测井地面仪器电源的改进与应用

王国兴 涂广军 刘红涛 朱东华 李 影 何海涛

(河南石油勘探局地球物理测井公司 河南南阳)

测井地面仪器电源的改进与应用

王国兴 涂广军 刘红涛 朱东华 李 影 何海涛

(河南石油勘探局地球物理测井公司 河南南阳)

文章简要介绍了测井电源的工作原理和使用情况,分析了测井地面仪器电源系统的工作原理,倡导使交、直流电作为测井电源,提出对地面仪器电源系统的改进,通过增加UPS电池容量和利用车载直流发电机,使用直流电为测井电源得到实施,获得良好的使用效果。

测井电源的工作原理;测井电源使用状况;地面仪器电源系统;改进;应用;获奖

0 引 言

保证任何情况下的正常供电,是测井施工的重要基础。为此,除交流电正常供电外,还需配备UPS供电系统。UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备,因储蓄电池的储能,决定持续供电时间的长短。虽说各测井仪器配置的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同,但其原理和主要功能基本相同。在UPS电源类型选择上各测井仪器都选择了在线式,这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换,自身供电时间的长短可选,并具有稳压、稳频、净化的特点。

1 UPS电源工作原理

UPS电源系统由4部分组成:整流、储能、变换和开关控制,如图1所示。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高频开关整流器,本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能,从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求),输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成,由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外,对整流器来说就象接了一只大容器电容器,其等效电容量的大小,与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰,起到了净化功能,也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成,频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护,设计了系统工作开关,主机自检故障后的自动旁路开关,检修旁路开关等开关控制。

图1 测井仪器电源示意图

2 UPS电源存在问题及改进方案[1、2]

SDZ-3000测井地面仪器使用220 V 50 Hz的交流电源。为了仪器的正常使用,对电源质量的要求比较严格,即电压:200 V～230 V,频率:48 Hz～52 Hz。根据我们在2005年,河南油田陕北测井分公司测井使用电源的调查:36%的钻井队发电机产生的电源不能达到标准,主要表现为频率较低;30.9%的工业电不能达到标准,主要表现为电压波动很大,15%的车载发电机产生的电源不能达到标准,主要表现为容易出现故障。单纯使用交流电做为测井电源,严重影响测井时效,甚至造成测井失败。测井地面仪器电源的改进与应用势在必行。

为此,我们对测井电源问题进行了细致的分析,对钻井队发电机产生的电源和工业电是测井队伍不能解决的客观因素和车载发电机受使用环境的影响,容易出现故障等问题,认为必须改进仪器电源系统,才可能较彻底的解决测井电源问题。

仪器电源系统示意如图2所示。外接电源通过隔离变压器与地面系统隔离,供出UPS电源,UPS电源将变流电逆变成直流电,一方面给电池组充电,一方面又逆变成质量较高的交流电供地面系统使用。当外接电源出现故障时,电池组能为系统继续供电5 min～20 min[1]。

图2 48 V电池UPS电源系统示意图

经过技术人员的研究分析,发现如果能增加直流供电模式,定会弥补交流电供电的不足。目前,UPS的电池组只能给仪器持续供电5 min～20 min,操作员只能利用如此短暂的时间作数据的保存和必要的程序处理。因为测井地面仪器使用的是在线UPS,就是说它的直流电逆变成交流电的功能可以长时间工作,如果充分增加电池容量,采用直流供电是完全可以实现的。于是我们将原48 V 1 500 W的UPS电池组更换为4块1 05 Ah的12 V电池。这样也只能供仪器测井2 h～3 h。

如果通过再增加电池来增加电容量,势必增加很大重量,而且,从理论上讲增加电容量也是有限的[2]。我们利用的绞车的直流发电机提供电量(如直流供电示意图设计),效果十分理想,供电能达到10 h以上,做电源能完成在陕北市场的常见的几种测井施工。

图3 直流电供电示意图

由于没有能选择到理想的智能转换开关,又能利用车上直流电系统,我们简化了电路,并通过实验定出了标准型电池箱(如UPS电池箱供电示意图设计)[3]。标准型也能为提供仪器测井十几小时,在220 V 50 Hz交流电电正常2小时(包括测井)时或者发动机工作不测井(包括车辆行驶)时,充电电池箱电池能恢复电池饱满时电容量的90%,对两台SKH2000仪器进行改进,达到理想的效果。2007年,这项技术攻关被为河南省质量管理三等奖。

3 UPS电源改进后实际应用效果分析

2008年河南油田西北分公司对地面测井总电源进行对比列表见表1。

表1 2008年河南油田西北分公司对地面测井总电源进行对比列表

4 结 论

通过技术改进并在河南油田测井公司广泛应用,解决了测井对井场交流电依赖,在水平井、大斜度井和复杂井增多时,对测井工作产生积极的促进作用。

[1] 中国电子科技集团第二十二研究所.SKD-3000数控测井仪硬件使用说明书.(资料)

[2] 康华光,陈大钦.电子技术基础模拟部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2000

[3] 中国电子科技集团第二十二研究所.SKD-3000数控测井仪电路图集.(资料)

P631.8+3

B

1004-9134(2010)06-0080-02

王国兴,男,1968年生,河南石油勘探局地球物理测井公司操作员,长期从事河南油田内外部测井工作,曾多次获得国家专利、省部级和局级等奖项。邮编:473132

2010-06-02编辑:梁保江)