王國興 涂廣軍 劉紅濤 朱東華 李 影 何海濤

(河南石油勘探局地球物理測(cè)井公司 河南南陽)

測(cè)井地面儀器電源的改進(jìn)與應(yīng)用

王國興 涂廣軍 劉紅濤 朱東華 李 影 何海濤

(河南石油勘探局地球物理測(cè)井公司 河南南陽)

文章簡(jiǎn)要介紹了測(cè)井電源的工作原理和使用情況,分析了測(cè)井地面儀器電源系統(tǒng)的工作原理,倡導(dǎo)使交、直流電作為測(cè)井電源,提出對(duì)地面儀器電源系統(tǒng)的改進(jìn),通過增加UPS電池容量和利用車載直流發(fā)電機(jī),使用直流電為測(cè)井電源得到實(shí)施,獲得良好的使用效果。

測(cè)井電源的工作原理;測(cè)井電源使用狀況;地面儀器電源系統(tǒng);改進(jìn);應(yīng)用;獲獎(jiǎng)

0 引 言

保證任何情況下的正常供電,是測(cè)井施工的重要基礎(chǔ)。為此,除交流電正常供電外,還需配備UPS供電系統(tǒng)。UPS電源是保障供電穩(wěn)定和連續(xù)性的重要設(shè)備,因儲(chǔ)蓄電池的儲(chǔ)能,決定持續(xù)供電時(shí)間的長短。雖說各測(cè)井儀器配置的UPS供電系統(tǒng)設(shè)備型號(hào)及系統(tǒng)容量有所不同,但其原理和主要功能基本相同。在UPS電源類型選擇上各測(cè)井儀器都選擇了在線式,這時(shí)因?yàn)樵诰€式UPS電源系統(tǒng)具有對(duì)各類供電的零時(shí)間切換,自身供電時(shí)間的長短可選,并具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、凈化的特點(diǎn)。

1 UPS電源工作原理

UPS電源系統(tǒng)由4部分組成:整流、儲(chǔ)能、變換和開關(guān)控制,如圖1所示。其系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高頻開關(guān)整流器,本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能,從而當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)(該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求),輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲(chǔ)能電池來完成,由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除,整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)直流直能的功能外,對(duì)整流器來說就象接了一只大容器電容器,其等效電容量的大小,與儲(chǔ)能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的,即利用了電容器對(duì)脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾,起到了凈化功能,也稱對(duì)干擾的屏蔽。頻率的穩(wěn)定則由變換器來完成,頻率穩(wěn)定度取決于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù),設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開關(guān),主機(jī)自檢故障后的自動(dòng)旁路開關(guān),檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制。

圖1 測(cè)井儀器電源示意圖

2 UPS電源存在問題及改進(jìn)方案[1、2]

SDZ-3000測(cè)井地面儀器使用220 V 50 Hz的交流電源。為了儀器的正常使用,對(duì)電源質(zhì)量的要求比較嚴(yán)格,即電壓:200 V～230 V,頻率:48 Hz～52 Hz。根據(jù)我們?cè)?005年,河南油田陜北測(cè)井分公司測(cè)井使用電源的調(diào)查:36%的鉆井隊(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電源不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),主要表現(xiàn)為頻率較低;30.9%的工業(yè)電不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),主要表現(xiàn)為電壓波動(dòng)很大,15%的車載發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電源不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),主要表現(xiàn)為容易出現(xiàn)故障。單純使用交流電做為測(cè)井電源,嚴(yán)重影響測(cè)井時(shí)效,甚至造成測(cè)井失敗。測(cè)井地面儀器電源的改進(jìn)與應(yīng)用勢(shì)在必行。

為此,我們對(duì)測(cè)井電源問題進(jìn)行了細(xì)致的分析,對(duì)鉆井隊(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電源和工業(yè)電是測(cè)井隊(duì)伍不能解決的客觀因素和車載發(fā)電機(jī)受使用環(huán)境的影響,容易出現(xiàn)故障等問題,認(rèn)為必須改進(jìn)儀器電源系統(tǒng),才可能較徹底的解決測(cè)井電源問題。

儀器電源系統(tǒng)示意如圖2所示。外接電源通過隔離變壓器與地面系統(tǒng)隔離,供出UPS電源,UPS電源將變流電逆變成直流電,一方面給電池組充電,一方面又逆變成質(zhì)量較高的交流電供地面系統(tǒng)使用。當(dāng)外接電源出現(xiàn)故障時(shí),電池組能為系統(tǒng)繼續(xù)供電5 min～20 min[1]。

圖2 48 V電池UPS電源系統(tǒng)示意圖

經(jīng)過技術(shù)人員的研究分析,發(fā)現(xiàn)如果能增加直流供電模式,定會(huì)彌補(bǔ)交流電供電的不足。目前,UPS的電池組只能給儀器持續(xù)供電5 min～20 min,操作員只能利用如此短暫的時(shí)間作數(shù)據(jù)的保存和必要的程序處理。因?yàn)闇y(cè)井地面儀器使用的是在線UPS,就是說它的直流電逆變成交流電的功能可以長時(shí)間工作,如果充分增加電池容量,采用直流供電是完全可以實(shí)現(xiàn)的。于是我們將原48 V 1 500 W的UPS電池組更換為4塊1 05 Ah的12 V電池。這樣也只能供儀器測(cè)井2 h～3 h。

如果通過再增加電池來增加電容量,勢(shì)必增加很大重量,而且,從理論上講增加電容量也是有限的[2]。我們利用的絞車的直流發(fā)電機(jī)提供電量(如直流供電示意圖設(shè)計(jì)),效果十分理想,供電能達(dá)到10 h以上,做電源能完成在陜北市場(chǎng)的常見的幾種測(cè)井施工。

圖3 直流電供電示意圖

由于沒有能選擇到理想的智能轉(zhuǎn)換開關(guān),又能利用車上直流電系統(tǒng),我們簡(jiǎn)化了電路,并通過實(shí)驗(yàn)定出了標(biāo)準(zhǔn)型電池箱(如UPS電池箱供電示意圖設(shè)計(jì))[3]。標(biāo)準(zhǔn)型也能為提供儀器測(cè)井十幾小時(shí),在220 V 50 Hz交流電電正常2小時(shí)(包括測(cè)井)時(shí)或者發(fā)動(dòng)機(jī)工作不測(cè)井(包括車輛行駛)時(shí),充電電池箱電池能恢復(fù)電池飽滿時(shí)電容量的90%,對(duì)兩臺(tái)SKH2000儀器進(jìn)行改進(jìn),達(dá)到理想的效果。2007年,這項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)被為河南省質(zhì)量管理三等獎(jiǎng)。

3 UPS電源改進(jìn)后實(shí)際應(yīng)用效果分析

2008年河南油田西北分公司對(duì)地面測(cè)井總電源進(jìn)行對(duì)比列表見表1。

表1 2008年河南油田西北分公司對(duì)地面測(cè)井總電源進(jìn)行對(duì)比列表

4 結(jié) 論

通過技術(shù)改進(jìn)并在河南油田測(cè)井公司廣泛應(yīng)用,解決了測(cè)井對(duì)井場(chǎng)交流電依賴,在水平井、大斜度井和復(fù)雜井增多時(shí),對(duì)測(cè)井工作產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用。

[1] 中國電子科技集團(tuán)第二十二研究所.SKD-3000數(shù)控測(cè)井儀硬件使用說明書.(資料)

[2] 康華光,陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2000

[3] 中國電子科技集團(tuán)第二十二研究所.SKD-3000數(shù)控測(cè)井儀電路圖集.(資料)

P631.8+3

B

1004-9134(2010)06-0080-02

王國興,男,1968年生,河南石油勘探局地球物理測(cè)井公司操作員,長期從事河南油田內(nèi)外部測(cè)井工作,曾多次獲得國家專利、省部級(jí)和局級(jí)等獎(jiǎng)項(xiàng)。郵編:473132

2010-06-02編輯:梁保江)