无电缆井下供电技术研究及应用研究

王飞 杨巧云 马莹

摘 要：随着科技的不断创新和发展，油田开采大力引入新技术，井下开采工作作为其中的关键环节，整体得到了显著改善，适用井下工作的仪器和工具越来越多，加快了井下开采工作的效率，提升了油田开采量。但是，更多相关仪器和工具频繁使用过程中所消耗的电能较多，因此，井下供电系统的性能影响着井下工作的安全性、可靠性以及工作质量、工作效率。随着无电缆井下供电技术的日趋完善，井下作业逐步应用了无电缆供电技术，为油田开采发挥了更多作用。

关键词：无电缆；井下供电；技术研究

在我国传统的井下供电系统中，电能传输主要以电缆为媒介来实行井下供电，但是，电能传输过程较为复杂，容易受到地层干扰，采用电缆供电所需成本费用较高。随着科学技术的飞速发展，为了解决井下供电系统存在的问题，通过不断深入研究，无电缆井下供电技术应运而生。

1 无电缆井下供电技术的发展研究

社会经济飞速发展之下，我国对石油能源的需求量日益增加，石油开采工作越来越紧促。为了提高石油开采量，相关技术和仪器设备不断优化革新，随着计算机技术的发展，人们结合涡轮发电机的工作原理，在保证机械工作强度和安全可靠性的前提下，进行了叶片翼型改进，可以使其在空间较小的钻铤中顺利工作。在现代科技的深入发展过程中，为了更进一步提高工作效率，提升石油开采量，人们大力研究开发能够适用于深井工作、功率更大、更高精度的涡轮发电机。

在油田开发过程中，定向井工作十分关键，频繁打定向井促使随钻测量系统的需求量不断增长，导致钻井工艺影响了油田开发。目前随钻测量系统普遍采用电池组供电进行工作，耗电较快，电池组能量的大小决定了随钻测量系统在井下的工作时间。通过不断研究，利用井下流体发电技术，可以代替电池组为随钻测量系统工作提供充足电能，可以实现连续长时间工作。同时，井下流体发电技术具备更好的稳定性、可靠性、安全性，可以利用井下流体发电技术在油气开发过程中对系统进行动态监测。[1]

在导向钻井系统中，电能从根本上影响着井下测控系统能否连续长时间工作，电缆供电容易受地层影响且费用较高，人们逐步研究了一种由钻杆内的高压泥浆带动涡轮发电机来提供电能的方法，这种电能传输方法具备较多的优点，比如传输效率更高、成本更低、稳定性更好。

随着井下流体供电技术的开发和完善，逐渐在大多数测井系统井下供电中应用普及。井下流体发电机主要通过电动机提供电源，在这个过程里，流体发电机产生的交流电存在一些问题，比如频率不稳定、电压幅值波动等，还需要对其进行整流稳压从而提高井下仪器设备供电的稳定性。[2]

2 无电缆井下供电技术的设计应用

结合井下流体供电系统的理论研究，在井下流体供电系统中应用发电机包含较多方面，如井下供电系统、发电机旋转试验与流量实验、流体发电机整流稳压控制器的相关硬件电路设计和仿真等内容。

井下流體供电系统技术要求较为复杂，主要体现在以下六个方面：（1）研制整流稳压器过程中，必须准确测试重新绕制后发电机的性能，为针对发电机性能研制整流稳压控制器提供科学依据；（2）微型电动机负载着整流稳压控制器，这个过程需要48V的直流电；（3）必须具备欠压、过压、过流的保护功能，实现自动监测输出电压，当输出电压超过负载要求或无法满足负载要求时，整流稳压控制器能够自动断开电能输出；（4）保证整流稳压控制电路在输入电能时受到的阻抗与发电机的绕组特性达到良好匹配，为发电机正常工作提供基础保障，同时使发电机未受到损坏的情况下，达到最大的输出功率；（5）根据工作环境需要整流稳压控制器具备耐高温、抗振动的功能；（6）控制整流稳压控制器的体积使其能够安装在井下钻铤所允许的空间中。[3]

在井下流体供电系统中，主要包含了两项工作：其一是发电机性能测试，其二是相关控制器的研制。性能测试项目包括：引线端子，绕组相关参数，极对数等参数匹配关系。控制器研制时，需要确定整流稳压参数，选择控制方式，以及进行电路运行模拟，并画出电路结构框图，如图所示。

在设计导向钻井的井下供电系统中，需要透彻了解注水井管柱电能技术以及井下流体发电技术，并建立相关的井下供电系统模型。在完成导向钻井的井下供电系统设计后，还需要不断测试整体与局部的性能，对存在瑕疵的地方及时进行修改，以保证整个系统的稳定性、可靠性。

3 结束语

通过对无电缆井下供电技术进行不断的深入研究，并将这种方法实践应用到注水井和导向钻井等方面，使得井下供电系统的可靠性、安全性、连续性得到了大幅提高。随着无电缆井下供电技术的日趋成熟，工作效率显著提升，无电缆井下供电技术的应用范围越来越广，比如钻井液测漏仪、油气水三相测量系统等。总而言之，无电缆井下供电技术的合理应用有着非常广阔的前景。

参考文献

[1]潘海洋.无电缆井下供电技术研究及应用[D].西安：西安石油大学，2012.

[2]刘明东.煤矿井下分区供电关键技术研究及应用[J].山西煤炭，2013，33（7）：54-55，63.

[3]王旭波.煤矿井下供电监控系统的设计及应用[D].西安：西安科技大学，2013.