稠油井下大功率加热电缆结构对传热行为影响

张斌; 董亮亮; 宋红兵; 祝效华; 周超; 冯海洋; 张锦刚

doi:10.12473/CPM.202408082

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

稠油井下大功率加热电缆结构对传热行为影响

油气田开发工程 | 更新时间：2026-01-19

- 稠油井下大功率加热电缆结构对传热行为影响
- Influence of High-Power Heating Cable Structure on Heat Transfer Behavior in Heavy Oil Wells
- 石油机械 2025年53卷第10期页码：123-131
- 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：
  
  张斌，正高级工程师，生于1966年，2006年毕业于西南石油大学机械设计及理论专业，获博士学位，现从事石油钻采、管材及新能源装备研制、检验、标准、产业化工作。地址：（100007）北京市东城区。email：zb_sc@cnpc.com.cn。
  祝效华，教授。email：Zhuxh@swpu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  中国石油天然气集团有限公司前瞻性基础性技术攻关项目“井下大功率电加热器研制”(2022DJ1409)
- DOI：10.12473/CPM.202408082
  中图分类号： TE345
- 收稿：2024-08-28，
  
  修回：2025-02-07，
  
  纸质出版：2025-10-10
- 稿件说明：
移动端阅览
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

references

蒋琪，游红娟，潘竟军，等．稠油开采技术现状与发展方向初步探讨［J］．特种油气藏， 2020 ， 27 （ 6 ）： 30 - 39 ．

JIANG Q ， YOU H J ， PAN J J ， et al . Preliminary discussion on current status and development direction of heavy oil recovery technologies ［J］. Special Oil & Gas Reservoirs ， 2020 ， 27 （ 6 ）： 30 - 39 .

王俊奇，张祖峰，李建馨，等．稠油开采电加热设备节能技术［J］．石油机械， 2010 ， 38 （ 9 ）： 45 - 48 ．

WANG J Q ， ZHANG Z F ， LI J X ， et al . The energy⁃saving technology of the electric heater for heavy oil recovery ［J］. China Petroleum Machinery ， 2010 ， 38 （ 9 ）： 45 - 48 .

AFDHOL M K ， ERFANDO T ， HIDAYAT F ， et al . The prospect of electrical enhanced oil recovery for heavy oil： a review ［J］. Journal of Earth Energy Engineering ， 2019 ， 8 （ 2 ）： 73 - 94 .

YUAN Z ， LIU P C ， ZHANG S F ， et al . Experimental study and numerical simulation of a solvent⁃assisted start⁃up for SAGD wells in heavy oil reservoirs ［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering ， 2017 ， 154 ： 521 - 527 .

WANG C ， WU Y B ， LUO C H ， et al . Experimental study and numerical simulation of an electrical preheating for SAGD wells in heavy oil reservoirs ［J］. Energies ， 2022 ， 15 （ 17 ）： 6102 .

孙新革，罗池辉，张胜飞，等．新疆油田浅层超稠油SAGD高效低碳开发技术研究与展望［J］．特种油气藏， 2024 ， 31 （ 1 ）： 1 - 8 ．

SUN X G ， LUO C H ， ZHANG S F ， et al . Research and prospects of efficient and low⁃carbon SAGD development technology for shallow ultra⁃heavy oil in Xinjiang oilfield ［J］. Special Oil & Gas Reservoirs ， 2024 ， 31 （ 1 ）： 1 - 8 .

HASIBUAN M Y ， REGINA S ， WAHYU R ， et al . Electrical heating for heavy oil：past，current，and future prospect ［EB/OL］. Preprints .org， 2020 ： PPR 108587 （ 2020-01-12 ）［ 2020-01-15 ］. https：∥europepmc.org/article/PPR/PPR108587 https://europepmc.org/article/PPR/PPR108587 .

路朋．超稠油井筒电加热技术优化对策研究［J］．内蒙古石油化工， 2022 ， 48 （ 10 ）： 87 - 90 ．

LU P . Research on optimization countermeasures of electric heating technology for super heavy oil wellbore ［J］. Inner Mongolia Petrochemical Industry ， 2022 ， 48 （ 10 ）： 87 - 90 .

李万开．井筒电加热技术在稠油开采中的应用研究［J］．化工管理， 2019 （ 6 ）： 180 - 181 ．

LI W K . Application of wellbore electric heating technology in heavy oil recovery ［J］. Chemical Enterprise Management ， 2019 （ 6 ）： 180 - 181 .

李玄．提高浅层超稠油油藏蒸汽驱效果的策略［J］．石油石化物资采购， 2021 （ 12 ）： 112 - 113 ．

LI X . Strategies for improving steam flooding effect in shallow ultra⁃heavy oil reservoirs ［J］. Petroleum & Petrochemical Material Procurement ， 2021 （ 12 ）： 112 - 113 .

任维娜，张庆华，魏裕森，等．海上稠油油田电加热改善原油流动性技术研究［J］．长江大学学报（自科版）， 2019 ， 16 （ 3 ）： 37 - 42 ．

REN W N ， ZHANG Q H ， WEI Y S ， et al . The research on technology of improving oil fluidity by electric heating of heavy oil in offshore oilfields ［J］. Journal of Yangtze University （Natural Science Edition）， 2019 ， 16 （ 3 ）： 37 - 42 .

SADEGHI A ， HASSANZADEH H ， HARDING T G . A comparative study of oil sands preheating using electromagnetic waves， electrical heaters and steam circulation ［J］. International Journal of Heat and Mass Transfer ， 2017 ， 111 ： 908 - 916 .

WANG Z X ， GAO D L ， DIAO B B ， et al . Comparative performance of electric heater vs. RF heating for heavy oil recovery ［J］. Applied Thermal Engineering ， 2019 ， 160 ： 114105 .

ZHANG J P ， WU Y B ， WANG C ， et al . Experimental study on improvement mechanism of electric heating⁃assisted cyclic steam stimulation of horizontal well ［J］. Applied Sciences ， 2022 ， 12 （ 21 ）： 11294 .

WANG Z ， LU X ， LI Q ， et al . Downhole electric heater with high heating efficiency for oil shale exploitation based on a double⁃shell structure ［J］. Energy ， 2020 ， 211 ： 118539 .

HASSANZADE H ， HARDING T . Analysis of conductive heat transfer during in⁃situ electrical heating of oil sands ［J］. Fuel ， 2016 ， 178 ： 290 - 299 .

RANGEL-GERMAN E R ， SCHEMBRE J ， SANDBERG C ， et al . Electrical⁃heating⁃assisted recovery for heavy oil ［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering ， 2004 ， 45 （ 3/4 ）： 213 - 231 .

ZHU M ， ZHONG H Q ， LI Y C ， et al . Research on viscosity⁃reduction technology by electric heating and blending light oil in ultra⁃deep heavy oil wells ［J］. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology ， 2015 ， 5 （ 3 ）： 233 - 239 .

WAN T . Study of hybrid thermal recovery process and geomechanics on heavy oil production performance ［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering ， 2022 ， 218 ： 111007 .

周洪亮．稠油井油管电加热功率优化与应用［J］．石油机械， 2019 ， 47 （ 3 ）： 99 - 103 ．

ZHOU H L . Tubing electric heating power optimization for heavy oil recovery ［J］. China Petroleum Machinery ， 2019 ， 47 （ 3 ）： 99 - 103 .

HAO Y ， GAO X Q ， XIONG F S ， et al . Temperature distribution simulation and optimization design of electric heater for in⁃situ oil shale heating ［J］. Oil Shale ， 2014 ， 31 （ 2 ）： 105 - 120 .

薛继军，杨文波，白哲，等．空心杆电加热系统加热效果影响因素分析［J］．石油机械， 2022 ， 50 （ 4 ）： 118 - 123 ．

XUE J J ， YANG W B ， BAI Z ， et al . Analysis on factors affecting the performance of hollow rod electric heating system ［J］. China Petroleum Machinery ， 2022 ， 50 （ 4 ）： 118 - 123 .

吴永彬，李秀峦，郑浩然．电加热辅助 SAGD 生产关键机理研究［C］∥ 2018油气田勘探与开发国际会议．西安：西安石油大学， 2018 ： 1 - 7 ．

WU Y B ， LI X L ， ZHENG H R . Research on the key mechanism of electric heating assisted SAGD production ［C］∥ 2018 International Conference on Oil and Gas Field Exploration and Development . Xi'an ： Xi'an Shiyou University ， 2018 ： 1 - 7 .

修德欣．海上稠油油田电加热开采技术研究［D］．青岛：中国石油大学（华东）， 2014 ．

XIU D X . The research on electric heating technique of offshore heavy oil field ［D］. Qingdao ： China University of Petroleum （East China）， 2014 .

朱广海，刘章聪，熊旭东，等．电加热稠油热采井筒温度场数值计算方法［J］．石油钻探技术， 2019 ， 47 （ 5 ）： 110 - 115 ．

ZHU G H ， LIU Z C ， XIONG X D ， et al . Numerical calculation method of the wellbore temperature field for electric heating heavy oil thermal recovery ［J］. Petroleum Drilling Techniques ， 2019 ， 47 （ 5 ）： 110 - 115 .

邬田华．工程传热学［M］．武汉：华中科技大学出版社， 2011 ： 12 - 78 ．

潘丽萍，王强，贺铸．实用多相流数值模拟［M］．北京：科学出版社， 2020 ： 14 - 15 ．

赵铎．水平管内气液两相流流型数值模拟与实验研究［D］．北京：中国石油大学（北京）， 2007 ．

ZHAO D . Numerical simulation and experiment research on flow pattern of gas⁃liquid flow in horizontal pipe ［D］. Beijing ： China University of Petroleum （Beijing）， 2007 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

脉冲电流修复含多裂纹高压弯头效果对比研究

MGD无源磁导向工具隔热保护舱优化设计

稠油热采井安全侧钻距离数值模拟研究

140 MPa、ø103 mm闸阀防砂流固耦合力学特性分析

连续管水平钻进扩径段超临界CO2携岩规律研究