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油井套管脉冲电流阴极保护专用电源控制系统研究

许庆  
【摘要】:随着油田开发时间的延长,油井套管的腐蚀也日益严重,直接影响着油田的进一步开采。有关调查表明,油井套管的腐蚀以外腐蚀为主,而阴极保护技术则是公认的控制外腐蚀行之有效的技术。目前,国内广泛使用直流型恒电位仪对油井套管实行外加电流阴极保护。多年的实践证明,该技术虽然是一种十分经济、有效防止油井套管腐蚀的方法,但同时该技术也存在一定的缺陷,就是对于深井套管无法达到实际需要的保护深度。相关研究表明,在油井套管阴极保护中,普通直流型阴极保护的保护深度只能达到1500米左右,而采用脉冲电流阴极保护技术则可以将保护深度延长至3000米以上。目前,该技术在国内还处于起步阶段,未见大规模应用。本文从油井套管脉冲电流阴极保护技术相关要求出发,对油井套管脉冲电流阴极保护专用电源控制系统进行研究。首先,确定了脉冲电源的总体设计方案;其次,设计了基于二次逆变的油井套管脉冲电流阴极保护专用电源主电路,并介绍其工作原理;最后,根据主电路构造相应的控制电路对其进行实时控制。控制系统采用多层自学习闭环控制策略,实现了油井套管阴极保护电位的自适应调节。本次控制系统设计以SH99F100芯片作为控制核心,采用高频开关技术、数字化技术和软开关技术,对油井套管脉冲电流阴极保护电源进行控制,同时设计了以GPRS无线通信技术为基础的远程监控系统,实现了对油井套管脉冲电流阴极保护的数字化、集中化管理。基于以上分析设计,本次成功研制出油井套管脉冲电流阴极保护专用电源样机,并进行油井套管脉冲电流阴极保护模拟实验,对电源控制系统的性能进行系统化测试。实验结果表明,应用此控制系统制作的脉冲电源可以生成频率、幅值、占空比均可独立调节的脉冲电流,使被保护金属结构物的保护电位处于最佳保护范围,并且可以实现电源的自动化、智能化运行,达到了预期的指标。


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