram of ribbon heater whole casting

电热带是一种二芯结构的加热电缆，由两根平行金属导线外敷高分子材料和阻燃护套材料构成，正常工作温度60℃。设计将电热带连续缠绕在防喷管外表面，再依次包裹上聚乙烯泡沫保温层和防雨布，防止防喷管堵头喷水渗入保温层，使其失去功效，并防止外界工具伤害保温层，两端用卡子密封固定。通过测试车车载供电使电热带发热，并在供电线路上安装漏电空开保护器，通过电热带发热及外层隔热保温的作用实现冬季水井测试的目的，外包缠绕电热带及保温层已留出足够的蹬梯空间，不影响测试工人上下操作。设计应用电热带总长度24m，产生总功率480W，满足防喷管防冻热量需求，外包缠绕后厚度约14mm，剩余蹬梯空间可满足工人操作需要。

4 硅胶电热板分体加热技术

硅胶电热线主要是由合金电热丝和硅橡胶高温绝缘布组成，在150℃下可长期使用而几乎无性能变化，在200℃下可持续使用10000h，具有发热快、温度均匀、热效率高、韧性好等特点。

硅胶电热板分体加热装置由2～3节加热保温盒组成，保温盒以分体式可开合钢骨架做基材，将硅胶电热线均匀硫化于橡胶之中，按照保温盒的规格，制成柔性硅胶电热板，镶嵌于钢性壳体中，并在保温盒外壁涂上绝缘隔热树脂，减少热量散失，钢体外壳安装防水防爆插座，增加其使用安全性。使用时将加热保温盒卡装于防喷管梯子之间，接通车载电源进行供电，保温盒安装拆卸方便，钢体外壳耐磕碰，不易损坏，可根据环境温度，适当增减卡装加热装置的级数。每块硅胶电热板内排10m电热线，可产生功率200W，3节合计产生功率600W，满足冬季水井联动测试保温需要。