王飛 楊巧云 馬瑩

摘 要：隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，油田開采大力引入新技術(shù)，井下開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越多，加快了井下開采工作的效率，提升了油田開采量。但是，更多相關(guān)儀器和工具頻繁使用過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)用了無電纜供電技術(shù)，為油田開采發(fā)揮了更多作用。

關(guān)鍵詞：無電纜；井下供電；技術(shù)研究

在我國傳統(tǒng)的井下供電系統(tǒng)中，電能傳輸主要以電纜為媒介來實行井下供電，但是，電能傳輸過程較為復雜，容易受到地層干擾，采用電纜供電所需成本費用較高。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，為了解決井下供電系統(tǒng)存在的問題，通過不斷深入研究，無電纜井下供電技術(shù)應(yīng)運而生。

1 無電纜井下供電技術(shù)的發(fā)展研究

社會經(jīng)濟飛速發(fā)展之下，我國對石油能源的需求量日益增加，石油開采工作越來越緊促。為了提高石油開采量，相關(guān)技術(shù)和儀器設(shè)備不斷優(yōu)化革新，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人們結(jié)合渦輪發(fā)電機的工作原理，在保證機械工作強度和安全可靠性的前提下，進行了葉片翼型改進，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)展過程中，為了更進一步提高工作效率，提升石油開采量，人們大力研究開發(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。

在油田開發(fā)過程中，定向井工作十分關(guān)鍵，頻繁打定向井促使隨鉆測量系統(tǒng)的需求量不斷增長，導致鉆井工藝影響了油田開發(fā)。目前隨鉆測量系統(tǒng)普遍采用電池組供電進行工作，耗電較快，電池組能量的大小決定了隨鉆測量系統(tǒng)在井下的工作時間。通過不斷研究，利用井下流體發(fā)電技術(shù)，可以代替電池組為隨鉆測量系統(tǒng)工作提供充足電能，可以實現(xiàn)連續(xù)長時間工作。同時，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)在油氣開發(fā)過程中對系統(tǒng)進行動態(tài)監(jiān)測。[1]

在導向鉆井系統(tǒng)中，電能從根本上影響著井下測控系統(tǒng)能否連續(xù)長時間工作，電纜供電容易受地層影響且費用較高，人們逐步研究了一種由鉆桿內(nèi)的高壓泥漿帶動渦輪發(fā)電機來提供電能的方法，這種電能傳輸方法具備較多的優(yōu)點，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)的開發(fā)和完善，逐漸在大多數(shù)測井系統(tǒng)井下供電中應(yīng)用普及。井下流體發(fā)電機主要通過電動機提供電源，在這個過程里，流體發(fā)電機產(chǎn)生的交流電存在一些問題，比如頻率不穩(wěn)定、電壓幅值波動等，還需要對其進行整流穩(wěn)壓從而提高井下儀器設(shè)備供電的穩(wěn)定性。[2]

2 無電纜井下供電技術(shù)的設(shè)計應(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)電機包含較多方面，如井下供電系統(tǒng)、發(fā)電機旋轉(zhuǎn)試驗與流量實驗、流體發(fā)電機整流穩(wěn)壓控制器的相關(guān)硬件電路設(shè)計和仿真等內(nèi)容。

井下流體供電系統(tǒng)技術(shù)要求較為復雜，主要體現(xiàn)在以下六個方面：（1）研制整流穩(wěn)壓器過程中，必須準確測試重新繞制后發(fā)電機的性能，為針對發(fā)電機性能研制整流穩(wěn)壓控制器提供科學依據(jù)；（2）微型電動機負載著整流穩(wěn)壓控制器，這個過程需要48V的直流電；（3）必須具備欠壓、過壓、過流的保護功能，實現(xiàn)自動監(jiān)測輸出電壓，當輸出電壓超過負載要求或無法滿足負載要求時，整流穩(wěn)壓控制器能夠自動斷開電能輸出；（4）保證整流穩(wěn)壓控制電路在輸入電能時受到的阻抗與發(fā)電機的繞組特性達到良好匹配，為發(fā)電機正常工作提供基礎(chǔ)保障，同時使發(fā)電機未受到損壞的情況下，達到最大的輸出功率；（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，主要包含了兩項工作：其一是發(fā)電機性能測試，其二是相關(guān)控制器的研制。性能測試項目包括：引線端子，繞組相關(guān)參數(shù)，極對數(shù)等參數(shù)匹配關(guān)系?？刂破餮兄茣r，需要確定整流穩(wěn)壓參數(shù)，選擇控制方式，以及進行電路運行模擬，并畫出電路結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示。

在設(shè)計導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。在完成導向鉆井的井下供電系統(tǒng)設(shè)計后，還需要不斷測試整體與局部的性能，對存在瑕疵的地方及時進行修改，以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

3 結(jié)束語

通過對無電纜井下供電技術(shù)進行不斷的深入研究，并將這種方法實踐應(yīng)用到注水井和導向鉆井等方面，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。隨著無電纜井下供電技術(shù)的日趨成熟，工作效率顯著提升，無電纜井下供電技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，比如鉆井液測漏儀、油氣水三相測量系統(tǒng)等?？偠灾?，無電纜井下供電技術(shù)的合理應(yīng)用有著非常廣闊的前景。

參考文獻

[1]潘海洋.無電纜井下供電技術(shù)研究及應(yīng)用[D].西安：西安石油大學，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)計及應(yīng)用[D].西安：西安科技大學，2013.