CN109347213A - 用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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发明采用技术方案是：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。
本发明的有益效果是：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，本发明设计合理，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，本发明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是本发明配水器非接触充电系统结构示意图；
图2是本发明充电流程方框图；
图3是本发明充电过程示意图；
图4是本发明充电电池+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，对依据本发明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，本发明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，本发明通过电能发送器2与电能接收器3的线圈示出其充电过程。
工作时，打开供电电源，电流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。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；由于该技术方案中的用电器中加入了超级电容，使得该项技术也能适应短时间的快速充电要求。
充电结束后可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，也可以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；也可单独采用充电电池或超级电容。
本发明的工作原理：本发明方法针对现有有缆式和无缆式两种工艺各自的不足，提供了一种用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法，利用无线电能传输技术，将智能配水器中的电源组件换成充电电池+超级电容，同时安装无线充电的电能发送器和电能接收器。工作时，从地面向注水井中下放一个无线电能发送器，将地面上的直流或交流电源转换为可用于充电的高频交流电并发送能量，在智能配水器中由电能接收器的线圈接收高频交流电的能量，通过充电控制电路对充电电池+超级电容补充能量。同时通过地面上的监控模块可以对无线充电的电能发送器和电能接收器进行监视和控调；完成充电后智能配水器可恢复正常工作。
上述参照实施例对该用于油田井下智能配水器的非接触式充电方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的；因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (6)
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。
2.根据权利要求1所述的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。
3.根据权利要求1所述的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。
4.根据权利要求1所述的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。
5.根据权利要求1所述的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。
6.根据权利要求1所述的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。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190215 |