用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法技术

本发明专利技术涉及一种用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法，该方法具体实施步骤如下：该方法中运用无线电能传输原理，设有充电系统包括：位于地面的供电电源、能量变换模块、电能发送器、电能接收器与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容。本发明专利技术不仅解决了有缆式智能配水分注工艺中电缆的存在大大增加成本的问题，也克服了无缆式工艺中电池电量不足的缺点，而且比现有机械传动控制阀门的方式更加简单，更容易操作，省时省力；超级电容的引入也使得该项技术能够适用于短时间的快速充电。本发明专利技术方法设计合理，结构简单，操作简便，性能稳定可靠；应用该方法可大大提高工作效率，应用效果非常显著，在油田的应用前景非常广阔。

Contactless Charging Method for Downhole Intelligent Water Distributor in Oilfield

The invention relates to a non-contact charging method for downhole intelligent water distributor in an oil field. The specific implementation steps of the method are as follows: the method uses the principle of radio energy transmission, and has a charging system consisting of a power supply located on the ground, an energy conversion module, an energy transmitter, an energy receiver and rectifier, a charging control circuit and a charging battery+supercapacitor. The invention not only solves the problem that the existence of cables in the cable-type intelligent water distribution injection process greatly increases the cost, but also overcomes the shortcomings of insufficient battery power in the cable-free process, and is simpler, easier to operate, time-saving and labor-saving than the existing mechanical drive control valve. The introduction of supercapacitor also makes the technology suitable for short-term fast charging. The method of the invention has reasonable design, simple structure, simple operation, stable and reliable performance; the application of the method can greatly improve the work efficiency, the application effect is remarkable, and the application prospect in the oilfield is very broad.

【技术实现步骤摘要】
用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法
本专利技术涉及一种用于油田井下智能配水器的充电方法,特别涉及一种用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法。
技术介绍
分层注水作为油田稳产增产的重要措施之一，在油田开发中的地位越来越重要。分层注水是指在注水井中下入封隔器，把非均质多油层分隔开，再用配水器进行分层配水，使高渗层注水量得到控制，中低渗透率油层注水得到加强，各类油层都能发挥作用。目前主要应用的有桥式偏心或同心分注工艺和智能配水分注工艺。其中桥式偏心或同心分注工艺在实施过程中，由于井脏等影响，测调遇阻情况较多，导致需要进行多次测调甚至重新作业。智能配水分注工艺利用井下智能配水器，与封隔器配合使用能按照设定的时间顺序自动打开或关闭油层，并能在地面遥控井下开关的状态，用较低的成本，就可实现油井的找水、堵水措施，达到分层开采、降水增油的目的。现有智能配水分注工艺包括两种形式，一种是有缆式，井下智能配水器通过电缆与井口连接，从地面可以随时传递信号控制井下配水器的各种操作，同时将井下数据传递到地面。这种方式可实现远程遥控，但由于增加了电缆，成本相对较高，而且电缆附着在油管外壁，下入过程中易发生卡断等问题，影响作业成功率，维修时也存在提升不出来的风险。另一种形式是无缆式，井下配水器预置电池，给配水器的电机供电，电机带动阀门来控制各油层的配水情况，借助压力波来进行信号传输。无缆式减少了电缆的设计，但由于电池长期处于工作在亏电状态下，电能损失严重，不能满足工期的要求。因此，提供一种设计合理、结构简单、性能安全可靠、使用方便、操作简单、成本低、工作效率高的用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法，是该领域技术人员应着手解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术上的不足，提供一种结构设计合理、性能安全可靠、使用方便、操作简单、成本低、工作效率高的用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法。为了实现上述目的本专利技术采用技术方案是：一种用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法，其特征在于该方法具体实施步骤如下：该方法运用无线电能传输原理，设有充电系统包括：位于地面的供电电源、能量变换模块、电能发送器、电能接收器与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容；所述能量变换模块与电能发送器是充电系统位于井下的部分；能量变换模块通过传输线，上与位于地面的直流电源相连，下与电能发送器相连；而电能接收器与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容相连，位于井下的装置中；充电时，将电能发送器下放到井下，充电完成后取回电能发送器；首先，在智能配水器里设有充电电池+超级电容；在井下智能配水器的管内沿内壁绕制一个螺旋线圈作为电能接收器，线圈的两端与整流电路连接，电池的正负极相连到充电控制电路；电能接收器进行密封后固定在配水器的管壁上；再绕制一个螺旋线圈，该线圈需能放入配水器中，并且能够自由穿过接收器线圈，用作电能发送器；用作电能接收器及电能发送器的两个线圈呈平行状态；电能发送器的线圈两端与能量变换模块相连，再利用长导线与地面的供电电源相连；电能发送器需与能量变换模块一起进行密封；工作时，打开供电电源，电能经过能量变换模块逆变成可无线充电用的高频交流电，若供电电源提供的是交流电，则需先将交流电进行整流变成直流电后再进行高频逆变；将电能发送器沿注水井管壁下放，同时地面实时监测电源侧的状态；所述电能发送器的线圈通过交流电时将产生一个交变的磁场，当电能发送器的线圈与电能接收器的线圈靠近时，电能接收器的线圈将进入这个交变的磁场中时，根据法拉第电磁感应定律将产生一个感应电流，这个感应电流可以通过整流和充电控制电路给充电电池+超级电容进行充电；当电源侧的电流达到最大时，说明电能接收器的线圈与电能发送器的线圈的位置接近重合，此时电能的传输效率达到最大；充电结束后取回电能发送器或继续下放对其余各层的充电电池+超级电容进行充电。所述超级电容是一种容量较大的电容器，充满电后可充当电池的作用，在这里是和充电电池配合来加快无线充电的速度，也可单独取代充电电池使用。为减少电能在传输过程中的损耗，该方法采用耦合谐振式的电能传输方法，在电能的发送侧和接收侧都串联电容器使两侧的回路均处于谐振状态，减少线圈上的电能损耗。所述配水器位于井下，长期处于油水混合物中，线圈在进行防水措施的同时依据线圈在水中的谐振频率与空气中的谐振频率有所差异，应以实际测量的结果为准。为保证电能传输效率的最佳，可在电能发送器处增设一通信设备，将电能接收器处的电能变化情况反馈给地面的工作人员，以便工作人员适当调整电能发送器的位置。采用充电电池+超级电容时，相应设有二极管作为超级电容至充电电池的单向电流控制器件；或单独采用充电电池，或超级电容。本专利技术的有益效果是：该智能配水器阀门控制方式，不仅解决了有缆式智能配水分注工艺中电缆的存在大大增加成本的问题，也克服了无缆式工艺中电池电量不足的缺点，而且比现下机械传动控制阀门的方式更加简单，更容易操作，省时省力；超级电容的引入也使得该项技术能够适用于短时间的快速充电。总之，本专利技术设计合理，结构简单，性能稳定可靠，应用简便；该方法可大大提高工作效率，本专利技术技术方案可在全国范围内的油田推广，完全替代当下普遍使用的机械传动的分层注水方式，应用效果非常显著，在油田的应用前景非常广阔。附图说明图1是本专利技术配水器非接触充电系统结构示意图；图2是本专利技术充电流程方框图；图3是本专利技术充电过程示意图；图4是本专利技术充电电池+超级电容与电路部分连接示意图；图中：1能量变换模块，2电能发送器，3电能接收器，4整流、充电控制电路及充电电池+超级电容。具体实施方式以下结合附图和较佳实施例，对依据本专利技术提供的具体实施方式、结构、特征详述如下：如图1-图4所示，一种用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法，该方法具体实施步骤如下：该方法运用无线电能传输原理，设有整个充电系统包括：位于地面的供电电源、能量变换模块1、电能发送器2、电能接收器3与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容4。所述能量变换模块1与电能发送器2是充电系统位于井下的部分；能量变换模块1可采用逆变电路通过传输线，上与位于地面的直流电源相连，下与电能发送器2相连；而电能接收器3与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容4相连，位于井下的装置中；充电时，将电能发送器2下放到井下，充电完成后取回电能发送器2。首先，在智能配水器里设有充电电池+超级电容；此部分设有二极管作为超级电容至电池的单向电流控制器件；在井下智能配水器的管内沿内壁绕制一个螺旋线圈作为电能接收器3，线圈的两端与整流电路连接，电池的正负极相连到充电控制电路；电能接收器3进行密封后固定在配水器的管壁上。再绕制一个螺旋线圈，该线圈需能放入配水器中，并且能够自由穿过接收器线圈，用作电能发送器2；用作电能接收器3及电能发送器2的两个线圈呈平行状态；电能发送器2的线圈两端与能量变换模块1相连，再利用长导线与地面的供电电源相连；电能发送器2需与能量变换模块1一起进行密封。如图2所示，本专利技术方法充电流程顺序如下；即直流电源，高频逆变，电能发送器的线圈，电能接收器的线圈，整流及充电控制，充电电池+超级电容。如图3所示，本专利技术通过电能发送器2与电能接收器3的线圈示出其充电过程。工作时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法，其特征在于该方法具体实施步骤如下：该方法运用无线电能传输原理，设有充电系统包括：位于地面的供电电源、能量变换模块、电能发送器、电能接收器与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容；所述能量变换模块与电能发送器是充电系统位于井下的部分；能量变换模块通过传输线，上与位于地面的直流电源相连，下与电能发送器相连；而电能接收器与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容相连，位于井下的装置中；充电时，将电能发送器下放到井下，充电完成后取回电能发送器；首先，在智能配水器里设有充电电池+超级电容；在井下智能配水器的管内沿内壁绕制一个螺旋线圈作为电能接收器，线圈的两端与整流电路连接，电池的正负极相连到充电控制电路；电能接收器进行密封后固定在配水器的管壁上；再绕制一个螺旋线圈，该线圈需能放入配水器中，并且能够自由穿过接收器线圈，用作电能发送器；用作电能接收器及电能发送器的两个线圈呈平行状态；电能发送器的线圈两端与能量变换模块相连，再利用长导线与地面的供电电源相连；电能发送器需与能量变换模块一起进行密封；工作时，打开供电电源，电能经过能量变换模块逆变成可无线充电用的高频交流电，若供电电源提供的是交流电，则需先将交流电进行整流变成直流电后再进行高频逆变；将电能发送器沿注水井管壁下放，同时地面实时监测电源侧的状态；所述电能发送器的线圈通过交流电时将产生一个交变的磁场，当电能发送器的线圈与电能接收器的线圈靠近时，电能接收器的线圈将进入这个交变的磁场中时，根据法拉第电磁感应定律将产生一个感应电流，这个感应电流可以通过整流和充电控制电路给充电电池+超级电容进行充电；当电源侧的电流达到最大时，说明电能接收器的线圈与电能发送器的线圈的位置接近重合，此时电能的传输效率达到最大；充电结束后取回电能发送器或继续下放对其余各层的充电电池+超级电容进行充电。...

【技术特征摘要】
1.一种用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法，其特征在于该方法具体实施步骤如下：该方法运用无线电能传输原理，设有充电系统包括：位于地面的供电电源、能量变换模块、电能发送器、电能接收器与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容；所述能量变换模块与电能发送器是充电系统位于井下的部分；能量变换模块通过传输线，上与位于地面的直流电源相连，下与电能发送器相连；而电能接收器与整流、充电控制电路及充电电池+超级电容相连，位于井下的装置中；充电时，将电能发送器下放到井下，充电完成后取回电能发送器；首先，在智能配水器里设有充电电池+超级电容；在井下智能配水器的管内沿内壁绕制一个螺旋线圈作为电能接收器，线圈的两端与整流电路连接，电池的正负极相连到充电控制电路；电能接收器进行密封后固定在配水器的管壁上；再绕制一个螺旋线圈，该线圈需能放入配水器中，并且能够自由穿过接收器线圈，用作电能发送器；用作电能接收器及电能发送器的两个线圈呈平行状态；电能发送器的线圈两端与能量变换模块相连，再利用长导线与地面的供电电源相连；电能发送器需与能量变换模块一起进行密封；工作时，打开供电电源，电能经过能量变换模块逆变成可无线充电用的高频交流电，若供电电源提供的是交流电，则需先将交流电进行整流变成直流电后再进行高频逆变；将电能发送器沿注水井管壁下放，同时地面实时监测电源侧的状态；所述电能发送器的线圈通过交流电时将产生一个交变的磁场，当电能发送器的线圈与电能接收器的线圈靠近时，电能接收器的线圈将进入这个交变的磁场中时，根据法拉第电磁感应定律将产生一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：程泽，程思璐，刘琦，吕月铭，张文，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12