Influence of High-Power Heating Cable Structure on Heat Transfer Behavior in Heavy Oil Wells

Zhang Bin; Dong Liangliang; Song Hongbing; Zhu Xiaohua; Zhou Chao; Feng Haiyang; Zhang Jingang

doi:10.12473/CPM.202408082

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Influence of High-Power Heating Cable Structure on Heat Transfer Behavior in Heavy Oil Wells

OIL AND GAS FIELD DEVELOPMENT ENGINEERING | 更新时间：2026-01-19

- Influence of High-Power Heating Cable Structure on Heat Transfer Behavior in Heavy Oil Wells
- China Petroleum Machinery Vol. 53, Issue 10, Pages: 123-131(2025)
- 作者机构：
  
  1.中油国家石油天然气管材工程技术研究中心有限公司　2.中国石油集团宝石管业有限公司
  2.西南石油大学机电工程学院
  3.School of Mechanical Engineering， Southwest Petroleum University
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12473/CPM.202408082
  CLC： TE345
- Received：28 August 2024，
  
  Revised：2025-02-07，
  
  Published：10 October 2025
- 稿件说明：
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张斌，董亮亮，宋红兵，等.稠油井下大功率加热电缆结构对传热行为影响［J］.石油机械，2025，53（10）：123-131.

Zhang Bin，Dong Liangliang，Song Hongbing，et al.Influence of high⁃power heating cable structure on heat transfer behavior in heavy oil wells［J］.China Petroleum Machinery，2025，53（10）：123-131.
张斌，董亮亮，宋红兵，等.稠油井下大功率加热电缆结构对传热行为影响［J］.石油机械，2025，53（10）：123-131. DOI： 10.12473/CPM.202408082.

Zhang Bin，Dong Liangliang，Song Hongbing，et al.Influence of high⁃power heating cable structure on heat transfer behavior in heavy oil wells［J］.China Petroleum Machinery，2025，53（10）：123-131. DOI： 10.12473/CPM.202408082.

摘要

蒸汽辅助重力泄油（steam assisted gravity drainage，SAGD）是开发稠油油藏最有效的技术之一，井下大功率电加热技术是提高SAGD工艺技术能效的重要技术手段。为研究井下大功率加热电缆结构对传热行为的影响，基于计算流体动力学和传热学理论，建立了SAGD注采工艺井筒蒸汽循环电加热数值模型，开展了6种结构的加热电缆在不同注汽量、功率下的传热行为研究。研究结果表明：在传热过程中，随着注汽量的增加，蒸汽和电缆芯线的平均温度降低；而随着加热功率的增加，平均温度升高；对于三芯单护套、三芯双护套、单护套集成和双护套集成这4种电缆，其芯线与护套之间的平均温差为16.7 ℃，其中三芯单护套传热效果最好；而双护套空气式和单护套空气式电缆由于内部空气的低热导率限制了芯线向外界的传热，导致芯线与护套的平均温差分别达803和763 ℃，氧化镁作为传热介质更合适。研究结果可为稠油井下大功率加热电缆的结构选型提供理论依据。

Abstract

Steam assisted gravity drainage （SAGD） is one of the most effective technologies for developing heavy oil reservoirs， and downhole high-power electric heating technology is an important technical means to improve the energy efficiency of SAGD. To investigate the influence of downhole high-power heating cable structure on heat transfer behavior， a numerical model of SAGD injection-production process wellbore steam circulation electric heating was established based on computational fluid dynamics and heat transfer theory. Heat transfer behaviors of six types of heating cables were studied under different steam injection rates and power ratings. The study results show that during the heat transfer process， as the steam injection rate increases， the average temperature of the steam and cable core decreases， while as the heating power increases， the average temperature increases. For three-core single-sheathed， three-core double-sheathed， single-sheath integrated and double-sheath integrated cables， the average temperature difference between the core wire and the sheath is 16.7 ℃， and the three-core single-sheathed cable has the best heat transfer effect. However， due to the low thermal conductivity of the internal air， the double-sheathed and single-sheathed air type cables restrict the heat transfer from the core wire to the outside， resulting in the average temperature difference between the core wire and the sheath reaching 803 and 763 ℃ respectively. Therefore， magnesium oxide is more suitable as a heat transfer medium. The study results provide a theoretical basis for the structural selection of high-power heating cables in heavy oil wells.

关键词

Keywords

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