随着我国科学技术的高速发展,在保证工业生产高安全性的前提下,油田对生产辅助设备的高效节能以及减少工人负担的要求也越来越高。油田作业中常用的油管吊卡属于闭锁环式吊卡,根据闭锁环式吊卡的工作原理可知,受东北地区冬季气温低、气候寒冷、降雪多的影响,闭锁环式吊卡的闭锁环和安全销会在冬季时出现结冰现象,无法实现闭锁式吊卡的正常开闭。油管吊卡如果不能正常工作将直接影响到油田生产作业,增加作业工人劳动强度,加重作业工人负担,进而影响工作效率,严重的话会直接造成损失。目前主要是靠人工操作蒸汽加热器进行油管吊卡加热除冰。本论文的研究目的是将高效节能的电磁感应加热技术应用到油管吊卡加热除冰的工程实际当中,以解决目前对油管吊卡采用的蒸汽式加热方式存在加热效率较低,热量散失较快,且灵活性不高等问题。本论文采用理论数值模拟与实验相结合的技术手段完成油管吊卡电磁感应加热除冰的理论分析及实验研究。本论文主要研究内容如下:首先,分析了油管吊卡感应加热的原理,在此基础上,通过引入磁矢量位的方法对Maxwell方程进行分解推导,分析了油管吊卡感应加热电磁场的数学模型。在热传导的边界条件和热传导基本原理的基础上,采用变分原理的方法,分析了油管吊卡感应加热温度场的数学模型。并对感应加热的伴随效应进行分析,其中包括集肤效应、圆环效应和邻近效应,然后分析了油管吊卡感应加热过程中的透入式加热阶段和热传导式加热阶段两种加热过程。其次,针对电磁感应加热的电磁-热耦合过程具有复杂且难分析等特点,基于电磁场和温度场数学模型的理论基础,利用有限元分析软件对油管吊卡感应加热过程中的电磁场进行有限元数值模拟,经数值模拟计算得到油管吊卡感应加热过程中的三维涡流数值分布和变化规律以及涡流损耗。进而将电磁场的数值模拟结果进行导入,对油管吊卡的电磁-热耦合过程进行有限元数值模拟,经数值模拟计算得到其三维温度场数值分布和变化规律。再次,为了电磁感应加热驱动和感应样机的实现,对感应加热驱动的关键点进行研究设计。分析对比了逆变电路的几种常用电路结构,并根据实际需求,选择串联半桥逆变电路作为主电路;对电路的IGBT相关参数进行计算,并采用了光耦隔离驱动IGBT的技术;针对感应线圈受热电感量易变的特性进行了锁相频率跟踪技术的研究。为整个感应加热系统提供了可靠的电磁驱动技术。最后,针对油田生产现场的特殊环境,搭建了符合油田作业现场要求的3.5k W的电磁感应加热样机。将感应加热样机在实验室条件下进行实验,实验结果验证了感应加热数值模拟计算结果的准确性。并结合数值模拟计算结果,分析了不同参数情况下对油管吊卡感应加热过程的影响,选择了合理的加热参数。进而将感应加热样机在油田生产现场条件下进行实验,实验结果表明,电磁感应加热技术能够高效地应用到油管吊卡加热除冰的工程实际当中。通过电磁感应加热方式与蒸汽式加热方式进行技术对比表明,感应加热方式相对于传统的蒸汽加热方式具有优越性。