本论文针对我国能源短缺,稠油开采困难的问题,分析了稠油的电加热开采理论及其方法,着重对基于集肤效应理论的空心抽油杆电加热系统进行较为深入的理论研究。 空心抽油杆电加热采油系统是稠油降粘开采的新方式,它具有结构简单、加热均匀、成本低、无污染,可连续操作等特点,在我国的许多油田得到广泛应用。但在使用中存在一些问题,主要表现在电能消耗方面,这主要是受理论研究的制约。本论文研究了空心抽油杆的集肤效应原理,在采用解析法研究集肤效应理论的基础上,运用数值的方法对集肤效应理论进行了探讨,得出了电流密度矩阵形式。 空心抽油杆集肤效应理论,包含了电磁学和传热学的知识,在理论研究和计算中都有一定的难度。在实际采油过程中,空心抽油杆的温度以及通电时间只是通过室内试验大体做出估计,在稠油温度控制方面,只是根据人工经验和现场实验。本文提出了用有限元仿真的方法对空心抽油杆电加热稠油过程中的电磁场和温度场耦合进行模拟和分析。首先对导线内的集肤效应现象进行研究,直观地得到了导线内部的电流密度分布,确定了频率与集肤效应的关系。进而模拟了空心抽油杆内的电磁场和温度场,得到了空心抽油杆内部的电流密度分布和温度分布,分析得到了交流电的频率与空心抽油杆的温度以及通电时间的关系,频率与稠油的温度和加热时间的关系。利用稠油的凝固点温度和交流电频率估计稠油开采过程中的预热时间。给出算例,与实际采油过程相比较,验证了该仿真方法的可靠性。