[发明专利]一种井下作业的电流型脉冲电源系统及控制方法

说明书

一种井下作业的电流型脉冲电源系统及控制方法，系统包含：整流装置、调压装置、升压装置、DSP电源控制器、高压电缆和储能放电装置。控制方法为：(1)根据岩层固有频率和应力特征，设定放电频率和电压等级，计算充电电流和控制参数；(2)DSP电源控制器根据控制参数，控制调压装置使高压电缆输出电流保持恒定，实现恒流充电；(3)井下储能电容线性达到设定电压，触发脉冲放电，进入下一周期充放电；(4)开关按照设定频率重复放电，使储层处于共振状态，促进裂缝发育实现增产。该系统控制结构安装在井上，维护方便，并且恒流充电提高了电压变化的线性度，降低了放电频率误差，脉冲放电对电流型控制系统影响较小，抗干扰能力强。

技术领域

本发明属于非常规页岩油气及脉冲功率领域，具体的涉及一种井下作业的电流型脉冲电源系统及控制方法。

背景技术

我国页岩油气的地质条件复杂、埋藏深度深、地层年代老、水资源匮乏，页岩油气开发中存在很多的问题。但我国的页岩油气资源十分丰富，页岩气储量达36.1万亿立方米，居世界第一位，页岩油可开采量达50亿吨，仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位。在相关部门和政府的大力推动下，随着技术的进步，中国页岩油气的发展前景十分广阔。

在非常规油气开发中，利用脉冲功率技术，采用与目标储层固有频率相同频率的高压强脉冲连续作用于目标储层，可以使目标储层进入共振状态，从而大幅提升储层孔隙度，促进储层裂缝发育，提高渗透率，达到页岩油气稳产、增产的目的。

国内外页岩油气井进行脉冲功率作业时常采用电压型脉冲电源系统，其控制结构布置在井下，作业过程中更换和维护困难，对储能电容充电过程中，电压型脉冲电源系统充电电流呈现非线性，充电时间控制困难，放电过程中易引起整体电路的电压跌落和震荡。本发明电流型脉冲电源系统控制结构设置在地面，维修和更换可不必将放电结构从井下取出，可提高作业效率，充电电流可调，充电时间线性可控，且容性负载瞬间短路对电流型控制电路影响较小，不会引起整体电路的电压跌落和震荡，抗干扰能力强。

在井下施工作业，要求设备具有极高的稳定性，方便维护和更换。本发明电流型脉冲电源可将相对较脆弱的控制电路安装在井上，避免了井下恶劣环境对控制电路的影响，元器件更换不需将井下设备取出，井上部分通过高压电缆直连井下的储能电容和放电电极相连，这样井下部分本身结构简单不易损坏，设备整体稳定性提高，极大提高作业效率。

脉冲功率技术在非常规油气开发中，需要放电脉冲以设定频率作用在目标储层，引起储层共振，对电极放电时间间隔要求极高。本发明电流型脉冲电源可精确控制输出电流，由于充电电流与储能电容电压呈现线性关系，输出电流采用可调设计，可使电极放电时间间隔精确可控，达到放电脉冲以设定频率作业的效果。

不同油气井，施工深度和强度往往不同，要求脉冲电源系统能够适应容性负载瞬间短路的剧烈变化，且有很强的抗干扰能力。本发明电流型脉冲电源，输出电流不会因高压电缆长度产生变化，井下脉冲放电过程中，储能电容电压骤降对电流型控制电路影响较小，不会引起整体电路的电压跌落和震荡，适用于各种非常规油气井深度。

本发明涉及一种井下作业的电流型脉冲电源系统和控制方法，控制结构安装在井上，更换元器件不需将设备从井下取出，维护方便；可精确控制输出电流，使电极放电时间间隔线性可控，提高放电频率的精度；放电过程中负载瞬间短路，对电流型控制电路影响较小，不会引起整体电路的电压跌落和震荡，抗干扰能力强。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种井下作业的电流型脉冲电源系统及控制方法，其系统控制结构可安装在井上，维护方便，输出电流精确可调，使电极放电时间间隔线性可控，且能防止脉冲放电引起的系统不稳定问题，可适应不同的深度的油气井，抗干扰能力强。

本公开的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种井下作业的电流型脉冲电源系统及控制方法，系统组成包括：整流装置、调压装置、升压装置、高压电缆、储能放电装置和DSP电源控制器，