一种高效超声波油层处理系统技术方案

本发明专利技术涉及石油开采技术领域中的一种高效超声波油层处理系统，包括地面系统、专用线缆和井下系统，地面系统包括通过转换开关交替切换连接的直流转换柜和磁定位控制器，所述转换开关的另一端依次连接有滑环和电缆盘，电缆盘上绕装有专用线缆，专用线缆输送至井下与井下系统连接，所述井下系统依次包括马龙头、磁定位器、井下功率逆变系统和换能器；直流转换柜将交流电转换为高压直流电经专用线缆传输至井下的功率逆变系统；功率逆变系统将高压直流电转换为高频交流脉冲电供给井下的换能器，所述换能器通过电声转换产生大功率超声波用于油层解堵。本发明专利技术的系统采用直流传输动力电源，降低无功损耗，提高系统效率，进一步提高超声波解堵处理油层的能力。

An efficient ultrasonic reservoir processing system

【技术实现步骤摘要】
一种高效超声波油层处理系统
本专利技术涉及石油开采
的井下超声波解堵施工作业，具体涉及一种高效超声波油层处理系统。
技术介绍
油田开发的中后期阶段，近井地带污染已成为一个普遍的问题。超声波解堵技术作为一项低成本的物理增产技术，措施有效率高，工艺简单，施工周期短，成本低，见效快，增产效果明显，不会使油层产生二次污染等特点，很好的弥补了压裂、酸化等措施的不足。超声波解堵增油技术的原理是利用超声波电源产生频率为20kHZ～30kHZ的脉冲调制正弦波高压信号，通过电缆绞盘、电缆传到井下超声波换能器上，换能器在油井中对准油层连续发射超声波，利用超声波的机械、空化、热、声流等效应，解除地层污染和堵塞，使堵塞物疏松脱落，疏通油流通道，提高近井地层的渗透率，达到增产原油、减少含水，提高原油采收率的目的。现有的超声波增油技术设备主要包括地面超声波控制功率源、特种传输电缆和井下换能器。地面超声波控制装置由电力变压器通过动力电缆供电，输出脉冲频率信号，由特制的超声波铠装电缆经过电缆绞盘，连接到井下超声波换能器。例如，现有技术中技术专利专利号为ZL201410202499的《一种油田增油装置》和专利号为ZL2017206677452技术专利《一种大功率超声波油层处理系统》。现有技术存在问题：1）地面超声波电源是交-直-交系统，为了满足换能器需求，输出交流电压必须升压处理，高频变压器技术复杂，成本高；2）特种传输电缆传输高频信号，线损比较高，传输效率低，限制了输入到换能器功率，影响转换效率；3）由于交流高频长距离传输线损问题，限制了井下作业深度；4）由于电缆电抗影响，换能器谐振匹配难度较大，井下需要配备专用匹配器；5）高频交流电源输出传输距离长，控制保护电路设计难度大，而且检测信号存在一定的偏差；6）井下配备二级超声波振动器，设备成本高，施工工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中向井下传输高频交流电时存在线损高，线路成本高，技术难度大的问题，提供一种向井下高频交流传输改为高压直流传输的高效超声波油层处理系统，实现直流传输动力电源至井下，降低无功损耗，提高系统效率，进一步提高超声波处理油层能力。本专利技术的目的是这样实现的，一种高效超声波油层处理系统，包括地面系统、专用线缆和井下系统，所述地面系统包括通过转换开关交替切换连接的直流转换柜和磁定位控制器，所述转换开关的另一端依次连接有滑环和电缆盘，所述电缆盘上绕装有专用线缆，所述专用线缆输送至井下与井下系统连接，所述井下系统依次包括马龙头、磁定位器、井下功率逆变系统和换能器；所述直流转换柜将交流电转换为高压直流电经专用线缆传输至井下的功率逆变系统；所述功率逆变系统将高压直流电转换为高频交流脉冲电供给井下的换能器，所述换能器通过电声转换产生大功率超声波用于油层解堵。本专利技术的高效超声波油层处理系统，改变以往的交流传输设计，利用直流输电的特点，地面系统将交流电转换为需要的高压直流电，通过专用线缆，把直流电低损耗传输到井下，在井下实现逆变功能。井下功率逆变系统可输出17kHZ～30kHZ高压脉冲交流电提供给井下换能器，不需要使用升压变压器，这样既提高换能器输入功率，同时又方便换能器谐振匹配，提高换能器电声转换效率；利用通讯系统实时控制传输检测信号，提高系统运行质量；并且本专利技术的整体系统，外部结构简单，方便现场施工操作。为便于在井上将交流电转换为高压直流电，所述直流转换柜包括地面主控电路、直流转换电源、地面通讯电路、触摸显示屏和依次连接的总控开关、软启动电路、升压变压器、整流滤波电路，所述整流滤波电路输出的高压直流电经滑环与电缆盘连接至专用线缆输送至井下系统，所述直流转换电源用于将交流电转换为低压直流电分别供给触摸显示屏、地面主控电路和地面通讯电路，所述地面主控电路用于直流转换柜数据处理和检测并与地面通讯电路、触摸显示屏数据交换。本专利技术自输入电源经过升压变压器升压，再经过整流滤波电路整流滤波，生成需要的直流电输出，由超声波特种电缆传输到井下功率逆变系统。为保护输入电路，减小系统起停电流，设计软启动电路，为便于操作,所述软启动电路上设有用于启停的启动开关和停止开关。为便于井上控制井下系统的启停，所述直流转换柜上还设有用于控制井下系统启停的启停按扭。为便于电力和信号的传输，所述专用电缆包括用于传输高压直流电的电力输送线缆和四路用于井上和井下数据传输的通讯电缆。为便于井下电路设计，所述井下功率逆变系统包括软启开关电路、功率逆变电路、单片机控制电路、CPLD预置电路、PWM电路、驱动保护电路、检测电路、频率跟踪电路、井下通讯电路和直流转换电路。本专利技术的井下功率逆变系统，从交流逆变系统到换能器没有长距离的传输电缆，减少了系统无功损耗，降低了系统故障率，简化了内部控制保护电路设计。为便于高压直流电到高频交流脉冲电的逆变转换，所述直接转换电路用于供给井下各控制电路的低压直流电；所述功率逆变电路包括桥接连接的第一IGBT管、第二IGBT管、第三IGBT管和第四IGBT管；所述单片机控制电路用于存储并程序控制井下功率逆变电路工作；CPLD预置电路用于预置并执行自检指令，并按照单片机控制电路的程序指令，输送脉冲驱动信号；PWM电路用于脉宽调制；驱动保护电路用于功率逆变电路的高压、低压、温度及电流的自检保护，包括HML集成块、隔离光栅U5、非门U4和与非门U5；所述频率跟踪电路包括锁相环电路U8，运算放大器U7-1和运算放大器U7-2和分压电路；所述锁相环电路U8的输出信号与单片机控制电路信号连接；所述检测电路用于检测井下系统起动时的状态及运行状态，并通过井下通讯电路与地面通讯电路进行信号传输，并在触摸显示屏17显示输出状态；所述井下通讯电路与地面通讯电路信号连接，并通过触摸显示屏显示工作状态。进一步的，所述直流转换电路输出的直流电压分别为24V、12V、5V、3V。进一步的，所述触摸显示屏包括左侧的触摸起停按钮、功率显示及调节按钮、频率显示及调节按钮、占空比显示及调节按扭和右侧的管理控制显示区，故障显示区、输入状态显示区、直流状态显示区、输出状态显示区。附图说明图1为本专利技术的高效超声波油层处理系统的安装布置示意图。图2为本专利技术的高效超声波油层处理系统的原理图。图3为井下系统的控制电路原理图。图4为触摸显示屏的屏幕布置图。图5为本专利技术的高效超声波油层处理系统的工作流程图。其中，1直流控制柜；2磁定位控制器；3转换开关；4滑环；5电缆盘；、6专用电缆、7封井器、8套管、9马笼头、10磁定位器、11功率逆变系统、12换能器、13总控开关、14升压变压器、15整流滤波电路、16软启动电路、16A启动开关、16B停止开关、17触摸显示屏、18直流转换电源、19地面主控电路、20启停按钮、21地面通讯电路、22井下通讯电路、23功率逆变电路、24PWM电路、25CPLD预置电路、26检测电路、27直流转换电路、28频率跟踪电路、29驱动保护电路、30单片机控制电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效超声波油层处理系统，包括地面系统、专用线缆和井下系统，其特征在于，所述地面系统包括通过转换开关交替切换连接的直流转换柜和磁定位控制器，所述转换开关的另一端依次连接有滑环和电缆盘，所述电缆盘上绕装有专用线缆，所述专用线缆输送至井下与井下系统连接，所述井下系统依次包括马龙头、磁定位器、井下功率逆变系统和换能器；所述直流转换柜将交流电转换为高压直流电经专用线缆传输至井下的功率逆变系统；所述功率逆变系统将高压直流电转换为高频交流脉冲电供给井下的换能器，所述换能器通过电声转换产生大功率超声波用于油层解堵。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效超声波油层处理系统，包括地面系统、专用线缆和井下系统，其特征在于，所述地面系统包括通过转换开关交替切换连接的直流转换柜和磁定位控制器，所述转换开关的另一端依次连接有滑环和电缆盘，所述电缆盘上绕装有专用线缆，所述专用线缆输送至井下与井下系统连接，所述井下系统依次包括马龙头、磁定位器、井下功率逆变系统和换能器；所述直流转换柜将交流电转换为高压直流电经专用线缆传输至井下的功率逆变系统；所述功率逆变系统将高压直流电转换为高频交流脉冲电供给井下的换能器，所述换能器通过电声转换产生大功率超声波用于油层解堵。


2.根据权利要求1所述的高效超声波油层处理系统，其特征在于，所述直流转换柜包括地面主控电路、直流转换电源、地面通讯电路、触摸显示屏和依次连接的总控开关、软启动电路、升压变压器、整流滤波电路，所述整流滤波电路输出的高压直流电经滑环与电缆盘连接至专用线缆输送至井下系统，所述直流转换电源用于将交流电转换为低压直流电分别供给触摸显示屏、地面主控电路和地面通讯电路，所述地面主控电路用于直流转换柜数据处理和检测并与地面通讯电路、触摸显示屏数据交换。


3.根据权利要求1所述的高效超声波油层处理系统，其特征在于，所述软启动电路上设有用于启停的启动开关和停止开关。


4.根据权利要求1所述的高效超声波油层处理系统，其特征在于，所述直流转换柜上还设有用于控制井下系统启停的启停按扭。


5.根据权利要求1所述的高效超声波油层处理系统，其特征在于，所述专用电缆包括用于传输高压直流电的电力输送线缆和四路用于井上和井下数据传输的通讯电缆。


6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亚俊，李汉周，段志刚，叶红，陈碧波，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32