無電纜井下供電技術研究及應用研究

王飛 楊巧云 馬瑩

摘 要：隨著科技的不斷創新和發展，油田開采大力引入新技術，井下開采工作作為其中的關鍵環節，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，井下供電系統的性能影響著井下工作的安全性、可靠性以及工作質量、工作效率。隨著無電纜井下供電技術的日趨完善，井下作業逐步應用了無電纜供電技術，為油田開采發揮了更多作用。

關鍵詞：無電纜；井下供電；技術研究

在我國傳統的井下供電系統中，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。隨著科學技術的飛速發展，為了解決井下供電系統存在的問題，通過不斷深入研究，無電纜井下供電技術應運而生。

1 無電纜井下供電技術的發展研究

社會經濟飛速發展之下，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，相關技術和儀器設備不斷優化革新，隨著計算機技術的發展，人們結合渦輪發電機的工作原理，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。在現代科技的深入發展過程中，為了更進一步提高工作效率，提升石油開采量，人們大力研究開發能夠適用于深井工作、功率更大、更高精度的渦輪發電機。

在油田開發過程中，定向井工作十分關鍵，頻繁打定向井促使隨鉆測量系統的需求量不斷增長，導致鉆井工藝影響了油田開發。目前隨鉆測量系統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在井下的工作時間。通過不斷研究，利用井下流體發電技術，可以代替電池組為隨鉆測量系統工作提供充足電能，可以實現連續長時間工作。同時，井下流體發電技術具備更好的穩定性、可靠性、安全性，可以利用井下流體發電技術在油氣開發過程中對系統進行動態監測。[1]

在導向鉆井系統中，電能從根本上影響著井下測控系統能否連續長時間工作，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的高壓泥漿帶動渦輪發電機來提供電能的方法，這種電能傳輸方法具備較多的優點，比如傳輸效率更高、成本更低、穩定性更好。

隨著井下流體供電技術的開發和完善，逐漸在大多數測井系統井下供電中應用普及。井下流體發電機主要通過電動機提供電源，在這個過程里，流體發電機產生的交流電存在一些問題，比如頻率不穩定、電壓幅值波動等，還需要對其進行整流穩壓從而提高井下儀器設備供電的穩定性。[2]

2 無電纜井下供電技術的設計應用

結合井下流體供電系統的理論研究，在井下流體供電系統中應用發電機包含較多方面，如井下供電系統、發電機旋轉試驗與流量實驗、流體發電機整流穩壓控制器的相關硬件電路設計和仿真等內容。

井下流體供電系統技術要求較為復雜，主要體現在以下六個方面：（1）研制整流穩壓器過程中，必須準確測試重新繞制后發電機的性能，為針對發電機性能研制整流穩壓控制器提供科學依據；（2）微型電動機負載著整流穩壓控制器，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，實現自動監測輸出電壓，當輸出電壓超過負載要求或無法滿足負載要求時，整流穩壓控制器能夠自動斷開電能輸出；（4）保證整流穩壓控制電路在輸入電能時受到的阻抗與發電機的繞組特性達到良好匹配，為發電機正常工作提供基礎保障，同時使發電機未受到損壞的情況下，達到最大的輸出功率；（5）根據工作環境需要整流穩壓控制器具備耐高溫、抗振動的功能；（6）控制整流穩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中，主要包含了兩項工作：其一是發電機性能測試，其二是相關控制器的研制。性能測試項目包括：引線端子，繞組相關參數，極對數等參數匹配關系?？刂破餮兄茣r，需要確定整流穩壓參數，選擇控制方式，以及進行電路運行模擬，并畫出電路結構框圖，如圖所示。

在設計導向鉆井的井下供電系統中，需要透徹了解注水井管柱電能技術以及井下流體發電技術，并建立相關的井下供電系統模型。在完成導向鉆井的井下供電系統設計后，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，以保證整個系統的穩定性、可靠性。

3 結束語

通過對無電纜井下供電技術進行不斷的深入研究，并將這種方法實踐應用到注水井和導向鉆井等方面，使得井下供電系統的可靠性、安全性、連續性得到了大幅提高。隨著無電纜井下供電技術的日趨成熟，工作效率顯著提升，無電纜井下供電技術的應用范圍越來越廣，比如鉆井液測漏儀、油氣水三相測量系統等?？偠灾瑹o電纜井下供電技術的合理應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研究及應用[D].西安：西安石油大學，2012.

[2]劉明東.煤礦井下分區供電關鍵技術研究及應用[J].山西煤炭，2013，33（7）：54-55，63.

[3]王旭波.煤礦井下供電監控系統的設計及應用[D].西安：西安科技大學，2013.