無(wú)電纜井下供電技術(shù)研究及應(yīng)用研究

王飛 楊巧云 馬瑩

摘 要：隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，油田開(kāi)采大力引入新技術(shù)，井下開(kāi)采工作作為其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，整體得到了顯著改善，適用井下工作的儀器和工具越來(lái)越多，加快了井下開(kāi)采工作的效率，提升了油田開(kāi)采量。但是，更多相關(guān)儀器和工具頻繁使用過(guò)程中所消耗的電能較多，因此，井下供電系統(tǒng)的性能影響著井下工作的安全性、可靠性以及工作質(zhì)量、工作效率。隨著無(wú)電纜井下供電技術(shù)的日趨完善，井下作業(yè)逐步應(yīng)用了無(wú)電纜供電技術(shù)，為油田開(kāi)采發(fā)揮了更多作用。

關(guān)鍵詞：無(wú)電纜；井下供電；技術(shù)研究

在我國(guó)傳統(tǒng)的井下供電系統(tǒng)中，電能傳輸主要以電纜為媒介來(lái)實(shí)行井下供電，但是，電能傳輸過(guò)程較為復(fù)雜，容易受到地層干擾，采用電纜供電所需成本費(fèi)用較高。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，為了解決井下供電系統(tǒng)存在的問(wèn)題，通過(guò)不斷深入研究，無(wú)電纜井下供電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1 無(wú)電纜井下供電技術(shù)的發(fā)展研究

社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展之下，我國(guó)對(duì)石油能源的需求量日益增加，石油開(kāi)采工作越來(lái)越緊促。為了提高石油開(kāi)采量，相關(guān)技術(shù)和儀器設(shè)備不斷優(yōu)化革新，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們結(jié)合渦輪發(fā)電機(jī)的工作原理，在保證機(jī)械工作強(qiáng)度和安全可靠性的前提下，進(jìn)行了葉片翼型改進(jìn)，可以使其在空間較小的鉆鋌中順利工作。在現(xiàn)代科技的深入發(fā)展過(guò)程中，為了更進(jìn)一步提高工作效率，提升石油開(kāi)采量，人們大力研究開(kāi)發(fā)能夠適用于深井工作、功率更大、更高精度的渦輪發(fā)電機(jī)。

在油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，定向井工作十分關(guān)鍵，頻繁打定向井促使隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的需求量不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致鉆井工藝影響了油田開(kāi)發(fā)。目前隨鉆測(cè)量系統(tǒng)普遍采用電池組供電進(jìn)行工作，耗電較快，電池組能量的大小決定了隨鉆測(cè)量系統(tǒng)在井下的工作時(shí)間。通過(guò)不斷研究，利用井下流體發(fā)電技術(shù)，可以代替電池組為隨鉆測(cè)量系統(tǒng)工作提供充足電能，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作。同時(shí)，井下流體發(fā)電技術(shù)具備更好的穩(wěn)定性、可靠性、安全性，可以利用井下流體發(fā)電技術(shù)在油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。[1]

在導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中，電能從根本上影響著井下測(cè)控系統(tǒng)能否連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，電纜供電容易受地層影響且費(fèi)用較高，人們逐步研究了一種由鉆桿內(nèi)的高壓泥漿帶動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)來(lái)提供電能的方法，這種電能傳輸方法具備較多的優(yōu)點(diǎn)，比如傳輸效率更高、成本更低、穩(wěn)定性更好。

隨著井下流體供電技術(shù)的開(kāi)發(fā)和完善，逐漸在大多數(shù)測(cè)井系統(tǒng)井下供電中應(yīng)用普及。井下流體發(fā)電機(jī)主要通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供電源，在這個(gè)過(guò)程里，流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電存在一些問(wèn)題，比如頻率不穩(wěn)定、電壓幅值波動(dòng)等，還需要對(duì)其進(jìn)行整流穩(wěn)壓從而提高井下儀器設(shè)備供電的穩(wěn)定性。[2]

2 無(wú)電纜井下供電技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

結(jié)合井下流體供電系統(tǒng)的理論研究，在井下流體供電系統(tǒng)中應(yīng)用發(fā)電機(jī)包含較多方面，如井下供電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)與流量實(shí)驗(yàn)、流體發(fā)電機(jī)整流穩(wěn)壓控制器的相關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)和仿真等內(nèi)容。

井下流體供電系統(tǒng)技術(shù)要求較為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在以下六個(gè)方面：（1）研制整流穩(wěn)壓器過(guò)程中，必須準(zhǔn)確測(cè)試重新繞制后發(fā)電機(jī)的性能，為針對(duì)發(fā)電機(jī)性能研制整流穩(wěn)壓控制器提供科學(xué)依據(jù)；（2）微型電動(dòng)機(jī)負(fù)載著整流穩(wěn)壓控制器，這個(gè)過(guò)程需要48V的直流電；（3）必須具備欠壓、過(guò)壓、過(guò)流的保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)輸出電壓超過(guò)負(fù)載要求或無(wú)法滿足負(fù)載要求時(shí)，整流穩(wěn)壓控制器能夠自動(dòng)斷開(kāi)電能輸出；（4）保證整流穩(wěn)壓控制電路在輸入電能時(shí)受到的阻抗與發(fā)電機(jī)的繞組特性達(dá)到良好匹配，為發(fā)電機(jī)正常工作提供基礎(chǔ)保障，同時(shí)使發(fā)電機(jī)未受到損壞的情況下，達(dá)到最大的輸出功率；（5）根據(jù)工作環(huán)境需要整流穩(wěn)壓控制器具備耐高溫、抗振動(dòng)的功能；（6）控制整流穩(wěn)壓控制器的體積使其能夠安裝在井下鉆鋌所允許的空間中。[3]

在井下流體供電系統(tǒng)中，主要包含了兩項(xiàng)工作：其一是發(fā)電機(jī)性能測(cè)試，其二是相關(guān)控制器的研制。性能測(cè)試項(xiàng)目包括：引線端子，繞組相關(guān)參數(shù)，極對(duì)數(shù)等參數(shù)匹配關(guān)系?？刂破餮兄茣r(shí)，需要確定整流穩(wěn)壓參數(shù)，選擇控制方式，以及進(jìn)行電路運(yùn)行模擬，并畫出電路結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示。

在設(shè)計(jì)導(dǎo)向鉆井的井下供電系統(tǒng)中，需要透徹了解注水井管柱電能技術(shù)以及井下流體發(fā)電技術(shù)，并建立相關(guān)的井下供電系統(tǒng)模型。在完成導(dǎo)向鉆井的井下供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，還需要不斷測(cè)試整體與局部的性能，對(duì)存在瑕疵的地方及時(shí)進(jìn)行修改，以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)電纜井下供電技術(shù)進(jìn)行不斷的深入研究，并將這種方法實(shí)踐應(yīng)用到注水井和導(dǎo)向鉆井等方面，使得井下供電系統(tǒng)的可靠性、安全性、連續(xù)性得到了大幅提高。隨著無(wú)電纜井下供電技術(shù)的日趨成熟，工作效率顯著提升，無(wú)電纜井下供電技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，比如鉆井液測(cè)漏儀、油氣水三相測(cè)量系統(tǒng)等?？偠灾?，無(wú)電纜井下供電技術(shù)的合理應(yīng)用有著非常廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]潘海洋.無(wú)電纜井下供電技術(shù)研究及應(yīng)用[D].西安：西安石油大學(xué)，2012.

[2]劉明東.煤礦井下分區(qū)供電關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用[J].山西煤炭，2013，33（7）：54-55，63.

[3]王旭波.煤礦井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].西安：西安科技大學(xué)，2013.