一种防冻装置的制作方法

1.本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种防冻装置。

背景技术：

2.水力压裂是目前针对低渗透储层有效的储层改造手段。在我国北部工区，如北疆、内蒙等地，冬季施工时气温可低至-40～-30℃，全天气温低于零度，导致管线及其他触水设备如压裂车、储液罐接头等结冰、上冻，导致无法开工，影响施工进度。根据现场观察，压裂高压管线在静态条件下，-30℃气温下完全上冻至失去流动性约20分钟。
3.目前针对低温环境下的管线、设备结冰问题，现场多采用蒸汽喷进行解冻、保温，成本高昂、操作不便、效果不佳，且蒸汽喷的高温蒸汽降温后又附于设备表面凝结进而结冰，进一步恶化了管线、设备的结冰问题。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种防冻装置，通过电感线圈实现对铁质设备的加热、保温，进而确保管线内液体的流动，且能够减少施工过程的准备时间。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种防冻装置，包括依次电性连接的电源、升频设备和电感线圈。其中，升频设备用于对电源输出的电流进行整流和变频处理从而将电流提升至预设频率。电感线圈贴合在铁质设备的外表面上。
7.根据本发明的防冻装置，电感线圈的使用可以加热铁质管线、设备，热效率高、效果好，达到对管线、设备内液体的防冻、解冻、保温功能。可根据被加热管线或设备直径和长度量化不同功率条件下的解冻时间，确定电感线圈的最佳输出功率。压裂施工结束后，如有次日的继续施工，如第二段压裂，则可将电感线圈放置于管线处进行持续的保温，防止管线上冻，减少次日施工的准备时间。同样，可用于压裂结束后放喷管线的保温、防冻。
8.具体地，电源可直接接入电网，或本地使用的交流发电机，经过升频设备进行整流、变频，将电流升至20～30khz频率。电感线圈整体为贴片状。通过升频设备的调整，可改变每个电感线圈的工作功率，从而实现对目标的加热或保温功能。
9.对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
10.根据本发明的防冻装置，在一个优选的实施方式中，电感线圈包括电感铜线圈和布置在电感铜线圈外部的绝缘层。
11.电感线圈的核心部件是电感铜线圈，通过电路与升频设备相连。电感铜线圈通过高频交流电产生高频变换的磁场，当电感铜线圈靠近铁质设备时(如铁质压裂管线、铁质接头等)，会在铁质设备的表面产生感应涡流，而铁质设备自身具备电阻，涡流与电阻的叠加作用在铁质设备表面生热。铁是热的良好导体，进而热量传导至铁质设备的内部。若内部液体已结冰，则可通过热量的传递逐渐融化冰体，同时可通过持续的热传导保持温度，电感铜
线圈的外部包裹有一层绝缘层，能够确保整个装置的安全性能和使用寿命。
12.进一步地，在一个优选的实施方式中，电感线圈与铁质设备之间设有隔热层。
13.铜是正温度系数材料，即温度越高、电阻值越大。随着线圈工作温度的提高，电阻逐渐提高，能效逐渐降低。因此，需要在被加热的铁质设备表面与线圈之间添加隔热层，减轻铁质设备对电感线圈的热传导效应造成的线圈升温。
14.具体地，在一个优选的实施方式中，隔热层包括非金属软性材质层。
15.隔热材料选择石棉等非金属且较软的材质，能够有效避免现场施工时遭到损坏。
16.具体地，在一个优选的实施方式中，隔热层的厚度不大于5mm。
17.隔热材料的厚度不超过5mm，能够有效避免影响电感线圈的加热效果。
18.进一步地，在一个优选的实施方式中，电感线圈外侧设有散热翅片。
19.电感线圈自身也存在电阻，在高频电流下也会发热，考虑施工时外界环境温度低，具备良好的天然散热环境，因此线圈外侧采用高导热金属材料，例如铝合金散热翅片进行散热。
20.进一步地，在一个优选的实施方式中，电感线圈至少包括两组，且电感线圈以并联的形式与升频设备连接。
21.多个电感线圈以并联方式接入升频设备，在总功率许可前提下，可接入多个电感线圈，实现施工现场管线、设备的多点放置，具备功率可调功能，实现加热、保温两种功能。
22.进一步地，在一个优选的实施方式中，电感线圈呈弧形结构，每两组电感线圈相对布置并且通过连接部件互相连接。
23.电感线圈设计为弧形可插拔结构，便于与管线和接头外周贴合布置，对施工现场的多点、多设备同时加热、保温。
24.具体地，在一个优选的实施方式中，连接部件为弧形弹性连接杆。
25.采用弧形弹性连接杆将两个电感线圈连接，便于将电感线圈布置在管线和设备接头上，且不占用过多的空间。
26.具体地，在一个优选的实施方式中，电感线圈布置在铁质设备的中下部。
27.液体是热的不良导体，当管线内结冰后，仅在上部加热，则下部的解冻效果差，因此将两个电感线圈夹持卡位于管线中下部加热的形式，有效提高加热解冻效果。
28.相比现有技术，本发明的优点在于：通过电感线圈实现对铁质设备的加热、保温，进而确保管线内液体的流动，且能够减少施工过程的准备时间。
附图说明
29.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
30.图1示意性显示了本发明实施例的防冻装置的整体框架结构；
31.图2示意性显示了本发明实施例中电感线圈的侧视剖面结构；
32.图3示意性显示了本发明实施例中电感线圈的连接结构；
33.图4示意性显示了本发明实施例中电感线圈的安装结构；
34.图5示意性显示了本发明实施例中管线每米加热功率与解冻时间的关系。
具体实施方式
35.下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
36.图1示意性显示了本发明实施例的防冻装置10的整体框架结构。图2示意性显示了本发明实施例中电感线圈3的侧视剖面结构。图3示意性显示了本发明实施例中电感线圈3的连接结构。图4示意性显示了本发明实施例中电感线圈3的安装结构。图5示意性显示了本发明实施例中管线每米加热功率与解冻时间的关系。
37.如图1所示，本发明实施例的防冻装置10，包括依次通过电路4电性连接的电源1、升频设备2和电感线圈3。其中，升频设备2用于对电源1输出的电流进行整流和变频处理从而将电流提升至预设频率。电感线圈3贴合在铁质设备6的外表面上。
38.根据本发明实施例的防冻装置，电感线圈的使用可以加热铁质管线、设备，热效率高、效果好，达到对管线、设备内液体的防冻、解冻、保温功能。可根据被加热管线或设备直径和长度量化不同功率条件下的解冻时间，确定电感线圈的最佳输出功率。压裂施工结束后，如有次日的继续施工，如第二段压裂，则可将电感线圈放置于管线处进行持续的保温，防止管线上冻，减少次日施工的准备时间。同样，可用于压裂结束后放喷管线的保温、防冻。
39.具体地，电源1可直接接入电网，或本地使用的交流发电机，经过升频设备2进行整流、变频，将电流升至20～30khz频率。电感线圈3整体为贴片状。通过升频设备2的调整，可改变每个电感线圈3的工作功率，从而实现对目标的加热或保温功能。
40.进一步地，在本实施例中，电感线圈3至少包括两组，且电感线圈3以并联的形式与升频设备2连接。多个电感线圈以并联方式接入升频设备，在总功率许可前提下，可接入多个电感线圈，实现施工现场管线、设备的多点放置，具备功率可调功能，实现加热、保温两种功能。
41.具体地，在本实施例中，量化不同功率条件下的解冻时间，确定电感线圈的最佳输出功率的具体方法如下：
42.五寸半地面高压管线每米容积约4.8l(质量m＝4800g)，假设地面温度-30℃，管线内全部结冰，要将管内结冰全部融化，考虑的水的比热容为c＝4.2j/g
·
℃，升温量δt＝35℃(升温至5℃)，热效率η＝80％，则加热时间t＝c*m*δt/(η*p)，具体计算结果见图5。
43.根据图5，约在250w功率时出现拐点，且解冻时间低于1小时，在工程准备时间上可以接受。因此建议在-30℃气温、管柱彻底结冰的极端条件下，每米功率不低于250w，进而折算每米管线的电感线圈3的数量及对应功率。
44.根据计算结果，每个电感线圈3的峰值功率设置为100w即可满足应用(电感线圈成对使用)。管线解冻完毕后，可使用低功率(如1/10的峰值功率)进行施工过程的保温，防止施工过程中管线内逐步结冰减小管线通径、提高施工压力。因施工过程中液体为流动状态，且流动液体自身在零度以上，对保温的功率需求较低。
45.具体地，如图2所示，在本实施例中，电感线圈3包括电感铜线圈31和布置在电感铜线圈31外部的绝缘层32。电感线圈的核心部件是电感铜线圈，通过电路与升频设备相连。电感铜线圈通过高频交流电产生高频变换的磁场，当电感铜线圈靠近铁质设备时(如铁质压裂管线、铁质接头等)，会在铁质设备的表面产生感应涡流，而铁质设备自身具备电阻，涡流与电阻的叠加作用在铁质设备表面生热。铁是热的良好导体，进而热量传导至铁质设备的
内部。若内部液体已结冰，则可通过热量的传递逐渐融化冰体，同时可通过持续的热传导保持温度，电感铜线圈的外部包裹有一层绝缘层，能够确保整个装置的安全性能和使用寿命。
46.如图2所示，进一步地，在本实施例中，电感线圈3与铁质设备之间设有隔热层33。铜是正温度系数材料，即温度越高、电阻值越大。随着线圈工作温度的提高，电阻逐渐提高，能效逐渐降低。因此，需要在被加热的铁质设备表面与线圈之间添加隔热层，减轻铁质设备对电感线圈的热传导效应造成的线圈升温。具体地，在本实施例中，隔热层33包括非金属软性材质层。隔热材料选择石棉等非金属且较软的材质，能够有效避免现场施工时遭到损坏。优选地，在本实施例中，隔热层33的厚度不大于5mm。隔热材料的厚度不超过5mm，能够有效避免影响电感线圈的加热效果。
47.如图2所示，进一步地，在本实施例中，电感线圈3外侧设有散热翅片34。电感线圈自身也存在电阻，在高频电流下也会发热，考虑施工时外界环境温度低，具备良好的天然散热环境，因此线圈外侧采用高导热金属材料，例如铝合金散热翅片进行散热。
48.如图3和图4所示，具体地，在本实施例中，电感线圈3呈弧形结构，每两组电感线圈3相对布置并且通过连接部件5互相连接。电感线圈设计为弧形可插拔结构，便于与管线和接头外周贴合布置，对施工现场的多点、多设备同时加热、保温。优选地，在本实施例中，连接部件5为弧形弹性连接杆。采用弧形弹性连接杆将两个电感线圈连接，便于将电感线圈布置在管线和设备接头上，且不占用过多的空间。具体地，在本实施例中，电感线圈3布置在铁质设备的中下部。液体是热的不良导体，当管线内结冰后，仅在上部加热，则下部的解冻效果差，因此将两个电感线圈夹持卡位于管线中下部加热的形式，有效提高加热解冻效果。
49.下面是采用本发明实施例的防冻装置10的实施的具体施工案例：
50.(1)压裂施工前的解冻准备
51.杭锦旗j30井区冬季夜间最低气温可低至-40℃，经过一夜低温，管线已全部上冻，储液罐有保温设施保持温度约在5～10℃。
52.施工准备时，启动井场柴油发电机，将发电机交流电接入本发明实施例的防冻装置10的电源1，本发明实施例的防冻装置10通电待机。
53.每隔1米放置一对电感线圈3，通过弹性连接杆将一对电感线圈3卡装于管柱，保持卡位稳定。电感线圈3功率调制峰值，根据功率与加热时间关系，35℃温差下达到液体冰点每米功率不低于250w，约1小时左右管线解冻完毕。
54.在解冻期间可进行压裂车的发车、热车工作，备料工作。
55.(2)压裂施工过程中及下次施工前的管线保温
56.杭锦旗j30井区冬季白天施工时，气温约在-5～-15℃，储液罐有保温设施保持温度约在5～10℃。压裂施工过程中可将安装的电感线圈3持续低功率工作，防止施工过程中管线内逐步结冰减小管线通径、提高施工压力。考虑实际施工时，流体自身温度高于冰点温度，只要保持管柱整体温度不低于冰点温度即可，相比解冻流程工作温差较小，因此可降低功率；考虑施工温度保持的温差约在5～15℃，功率可调整为解冻功率的三分之一，即50～100w即可。
57.当施工结束后，需将管线拆分将管线内存液排尽。但管线内仍会有存液，并在重力作用下逐渐汇流于管线较低处，在此处放置电感线圈3，保持长期低功率工作状态，防止冰堵。
58.在压裂结束后放喷、投产阶段，在放喷管线也可使用，并可以防止气井因相态变化等原因造成的防喷管线冰堵问题。
59.根据上述实施例，可见，本发明涉及的防冻装置，通过电感线圈实现对铁质设备的加热、保温，进而确保管线内液体的流动，且能够减少施工过程的准备时间。
60.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：

1.一种防冻装置，其特征在于，包括依次电性连接的电源、升频设备和电感线圈；其中，所述升频设备用于对所述电源输出的电流进行整流和变频处理从而将电流提升至预设频率；所述电感线圈贴合在铁质设备的外表面上。2.根据权利要求1所述的防冻装置，其特征在于，所述电感线圈包括电感铜线圈和布置在所述电感铜线圈外部的绝缘层。3.根据权利要求2所述的防冻装置，其特征在于，所述电感线圈与铁质设备之间设有隔热层。4.根据权利要求3所述的防冻装置，其特征在于，所述隔热层包括非金属软性材质层。5.根据权利要求3或4所述的防冻装置，其特征在于，所述隔热层的厚度不大于5mm。6.根据权利要求1至4中任一项所述的防冻装置，其特征在于，所述电感线圈外侧设有散热翅片。7.根据权利要求1至4中任一项所述的防冻装置，其特征在于，所述电感线圈至少包括两组，且所述电感线圈以并联的形式与所述升频设备连接。8.根据权利要求7所述的防冻装置，其特征在于，所述电感线圈呈弧形结构，每两组所述电感线圈相对布置并且通过连接部件互相连接。9.根据权利要求6所述的防冻装置，其特征在于，所述连接部件为弧形弹性连接杆。10.根据权利要求1至4中任一项所述的防冻装置，其特征在于，所述电感线圈布置在铁质设备的中下部。

技术总结

本发明提供一种防冻装置，包括依次电性连接的电源、升频设备和电感线圈。其中，升频设备用于对电源输出的电流进行整流和变频处理从而将电流提升至预设频率。电感线圈贴合在铁质设备的外表面上。本发明提供的防冻装置，通过电感线圈实现对铁质设备的加热、保温，进而确保管线内液体的流动，且能够减少施工过程的准备时间。备时间。备时间。