油井套管脉冲电流阴极保护专用电源研究

发表时间:2021-05-30 22:25

油井套管是油井中用于固井和保护油管的重要设施,外加电流阴极保护技术是目前抑制套管外壁腐蚀的标准方法,其中恒电位仪是目前外加电流阴极保护系统的关键设备,但是传统的直流型恒电位仪普遍存在套管的保护深度不够等问题。实践证明,采用脉冲电流对油井套管进行阴极保护可有效延长其保护深度,使一些深井或超深井的套管得到有效的全线保护,但是由于目前国内外对油井套管脉冲电流阴极保护机理的认识还不够充分,因此一直限制了该技术的应用与推广,更是阻碍了油井套管脉冲电流阴极保护专用电源的研究与发展。  本文从油井套管脉冲电流阴极保护专用电源的技术要求出发,首先研究了脉冲电流阴极保护效果的影响参数及规律,并以此为依据制定了本次研究的电源的主要技术指标;随后确定了该电源的总体实现方案,研究了基于二次逆变体制的电源功率主电路结构拓扑,介绍了其工作原理,并在此基础上对主电路关键器件进行了选型研究及参数设计,同时对主电路进行了仿真研究;之后对电源的控制系统软硬件设计进行了详细分析与研究,设计了以新型双核单片机SH99F100为核心控制芯片,新型触控与显示一体屏为人机交互模块的电源控制系统硬件组成及其外围电路;软件设计中使用增量型数字PID控制算法以及基于三层自学习思想的闭环控制策略,对油井套管的保护电位进行闭环控制,此外还设计了基于GPRS无线数传技术的油井套管阴极保护远程监控系统的软硬件实现方案,完善了电源功能;最后基于以上分析设计,研制了一台110V/30A油井套管脉冲电流阴极保护专用电源样机,在对其进行组装、调试后,采用该电源样机进行了模拟油井套管脉冲电流阴极保护实验,并对电源的典型电流输出波形进行了测试分析,验证了该电源系统设计的合理性以及输出性能。通过对整机试运行,其结果表明该电源功率主电路和控制系统部分设计合理,电源整机体积小、重量轻,能够输出频率、幅值、基值、占空比均可宽范围独立调节的脉冲电流,且智能化程度高,能够满足设计时对电源整机提出的输出性能与技术指标要求。


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