CN204874750U - 一种油水井套管防蚀仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于直流分流技术领域，具体提供了一种油水井套管防蚀仪，包括用于提供可选直流电压的可调脉宽调制直流供电系统，还包括高频脉宽调制直流分流装置，高频脉宽调制直流分流装置设有电压输入端以及控制输出端；高频脉宽调制直流分流装置的电压输入端连接可调脉宽调制直流供电系统的正极，其控制输出端连接被保护的油水井套管的一端，所述油水井套管的另一端和脉宽调制直流供电系统的负极相连，从而构成一个控制回路，通过调整高频脉宽调制直流分流装置分压值以实现改变保护回路中电流值的大小。本实用新型本身消耗能量小，运行效率高，无碳刷调压不冒火花安全，重量轻、不需要专门配电房，减少了初期投入费用，安装方法简单、性能可靠、安全节能。

Description

一种油水井套管防蚀仪

技术领域

本实用新型涉及直流分流技术领域，尤其涉及一种油水井套管防蚀仪。

背景技术

长庆油田每年新增套损井100多口，并且近年来还有加快的趋势。随着油田开发时间的延长,油水井套管的腐蚀也日益严重,使得套管壁减薄、穿孔，严重时油水井出现套管壁大面积腐蚀穿孔，采油注水井报废，使得油田注采失控，直接影响油田开发效果，严重影响了原油产量和经济效率的提高。油井套管腐蚀以外壁腐蚀为主,阴极保护是公认的控制外部腐蚀行之有效的技术。合理的阴极保护设计将有效地延长油水井套管的使用寿命。阴极保护是最为经济合理、十分有效的技术措施。

套管腐蚀产生的原因是实质是在钢铁表面产生原电池作用的电化学腐蚀，对于整个井身套管，由于地下各层水质矿化度、酸碱度、微生物等含量的不同，将形成不同的阴极区和阳极区。这样在套管表面的腐蚀将表现为因钢管表面不同而形成的无数微腐蚀电池和套管所处地层不同而形成的宏观腐蚀电池双重作用，套管壁表面铁原子失去电子成为铁离子而发生腐蚀。随着腐蚀电池的进行，套管壁逐渐减薄，甚至穿孔。

阴极保护是采用直流电源给被保护金属通以阴极极化电流，使金属表面阴极极化，当极化电位大于或等于腐蚀电池的开路电位时，金属腐蚀电池阴阳二极的电极电位相等或更负，被保护金属停止腐蚀。直流电源负极与各单井套管连接，直流电源正极与深井接地阳极连接，从而构成保护回路。

阴极保护最重要设备是阴极保护防蚀仪，长庆油田公司历年已建1200多个阴极保护单元，每个单元需要1台硅整流防蚀仪，设备重达600多公斤，硅整流防蚀仪运行效率低，采用传统的瓷盘电阻器进行直流分流本身发热严重浪费电能，调压冒火花不安全，8路输出电流相互牵制难以调整。因瓷盘电阻器长期发热烧坏、调压碳刷烧坏和进土等原因以及安装井场分布区域广，还没有专职人员巡查管理。每年有相当一部分防蚀仪损坏，需要大量维修费，再加上管理跟不上，结果造成阴极保护防蚀仪不能给油水井套管提供正常的阴极保护电流,油水井套管得不到保护将发生腐蚀；当阴极保护防蚀仪给套管提供的阴极保护电流过大时,油水井外防腐层会发生析氢剥离。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种油水井套管防蚀仪，用脉宽调制直流分流装置代替传统的瓷盘电阻器进行分流，以克服硅整流防蚀仪中瓷盘电阻器进行分流时，本身消耗大量能量，运行效率低，调压冒火花不安全，不防风防雨等实际问题，并提供一种不需要专门配电房的防蚀仪，重量轻、初期投资费用少、安装方法简单、性能可靠、运行效率高节能的油水井套管防蚀仪。

本实用新型的技术方案是：一种油水井套管防蚀仪，包括用于提供可选直流电压的可调脉宽调制直流供电系统，还包括用于代替传统的瓷盘电阻器分压的高频脉宽调制直流分流装置，所述高频脉宽调制直流分流装置设有电压输入端以及控制输出端；所述高频脉宽调制直流分流装置的电压输入端连接可调脉宽调制直流供电系统的正极，其控制输出端连接被保护的油水井套管的一端，所述油水井套管的另一端和脉宽调制直流供电系统的负极相连，构成控制回路，通过调整与高频脉宽调制直流分流装置电连接的外接电位器阻值，改变分压值以实现改变保护回路中电流值的大小。

上述高频脉宽调制直流分流装置包括用于产生PWM脉宽的单片机、给单片机供电的电源、功率场效应管、用于显示高频脉宽调制直流分流装置分压电压值、保护回路中电流值的触摸屏以及控制输出保护回路中电流值大小的外接电位器，所述单片机分别与电源、触摸屏、以及功率场效应管的栅极连接，所述功率场效应管漏极的控制输出端与被保护的油水井套管连接，功率场效应管源极的电压输入端连接可调脉宽调制直流供电系统的正极。

上述单片机的型号是Atmel公司AT89系列的AT89S53。

上述功率场效应管一共2组。

上述高频脉宽调制直流分流装置一共有8组。

上述可调脉宽调制直流供电系统的直流电压调节范围是：0～60V。

上述可调脉宽调制直流供电系统由川庆钻探钻采工程技术研究院生产并销售，其型号是YJBH-60。

上述电源的电压是5V。

本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型具备如下优点：由于采用高频脉宽调制直流分流装置代替瓷盘电阻器进行直流分流，克服了硅整流防蚀仪中瓷盘电阻器进行分流时，本身消耗大量能量，运行效率低，调压冒火花不安全，不防风防雨等实际问题。将原来室内600多公斤重需要专用设备搬运的防蚀仪，设计成一个120多公斤户外型，不需要专门配电房的防蚀仪，重量轻、初期投资费用少、安装方法简单、性能可靠、运行效率高节能、国内首创。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型结构原理图。

图2是本实用新型高频脉宽调制直流分流装置工作原理图。

附图标记说明：1、可调脉宽调制直流供电系统；2、高频脉宽调制直流分流装置；3、单片机；4、电源；5、功率场效应管；6、触摸屏；7、油水井套管；8、外接电位器。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的一种油水井套管防蚀仪，主要由柜体、空开、以及用于提供可选直流电压的可调脉宽调制直流供电系统1，脉宽调制供电直流系统输出可调电压0～60V，最大直流电流为60A，正极导线直径25mm²，总功率4KW。该可调脉宽调制直流供电系统1由川庆钻探钻采工程技术研究院生产并销售，其具体型号是YJBH-60；该防蚀仪还包括用于代替瓷盘电阻器分压的高频脉宽调制直流分流装置2，所述高频脉宽调制直流分流装置2设有电压输入端以及控制输出端；所述高频脉宽调制直流分流装置2的电压输入端连接深井接地阳极和可调脉宽调制直流供电系统1的正极，其控制输出端连接被保护的油水井套管7的一端，所述油水井套管7的另一端和脉宽调制直流供电系统1的负极相连，从而构成一个控制回路，通过该变外接电位器8可以调整高频脉宽调制直流分流装置2分压值以实现改变保护回路中电流值的大小。所述高频脉宽调制直流分流装置2一共有8组，通电可以对1～8个油水井套管7防蚀进行阴极保护，每个油水井需要供电电流一般为4A，根据现场实际使用要求供电电源正极必须用一根导线与深井接地阳极连接。为了防止电流因丛式井井下位置不同而造成电流分布不均衡、井间电位不平衡，用8个高频脉宽调制直流分流装置作为可调电阻负载进行分流。保证给保护的油水井单井套管的提供可变电流（油水井单井套管是纯电阻性负载1Ω～4Ω）。新保护的油水井一般先通5A电流，等电路打通后，改为4A电流进行长期通电进行保护。现场8个脉宽调制直流分流装置采用共阳极接线模式和深井接地阳极连接，每一保护回路利用功率效应管漏极端脉冲宽度调节控制负载电流变化来控制给油水井单井套管供电电流。脉宽调制直流分流装置分流方法由基于单片机的多路（确定在一块电路板上可以放置2个功率效应管并联使用增大功率），通过外接电位器来调制单片机发出的脉宽，改变功率效应管栅极导通角，改变保护电路中电流的大小值，电流大小调节的方式为PWM脉宽调节方式。

如图2所示，所述高频脉宽调制直流分流装置2包括用于产生PWM脉宽的单片机3、给单片机3供电的5V电源4、功率场效应管5、电流采样电压采样、用于显示高频脉宽调制直流分流装置2分压电压值、保护回路中电流值的触摸屏6以及控制输出保护回路中电流值大小的外接电位器8，所述单片机3分别与电源4、显示8路电压、电流控制输出大小的触摸屏6、以及功率场效应管5的栅极连接，所述功率场效应管5栅极与单片机3输出端连接，功率场效应管5漏极控制输出端与被保护的油水井套管7连接，功率场效应管5源极的电压输入端连接可调脉宽调制直流供电系统1的正极。控制单片机主要功能一是产生高频脉宽调制脉宽控制功率场效应管栅极电流驱动输出电流；二是将8路电压、电流送入触摸屏进行显示和控制。该单片机的型号是Atmel公司AT89系列的AT89S53（具有如下特点:40个引脚，12kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入/输出(I/O)口，6个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强）。功率场效应管5栅极一端和控制单片机3相连，源极一端和可调的脉宽调制直流供电系统1正极相连，控制输出1、2一端和保护油水井单井套管相连，保护油水井单井套管另一端和脉宽调制直流供电系统1负极相连，构成一个控制回路。通过外接电位器8调节，可以改变电流和电压采样信号，达到改变单片机3输出PWM脉宽。一个高频脉宽调制直流分流装置2设计采用两个功率场效应管5并联增大功率使用。由于场效应管是电压控制器件，调整功率场效应管极基漏电流导通角改变它通过V_GS(栅源电压)来控制I_D（漏极电流）。达到改变保护油水井中的电流大小目的。

高频脉宽调制直流分流装置主要技术参数

1、分压值：0～60V（芯片耐压和保护100V）；

2、连续工作电流10A时单路消耗功率，电流调节分辨率1%，精度2%，电压采集精度1%；

3、允许使用工作温度：-20—75℃单片机、驱动芯片等器件的选用技术指标-40—85℃；

4、工作效率：85%；

5、功率场效应管导通角：通过外接电位器来调节。

综上，该系统核心部分是单片机产生PWM脉宽来调节控制场效应管导通角，改变控制漏极电流的目的，达到保护的油水井套管需要的电流目的。本实用新型核心器件是MOSN沟道型的场效应管，场效应管工作原理，它是利用UGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。

场效应管是电压控制元件，作用场效应管可以用作可变电阻。场效应管特点：1、场效应管是由多子参与导电，因而场效应管的温度稳定性好、抗辐射能力强；2、场效应管制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽；3、场效应管导通电阻小，只有几百毫欧姆，做开关来用，他的效率是比较高的。本实用新型选用的场效应管是IRF3710。

本实用新型的工作原理如下：

防蚀仪中脉宽调制直流供电系统输出可调的0～60V直流电压，把高频脉宽调制直流分流装置当做电阻负载串入电路中，进行分流，给保护的油水井套管的提供可变电流（油水井套管是纯电阻性负载一般为1Ω～4Ω），新保护的油水井一般先通5A电流，等电路打通后，改为4A电流进行长期通电进行保护。例如当保护的油水井套电阻为2Ω，防蚀仪脉宽调制直流供电系统提供30V直流电压，给保护的油水井通4A电流时，高频脉宽调制直流分流装置通过外接电位器调整分压值为30V-4A×2Ω=22V，才能保证给保护的油水井通4A电流。例如当保护的油水井套电阻为4Ω，防蚀仪直流供电系统提供30V直流电压，给保护的油水井通4A电流时，高频脉宽调制直流分流装置通过外接电位器调整分压值为30V-5A×4Ω=10V，才能保证给保护的油水井通5A电流。

与现有技术相比，本实用新型具备如下优点：由于采用高频脉宽调制直流分流装置代替瓷盘电阻器进行直流分流，克服了硅整流防蚀仪中瓷盘电阻器进行分流时，本身消耗大量能量，运行效率低，调压冒火花不安全，不防风防雨等实际问题。将原来室内600多公斤重需要专用设备搬运的防蚀仪，设计成一个120多公斤户外型，不需要专门配电房的防蚀仪，重量轻、初期投资费用少、安装方法简单、性能可靠、运行效率高节能、国内首创。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种油水井套管防蚀仪，包括用于提供可选直流电压的可调脉宽调制直流供电系统（1），其特征在于：还包括用于代替传统的瓷盘电阻器分压的高频脉宽调制直流分流装置（2），所述高频脉宽调制直流分流装置（2）设有电压输入端以及控制输出端；所述高频脉宽调制直流分流装置（2）的电压输入端连接可调脉宽调制直流供电系统（1）的正极，其控制输出端连接被保护的油水井套管（7）的一端，所述油水井套管（7）的另一端和脉宽调制直流供电系统（1）的负极相连，构成控制回路，通过调整与高频脉宽调制直流分流装置（2）电连接的外接电位器（8）阻值，改变分压值以实现改变保护回路中电流值的大小。

2.如权利要求1所述的一种油水井套管防蚀仪，其特征在于：所述高频脉宽调制直流分流装置（2）包括用于产生PWM脉宽的单片机（3）、给单片机（3）供电的电源（4）、功率场效应管（5）、用于显示高频脉宽调制直流分流装置（2）分压电压值、保护回路中电流值的触摸屏（6）以及控制输出保护回路中电流值大小的外接电位器（8），所述单片机（3）分别与电源（4）、触摸屏（6）、以及功率场效应管（5）的栅极连接，所述功率场效应管（5）漏极的控制输出端与被保护的油水井套管连接，功率场效应管（5）源极的电压输入端连接可调脉宽调制直流供电系统（1）的正极。

3.如权利要求2所述的一种油水井套管防蚀仪，其特征在于：所述单片机的型号是Atmel公司AT89系列的AT89S53。

4.如权利要求2所述的一种油水井套管防蚀仪，其特征在于：所述功率场效应管（5）一共2组。

5.如权利要求1所述的一种油水井套管防蚀仪，其特征在于：所述高频脉宽调制直流分流装置（2）一共有8组。

6.如权利要求1所述的一种油水井套管防蚀仪，其特征在于：所述可调脉宽调制直流供电系统（1）的直流电压调节范围是：0～60V。

7.如权利要求1所述的一种油水井套管防蚀仪，其特征在于：所述可调脉宽调制直流供电系统（1）由川庆钻探钻采工程技术研究院生产并销售，其型号是YJBH-60。

8.如权利要求2所述的一种油水井套管防蚀仪，其特征在于：所述电源（4）的电压是5V。