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申请/专利权人：西安奥德石油工程技术有限责任公司

摘要：本发明提供一种空心抽油杆电加热装置，包括空心抽油杆，包括依次连接的空心段、抽油杆短节和实心段，抽油杆短节靠近实心段的一端内壁填充有导电材料；玻璃钢涂层，覆盖于空心抽油杆的外壁，且至少覆盖所述空心段；加热电缆，其末端包括终端接头，终端接头填充有导电材料；加热电缆能伸入所述空心抽油杆的空心段，且终端接头能与抽油杆短节内壁接触并导电。本发明利用伸入空心抽油杆内部的加热电缆对空心抽油杆进行加热，以将热量传递给杆外部的原油。在空心杆外壁附着玻璃钢涂层，可有效阻止井内流体中碳酸钙等垢物在空心抽油杆外部的附着，使得井内流体流通通道维持畅通，保证了产量。

主权项：1.一种空心抽油杆电加热装置，其特征在于，包括：空心抽油杆，包括依次连接的空心段、抽油杆短节和实心段，所述抽油杆短节靠近所述实心段的一端内壁填充有导电材料；玻璃钢涂层，至少覆盖于所述空心段的外壁；加热电缆，其末端包括终端接头，所述终端接头填充有导电材料；所述加热电缆能伸入所述空心抽油杆的空心段，且所述终端接头能与所述抽油杆短节内壁接触并导电，所述终端接头远离所述加热电缆的一端具有锥面，所述抽油杆短节内壁具有与所述终端接头相配合的锥面；所述终端接头和所述抽油杆短节内壁可通过锥面配合接触，所述终端接头的锥面角度为10°~15°，锥面垂直高度为24mm~36mm，所述抽油杆短节的锥面顶点处内沿轴向开设有空腔，所述空腔与所述锥面的顶点处连通；所述空心抽油杆的空心段、抽油杆短节、实心段相互连接的一端的外周具有锥面，所述锥面上均设有牙形螺纹；所述电加热装置还包括：接箍，其内壁具有与所述空心段、抽油杆短节和实心段的锥面匹配的锥面和牙形螺纹；所述接箍套设于所述空心段、抽油杆短节或实心段的锥面外并螺纹连接；接箍内部的牙形螺纹根部位置设有伸出角，伸出角和空心抽油杆上的外螺纹扣肩部形成金属密封；所述接箍与所述空心段、抽油杆短节和实心段螺纹连接的锥面上设有密封圈；供电装置，用于对所述加热电缆供电。

全文数据：空心抽油杆电加热装置和采油设备技术领域本发明涉及包装技术领域，具体而言，涉及一种空心抽油杆电加热装置和采油设备。背景技术在开采过程中，原油从井底沿井筒举升到井口时，随着温度不断降低，蜡从原油中析出，造成采油管柱结蜡，抽油管柱结蜡后，严重影响抽油泵的效率，甚至将电潜泵卡死，损坏设备；结蜡严重时，可以把油井管线完全堵塞、导致停产。因此，需要通过加热系统对空心抽油杆进行加热，以防止蜡从原油中析出。但是在加热过程中存在着以下问题：1井下多为油、水、气同产，加热原油的同时加热了地层的水，由于地层水富含碳酸钙、碳酸镁等矿物，加热造成碳酸钙等矿物在水中溶解度降低，导致其从水中析出附着在抽油杆外部，减小井内流体流通通道，影响产量。2为保证地面管线中的原油流动性、避免蜡的析出，现场井筒加热温度通常可达55℃以上，而近地表地层温度只有不到20℃，经由热传导、热辐射、自然对流等方式，井筒中的热量传递给地层，部分井况下井筒向地层散失的热量比井筒中流体温升吸热消耗热量还要多，造成巨大的能源浪费。需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。发明内容本发明的目的在于提供一种空心抽油杆电加热装置和采油设备，解决井筒内油体通道易被堵塞和井筒能耗过大的问题。根据本发明的一个方面，提供一种空心抽油杆电加热装置，包括：空心抽油杆，包括依次连接的空心段、抽油杆短节和实心段，所述抽油杆短节靠近所述实心段的一端内壁填充有导电材料；玻璃钢涂层，覆盖于所述空心抽油杆的外壁，且至少覆盖所述空心段；加热电缆，其末端包括终端接头，所述终端接头填充有导电材料；所述加热电缆能伸入所述空心抽油杆的空心段，且所述终端接头能与所述抽油杆短节内壁接触并导电；供电装置，用于对所述加热电缆供电。在本发明的一种示例性实施方式中，所述玻璃钢涂层的材料为聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢中的一种或多种。在本发明的一种示例性实施方式中，所述玻璃钢涂层的厚度为0.5mm～1.0mm。在本发明的一种示例性实施方式中，所述终端接头远离所述加热电缆的一端具有锥面，所述抽油杆短节内壁具有与所述终端接头相配合的锥面；所述终端接头和所述抽油杆短节内壁可通过锥面配合接触。在本发明的一种示例性实施方式中，所述终端接头的锥面角度为10°～15°，锥面垂直高度为24mm～36mm。在本发明的一种示例性实施方式中，所述抽油杆短节的锥面顶点处内沿轴向开设有空腔，所述空腔与所述锥面的顶点处连通。在本发明的一种示例性实施方式中，所述空心抽油杆的空心段、抽油杆短节、实心段相互连接的一端的外周具有锥面，所述锥面上均设有牙形螺纹；所述电加热装置还包括：接箍，其内壁具有与所述空心段、抽油杆短节和实心段的锥面匹配的锥面和牙形螺纹；所述接箍套设于所述空心段、抽油杆短节或实心段的锥面外并螺纹连接。在本发明的一种示例性实施方式中，所述接箍与所述空心段、抽油杆短节和实心段螺纹连接的锥面上设有密封圈。根据本发明的一个方面，还提供一种采油设备，包括：权利要求以上任一项所述的空心抽油杆电加热装置；采油机，连接所述空心抽油杆；井筒，能置于油井内，所述空心抽油杆沿轴向穿设于所述井筒内；地面管路，与所述井筒连通。在本发明的一种示例性实施方式中，所述地面管路外壁缠绕有伴热带。本发明的空心抽油杆电加热采油装置本发明利用伸入空心抽油杆内部的加热电缆对空心抽油杆进行加热，以将热量传递给杆外部的原油。同时，在空心杆外壁附着玻璃钢涂层。由于玻璃钢大多是非晶体结构，可有效阻止井内流体中碳酸钙等垢物在空心抽油杆外部的附着，抵消了加热造成的碳酸钙等垢物在井内的析出，使得井内流体流通通道维持畅通，保证了产量。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明空心抽油杆电加热采油装置的结构示意图；图2为本发明终端接头和抽油杆短节的结构示意图；图3为本发明接箍的结构示意图。图中，1、空心抽油杆；11、空心段；12、抽油杆短节；121、空腔；13、实心段；2、加热电缆；21、终端接头；3、供电装置；4、接箍；41、牙形螺纹；42、伸出角；43、密封圈；5、采油机；6、井筒；7、地面管路；8、伴热带；9、抽油泵。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。本发明实施方式中提供了一种空心抽油杆电加热装置，适用于地下原油开采，可用于各种轻质、中质、重质等原油的开采，该装置可用于多种机械采油设备。如图1所示，本发明实施方式的空心抽油杆电加热装置，包括：空心抽油杆1、加热电缆2和供电装置3，空心抽油杆1包括依次连接的空心段11、抽油杆短节12和实心段13，抽油杆短节12靠近实心段13的一端内壁填充有导电材料；加热电缆2能伸入空心抽油杆的空心管11，加热电缆2末端包括终端接头21，终端接头21内填充有导电材料，能与抽油杆短节内壁的导电材料接触并导电。供电装置3用于对加热电缆2供电。本装置还包括玻璃钢涂层，覆盖于空心抽油杆1的外壁，且至少覆盖空心段11。本发明利用伸入空心抽油杆内部的加热电缆2对空心抽油杆1进行加热，以将热量传递给杆外部的原油。同时，在空心抽油杆1的外壁附着玻璃钢涂层，由于玻璃钢是非晶体结构，可有效阻止碳酸钙等垢物在空心抽油杆外部的附着，抵消了加热造成的碳酸钙等垢物在井筒内的析出，使得井内流体流通通道维持畅通，保证了产量。下面对本发明实施方式的空心抽油杆电加热装置进行详细说明：加热电缆2采用集肤效应加热电缆，当交变电流经电缆通过伴热管壁时，在集肤效应和邻近效应的作用下，电流不是均匀沿着管壁流动，而是集中在伴热管内表层通过，在管壁电阻的作用下，通过电流发热，经传导使输液管温度升高，而伴热管外表面电压、电流为零，自身形成绝缘结构，使介质液体在管道内可得到安全可靠地输送。终端接头21安装于加热电缆末端，是连接电缆和空心抽油杆的器材。加热电缆的终端接头21内也填充有导电材料，以与空心抽油杆内壁形成导电回路。本发明可直接采用金属电缆接头。终端接头可以通过其上部的压紧螺母与加热电缆内部的铜线连接，当然，也可以通过其他方式连接，本发明不对此进行特殊限定。空心抽油杆1的抽油杆短节12靠近实心段13的一端内壁填充有导电材料，例如PTC半导体加热材料。当终端接头和抽油杆短节内壁的导电材料接触并通以工频交流电时，可形成通电回路。在集肤效应的作用下，电流只能在空心抽油杆的内壁流动，产生热能，而热管的外表面没有电流。空心抽油杆产生热能，可对油管内的原油进行加热，降低原油粘度，改善其流动性，防止原油结蜡，从而有效开采高凝、高粘、高含蜡原油。覆盖于空心抽油杆外壁的玻璃钢涂层学名为纤维增强塑料，FRP，FiberReinforcedPlastics，即纤维增强复合塑料。它是以玻璃纤维及其制品作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料GFRP，碳纤维增强复合塑料CFRP，硼纤维增强复合塑料等。根据基体材料所使用的树脂品种不同，可以有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。在本示例性实施方式中，玻璃钢涂层可以是聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢中的一种，也可以是这三种玻璃钢的任意两种或三种的组合。这三种玻璃钢属于非晶体，且其具有网状结构，能够网住阴离子，避免钙盐、镁盐等盐离子的产生，进而有效防止垢晶吸附于杆体表面。本发明的玻璃钢涂层可以只覆盖空心抽油杆1的空心段11的外壁，也可以同时覆盖实心段13的外壁，以更全面的防止抽油杆结垢。玻璃钢涂层可以采用多种方式形成。例如，可以采用压机模压成型、拉挤机拉挤成型或者层压板层压成型等多种方式成型为中空圆筒状结构，然后将该玻璃钢涂层套装在空心抽油杆外部，使其二者紧密贴合并固定连接。还可以采用挤塑机直接在空心抽油杆外部非螺纹部位挤出成型，使其二者紧密贴合并固定连接。挤塑成型的加工方式简便，附着效果好。在本示例性实施方式中，玻璃钢涂层的厚度为0.5mm～1.0mm，厚度太薄，玻璃钢涂层且易从空心抽油杆上剥落，厚度太厚会影响油管与空心抽油杆形成的环空过流面积，影响产量。实验证明，在常压、50℃、72小时、材料表面用280目砂纸打磨的试验条件下，13Cr材料表面结垢量是0.5mm～1.0mm环氧玻璃钢涂层结垢量的近2倍，环氧玻璃钢有效降低碳酸钙、碳酸镁在空心抽油杆外表面的附着与聚集。由于抽油机带动空心抽油杆上下运动过程中存在抽油杆或加热电缆晃动等问题，难以保证终端接头始终有效的与空心抽油杆内壁接触，容易存在接触不良等问题。在本示例性实施方式中，参考图2，为了保证终端接头21和抽油杆短节12内壁的接触可靠，终端接头21远离加热电缆的一端设为锥面，抽油杆短节12内壁具有与终端接头21相配合的锥面；终端接头21和抽油杆短节12内壁可通过锥面配合接触。由于使用时，空心抽油杆1和加热电缆都位于井下，以锥形结构和锥形腔体进行定位快速准确，而且由于锥形空腔的形状限制，且终端接头21受到的重力作用，终端接头21不容易从该空腔121中脱出，所以能维持较稳定的电连接，消除了接触不良的现象，确保了通电的可靠性。在本示例性实施方式中，抽油杆短节12的锥面顶点处向内沿轴向开设有空腔121，该空腔121与锥面的顶点处连通，即在锥形空腔的底部设置一通孔，可以防止加热电缆下入时有砂砾粉尘等落物落入锥面中，影响终端接头21与抽油杆短节12间的锥面契合，砂砾粉尘可以直接落入该通孔中，保证了电加热装置的加热稳定性。该空腔121可以不贯通抽油杆短节12，也可以贯通抽油杆短节12，本发明不对此进行特殊限定。在该示例性实施方式中，对于采用锥面形式将空心抽油杆和加热电缆接触的结构，终端接头21的锥面角度优选10°～15°，锥面垂直高度为24mm～36mm。根据标准的抽油杆短节尺寸，当锥面在该尺寸范围内时，能实现良好的配合效果，且终端接头21的锥形结构在锥形空腔里相对位置稳定。角度太小，锥面接触时容易发生自锁，影响进一步接触；若角度太大，由于抽油杆短节外径及内径的限制导致锥形部位太短，致使接触面积减小，影响导电性。对于现有油井而言，多为油气水同产，为了加热流经空心抽油杆周围的流体，通常抽油杆本体能达到100℃以上，而目前通常使用O型圈密封的形式存在着在高温下服役性能较差的问题，此外在含酸性气体H2S、CO2的井中，一旦O型圈氧化损坏，水窜入空心抽油杆1内部导致短路，天然气沿空心抽油杆内部到达地表，浓度在爆炸极限范围内存在爆炸风险，而且如果产出气体中含有H2S等剧毒气体，溢漏可能导致严重的安全事故。考虑到抽油杆密封的问题，在该示例性实施方式中，如图3所示，空心抽油杆1的空心段11、抽油杆短节12、实心段13之间均通过带有螺纹的接箍4连接。空心段11、抽油杆短节12、实心段13中任意两者相互连接的一端的外周都具有向外部收缩的锥面，且锥面上设有牙形螺纹41。接箍4的内壁具有与相应连接端的锥面匹配的锥面，锥面上设有与抽油杆各段相匹配的牙形螺纹，接箍4套设于在空心段11、抽油杆短节12或实心段13的锥面外并通过螺纹连接。由于存在锥度，螺纹连接时具有自紧作用，增强了螺纹的密封性；同时，锥螺纹牙型设计具有完全吻合的特性，较之直螺纹具有较好的气密封性能。另外，通常抽油杆本体能达到100℃以上，而金属密封的结构在高温下服役性能好，不易氧化损坏，使用寿命长。螺纹锥度优选为1:7～1:8，此比例下能够保证锥螺纹与目前采用的空心抽油杆直螺纹长度几何尺寸一致。如图所示，为了配合空心抽油杆部件的结构，接箍4内部的牙形螺纹根部位置有伸出角42，伸出角42和空心抽油杆部件上的外螺纹扣肩部形成金属密封，可进一步增强连接的气密封性能。在本示例性实施方式中，接箍4与空心段11、抽油杆短节12和实心段13螺纹连接的锥面上设有密封圈43，通过密封圈43进一步填充金属密封间隙的空隙，加强气密性。密封圈43可采用O型密封圈，其材料可以为橡胶，其个数可根据需要设置，本发明不对此进行特殊限定。本发明实施方式还提供一种采油设备，包括以上任一项实施例中的空心抽油杆1电加热装置、采油机5、井筒6和地面管路7。空心抽油杆1电加热装置中的空心抽油杆1连接采油机5，井筒6能置于油井内，空心抽油杆1沿轴向穿设于井筒6内；地面管路7与井筒6连通。安装采油设备时，将采油机5安装在适当位置，将井筒6下入井下，铺设好地面管路7，并和井筒6进行连接。然后将空心抽油杆1下入井内，再将加热电缆下入到空心抽油杆1中，并使加热电缆的终端接头21与抽油杆短节12内壁形成导电回路。空心抽油杆空心段11在上，实心段13在下，空心段11通常通过一空心光杆与采油机5相连，实心段与油泵9连接。通过该采油设备，可以较好的解决井筒内油体通道易被堵塞和井筒能耗过大的问题。在本示例性实施方式中，地面管路7外壁还缠绕有伴热带8。可防止管路热量散失，且这种保温方式能够使整个管路都得以保温，整个管路中原油温度变化较小，流动性更好，避免了能量损失。伴热带依靠PTC材料将电能转化为热能，以对管路加热或保温。伴热带8缠绕于地面管路7外壁，其功率、缠绕间距、长度等可根据不同原油、管路状况进行调整。虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素组成部分等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素组成部分等之外还可存在另外的要素组成部分等。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

权利要求：1.一种空心抽油杆电加热装置，其特征在于，包括：空心抽油杆，包括依次连接的空心段、抽油杆短节和实心段，所述抽油杆短节靠近所述实心段的一端内壁填充有导电材料；玻璃钢涂层，覆盖于所述空心抽油杆的外壁，且至少覆盖所述空心段；加热电缆，其末端包括终端接头，所述终端接头填充有导电材料；所述加热电缆能伸入所述空心抽油杆的空心段，且所述终端接头能与所述抽油杆短节内壁接触并导电；供电装置，用于对所述加热电缆供电。2.根据权利要求1所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于，所述玻璃钢涂层的材料为聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于，所述玻璃钢涂层的厚度为0.5mm～1.0mm。4.根据权利要求1所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于，所述终端接头远离所述加热电缆的一端具有锥面，所述抽油杆短节内壁具有与所述终端接头相配合的锥面；所述终端接头和所述抽油杆短节内壁可通过锥面配合接触。5.根据权利要求4所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于，所述终端接头的锥面角度为10°～15°，锥面垂直高度为24mm～36mm。6.根据权利要求4或5所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于，所述抽油杆短节的锥面顶点处内沿轴向开设有空腔，所述空腔与所述锥面的顶点处连通。7.根据权利要求5所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于，所述空心抽油杆的空心段、抽油杆短节、实心段相互连接的一端的外周具有锥面，所述锥面上均设有牙形螺纹；所述电加热装置还包括：接箍，其内壁具有与所述空心段、抽油杆短节和实心段的锥面匹配的锥面和牙形螺纹；所述接箍套设于所述空心段、抽油杆短节或实心段的锥面外并螺纹连接。8.根据权利要求7所述的空心抽油杆电加热装置，其特征在于，所述接箍与所述空心段、抽油杆短节和实心段螺纹连接的锥面上设有密封圈。9.一种采油设备，其特征在于，包括：权利要求1-8中任一项所述的空心抽油杆电加热装置；采油机，连接所述空心抽油杆；井筒，能置于油井内，所述空心抽油杆沿轴向穿设于所述井筒内；地面管路，与所述井筒连通。10.根据权利要求9所述的采油设备，其特征在于，所述地面管路外壁缠绕有伴热带。

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