[发明专利]一种用于油气田井下无电缆交直流电力输送方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力输送方法与设备技术领域，具体涉及一种用于油气田井下无电缆交直流电力输送方法与装置。

背景技术

当前在石油、页岩气及煤层气注水和采油采气井中，电力驱动工具如电动机、电磁阀、电磁铁等一系列电磁部件的使用越来越多，这些电力驱动工具的供电多采用电池供电或电缆供电。如使用电缆为井下电力驱动工具供电，那么电缆就必须随油管一同下入井筒，将电缆敷设在油管和套管之间，在电缆敷设作业时随油管下放的电缆可能与套管产生摩擦而导致电缆破损，尤其电缆在井斜角较大的斜井中敷设时，以及电缆在通过大位移井的位移井段、水平井的曲率半径段和水平段时，电缆因摩擦破损和被卡断的风险更大。所以，为井下电力驱动工具敷设供电电缆的方法不仅作业成本高、作业效率和成功率却很低。

如果井下电力驱动工具采用电池供电，由于受井下环境的限制井下工具的空间有限，电池的尺寸和数量必须严格地控制，因此电池供电的功率也就数十瓦，且使用的周期寿命也很短，例如，当前井下工具中普遍使用电池大多为双C型或双D型高温锂电池，其中尺寸及储电量较大的双C型电池它的最大工作时长不超过30AH（安·时），持续供出的最大电流不超过1A（安培），若井下电力驱动工具需要1 A（安培）电流，那么电池持续供电时间仅能维持30小时，因此，井下电力驱动工具的安装数量、功率及电力驱动工具功能和性能都受到极大的限制。如果电池电量用完时，必须从井中抽出油管这样才能起出井下工具进行电池的更换。

可见从现有的技术现状看，如要满足井下电力驱动工具电力供给选用电缆由地面向井下输送，既可以输送较大的电功率也可以持续的供电，但是会带来很高的作业成本高和较高的作业风险。如果采用电池供电，虽然入井、出井作业过程简单，但因电池的输出功率和供电时长有限，也极大地限制和降低了井下电力驱动工具功能与性能。所以，井下电力的供给也成为制约电力驱动工具开发的瓶颈。

而目前还没有在无电缆情况下将地面电力实时传输到井下的相关技术。

发明内容

为解决井下电缆供电和电池供电所存在的问题，本发明提供一种用于油气田井下无电缆交直流电力输送方法与装置。所述方法与装置利用井内已有管柱作为电力输送载体，向井下分时输送直流电压、交流电压或同时输送交、直流调制混合电压，以使得井下交、直流设备或执行部件分时或同时工作。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种用于油气田井下无电缆交直流电力输送方法，利用注水和采油采气井已有的设施，如油管和井筒套管，建立向井下传输大功率电力的电力传输通道，基于所述的电力传输通道，通过位于地面的电力下传设备和位于井下的井下电力接收器电路，实现由地面向井下输送大功率的直流、交流或交直流混合调制电力，以驱动井下电力设备或执行机构运转。

一种用于油气田井下无电缆交直流电力输送装置，由九个部分组成，包括电力下传设备、井口密封盖板、绝缘隔离套、井筒套管、油管、下隔离连接器、电力馈电短路短节、井下电力接收器电路和电路密封舱体。所述电力下传设备与所述井口密封盖板和井筒套管相连接，所述绝缘隔离套将所述井口密封盖板、油管和井筒套管在井口处绝缘隔离开来，所述下隔离连接器在油管的尾部将油管与电路密封舱体绝缘隔离开来，所述电力馈电短路短节实现井筒套管与电路密封舱体之间的电连接，所述井下电力接收器电路位于所述电路密封舱体内部，并通过导线与电路密封舱体相连接，所述井筒套管在所述油管的外围，两者之间通过油管防贴靠扶正器隔开。

所述的电力下传设备由变压器、+5V稳压电源、控制器、直流控制电源、交流控制电源、交流旁路电容和交直流电压调制器组成。所述变压器的一端连接外部工频电源，另一端分别与所述的+5V稳压电源、直流控制电源和交流控制电源相连接；所述的+5V稳压电源的一端与所述变压器相连接，另一端与所述的控制器相连接；所述的控制器的一端与所述的+5V稳压电源相连接，另一端分别与所述的直流控制电源和交流控制电源相连接；所述的直流控制电源的一端分别与所述的控制器和变压器相连接，另一端分别与所述的交直流电压调制器和地线相连接，所述的交直流电压调制器和地线之间通过交流旁路电容相连接；所述的交流控制电源的一端分别与所述的控制器和变压器相连接，另一端与所述的交直流电压调制器相连接；所述的交直流电压调制器的一端分别与所述的直流控制电源和交流控制电源相连接，另一端与输出电压端相连接。

所述井口密封盖板上有一井口接地销，用于连接所述电力下传设备的输出地线。

所述井筒套管的上端有一地面电力线套管连接销，用以连接所述电力下传设备的输出电压端输出线。