測(cè)井裝置電機(jī)地面供電的途徑

西昌學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院

測(cè)井裝置電機(jī)地面供電的途徑

褚曉銳西昌學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院

由于油井的深度不確定，測(cè)井裝置電機(jī)供電的電壓必須保持在600～1 200 V，這樣才可保證在任何油井深度的情況下都可以使用。目前油田的建設(shè)擴(kuò)寬到了荒地和海港等一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，在電源選擇時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)輸和攜帶的方便。使用調(diào)壓器是為了調(diào)節(jié)供電的電壓，從而減少電壓在電纜上的損耗；使用變壓器是為了實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電壓的升降變化，并且還可以使輸入電流與輸出的電流相位相差90°，這樣就可以很流暢地操作雙相電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)油井裝置的運(yùn)行。在電壓降低時(shí)，為了配合主令斷路器可以準(zhǔn)確地?cái)嚅_(kāi)，需要在自控系統(tǒng)中安裝電壓檢測(cè)裝置及高電流檢測(cè)裝置。

測(cè)井裝置；發(fā)電機(jī)；供電功率；調(diào)壓器

由于現(xiàn)代油井一般距離站點(diǎn)較遠(yuǎn)，單為此設(shè)立專門的電網(wǎng)，不僅投資較大，還會(huì)造成資源的浪費(fèi)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，油田測(cè)井過(guò)程中可利用電機(jī)來(lái)供電。供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)既要滿足供電的要求，又能夠保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。

1 測(cè)井供電現(xiàn)況

測(cè)井供電的電源一般是在海上平臺(tái)或者是在地面上，需要較長(zhǎng)的供電電纜。通常采用1.5 kW的電機(jī)，這類電機(jī)的電流非常大，距離井底幾千米的深度，所以在計(jì)算的過(guò)程中不能忽略電阻。由于油井的深度不確定，測(cè)井裝置電機(jī)供電的電壓必須保持在600～1 200 V，這樣才可保證在任何的油井深度的情況下都可以使用。目前油田的建設(shè)擴(kuò)寬到了荒地和海港等一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，在電源選擇時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)輸和攜帶的方便。

2 供電方式

在研究供電方式之前，首先要確認(rèn)一下調(diào)壓器和變壓器的正常工作電壓及功率。使用調(diào)壓器是為了調(diào)節(jié)供電的電壓，從而減少電壓在電纜上的損耗。線路損耗與路程之間的關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 功率損耗與距離的關(guān)系

使用變壓器是為了實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電壓的升降變化，并且還可以使輸入電流與輸出的電流相位相差90°，這樣就可以很流暢地操作雙相電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)井裝置的運(yùn)行。

（1）安裝調(diào)壓器供電。有許多的供電方式都可以順利地給電機(jī)供電，但是每個(gè)方式都存在一些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。比如在變壓器的上邊供電方式，這種方式是大多數(shù)油田測(cè)井供電所采用的方案。與其他供電方式相比，其在工作效率上有了大幅度的提升，供電也比較方便。但是由于變壓器和調(diào)壓器安裝在了一起，造成裝置體積大，重量大，運(yùn)輸非常不方便，為了驅(qū)動(dòng)雙相電機(jī)，必須使電源的相位相差90°。由于兩臺(tái)變壓器并沒(méi)有處在同一個(gè)位置，要想輸出相同的電壓，就要在兩個(gè)變壓器的匝數(shù)之間有一定的倍數(shù)限制，這樣才可以滿足輸電的要求，使油田測(cè)井裝置電機(jī)順利運(yùn)行。安裝調(diào)壓器的供電方式的優(yōu)點(diǎn)有很多，并且這種傳統(tǒng)的供電方式所提供的電壓相對(duì)穩(wěn)定，成本低廉，易于操作。從整體看，這種供電的方式在當(dāng)前應(yīng)用很普遍，在一般的油田測(cè)井過(guò)程中仍采用這種供電技術(shù)。

（2）利用斬波升壓變換器供電。利用斬波升壓變換器供電是把工頻電流升高，使得到的電流經(jīng)過(guò)兩個(gè)單相逆波器，再經(jīng)過(guò)濾波器就可以得到電源兼容性比較高的正弦波。這種供電方式在整個(gè)過(guò)程中都是電子控制的，并且裝置體積小，有著質(zhì)量輕、便于攜帶、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。但是供電過(guò)程中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)電氣隔離，這一點(diǎn)是對(duì)于供電方式來(lái)說(shuō)是個(gè)缺陷。

（3）直流輸電供電。直流輸電技術(shù)的供電方式是通過(guò)井下的逆變裝置實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)工頻整流，到井下后再利用逆變裝置將直流電變?yōu)榻涣麟姀亩闺姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的任務(wù)。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)就是由于是直流傳輸電能，電線上的損耗非常少，并且它的抗干擾性特別強(qiáng)，是非常理想的一種供電方式。它利用逆變器實(shí)現(xiàn)了將直流電變成了交流電，利用高頻變壓器而不是工頻變壓器，這樣大大減小了裝置的體積和重量，便于運(yùn)輸和攜帶。

（4）利用單相高頻逆變、隔離和整流加工頻三橋臂逆變器供電。這種供電方式是先通過(guò)變壓器降低電壓，然后再升高到相應(yīng)位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣的隔離。

3 自控系統(tǒng)的應(yīng)用

在測(cè)井供電的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)的改進(jìn)對(duì)油田生產(chǎn)來(lái)說(shuō)具有重要意義。由于發(fā)電機(jī)有怠速、瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的過(guò)程，這就需要時(shí)刻控制電源的電壓，并且還要進(jìn)行精細(xì)化的控制，否則不僅無(wú)法安全啟動(dòng)電機(jī)，還可能由于電壓不穩(wěn)定而造成設(shè)備的損壞。人為控制不僅浪費(fèi)勞動(dòng)力，還會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)因控制不準(zhǔn)確而造成裝置的損壞現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)在怠速的時(shí)候，電壓會(huì)下降很多，這種突然的電壓下降，對(duì)變頻器等相對(duì)復(fù)雜的裝置會(huì)造成很大的傷害?？稍陔娫吹哪妇€上面連接出來(lái)兩條三相四線制電源線到兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)，一個(gè)控制開(kāi)關(guān)在平常時(shí)供電，當(dāng)電壓突然下降時(shí)就會(huì)斷開(kāi)來(lái)保護(hù)電路中的裝置，而另一個(gè)開(kāi)關(guān)就會(huì)閉合來(lái)供電使裝置繼續(xù)工作。這樣不僅可以在電壓不穩(wěn)定的情況下保護(hù)油田測(cè)井裝置的安全，還會(huì)使裝置不會(huì)因?yàn)殡妷翰环€(wěn)而停止工作。

在電壓降低時(shí)，為了配合主令斷路器可以準(zhǔn)確地?cái)嚅_(kāi)，需要在自控系統(tǒng)中安裝高電壓檢測(cè)裝置及高電流檢測(cè)裝置。如果因意外停機(jī)，電流就會(huì)瞬間增大，很容易燒壞裝置，安裝上此裝置后便會(huì)在電流增大的時(shí)候迅速地?cái)嚅_(kāi)電源，以此來(lái)保護(hù)裝置。有的裝置安裝了限流器，限制短時(shí)間內(nèi)電流迅速增大，其原理是將裝置連接一個(gè)比較大的電阻來(lái)減小電流。在一些特殊情況下，由于油井電機(jī)在非正常工作下可能會(huì)出現(xiàn)用電量過(guò)多的情況，在過(guò)壓保護(hù)器的限制下，不會(huì)對(duì)其他設(shè)備造成損壞。將這種原理應(yīng)用到油田測(cè)井裝置的供電過(guò)程中，在其他運(yùn)行設(shè)備上安裝一個(gè)穩(wěn)壓保護(hù)器，使之成為一個(gè)獨(dú)立的保護(hù)裝置，這樣既減少了裝置的重量，又可以達(dá)到油田測(cè)井裝置的供電要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著石油行業(yè)的不斷發(fā)展，在供電模式上不僅要選擇一種合適的供電方式，并且還要讓自控系統(tǒng)能夠?qū)嵤?duì)電流調(diào)節(jié)的功能。在油田安裝此裝置后，企業(yè)生產(chǎn)效率得到明顯的提高，為石油行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了廣闊的前景。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.7.048