油田解蠟設備的製作方法

2023-05-16 04:01:16

本實用新型涉及石油生產設備領域，具體涉及油田裡石油流經的油井和油管解蠟設備。

背景技術：

石蠟或石蠟沉積物存在於各種級別的原油裡。在採油期間，含油混合物從井底採出，並隨著環境(壓力和溫度)而改變。當環境發生改變，這些成分也會隨著改變。石蠟一旦與油一起流出來，它們會作為一種單獨、半固態液相從油中被分離出來，變得無法流動，並在出油管線、管道上和其它所能夠接觸到的設備上形成沉積物。引起油井停機和維修的最常見原因是石蠟積聚，這是因為石蠟在原油中形成結晶沉積後覆蓋在管件、設備、管線以及油罐的罐壁和罐底。

為了防止結蠟，油田常用的清防蠟方法主要有機械清蠟、熱力清防蠟、表面能防蠟(內襯和塗料油管)、化學劑清防蠟、磁防蠟和微生物清防蠟方法等。其中熱力清防蠟方法與開採稠油和高凝油所用井筒加熱方法基本相同。值得注意的是清防蠟措施因各種清防蠟方法效果不佳,往往不是單一的，而是複合的,導致清防蠟難以操作和實施,並且成本較高。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型提供一種操作方便的油田解蠟設備，能應用於長距離輸油管的解堵，電能轉換效率高，且實施方便。

本實用新型採用如下技術方案，構造油田解蠟設備，包括輸入整流濾波模塊，逆變放大模塊，換能器，信號發生模塊和主控模塊；

輸入整流濾波模塊，將交流電變換成直流電後輸出給逆變放大模塊，其輸入端接三相四線或三相三線市電,其輸出端連接逆變放大模塊的輸入端；

逆變放大模塊，用於將直流電變換成高頻大電流的交流電以驅動換能器；

換能器，用於將高頻大電流交流電信號轉換成低頻大電流超聲波信號輸出給輸油管；

信號發生模塊，用於根據主控模塊的指令產生對應的波形並輸出給逆變放大模塊，控制逆變放大模塊的工作；

主控模塊，根據外部指令控制信號發生模塊的工作。

優選的，還包括設於逆變放大模塊和換能器之間的匹配模塊；匹配模塊，用於匹配逆變放大模塊和換能器的阻抗，其輸入端連接逆變放大模塊，其輸出端連接換能器。

優選的，還包括反饋模塊，用於檢測輸入給換能器的輸如波形，並將檢測波形輸出給主控模塊，其輸入端並接在匹配模塊輸出單的兩端，其輸出端與主控模塊連接；主控模塊如計算預設波形和反饋模塊輸入的波形不一致，將發出修正指令給信號發生模塊的輸出新的波形。

優選的，所述逆變放大模塊為全橋逆變電路，任一橋臂由兩個並聯的IGBT構成。

本實用新型還提供一種油田解蠟設備頻率控制方法，其包括在輸出功率未過載時勻速降低所述逆變放大模塊輸出電信號頻率直至輸出功率達到最大的步驟。

本實用新型的有益技術效果是：採用380V電源變換為大功率直流電源後供應給超低頻大功率激波發射器，由發射器的大功率磁控管陣列將電能轉換為1-5HZ的大功率電流超聲波，超聲波的傳輸距離可以達到3KM,徹底解決了電流發熱解堵傳輸距離近(一般只能達到300-400M)的問題。由於超聲波是物理機械波和電流的雙重作用，因此發熱效率高達90％。可以提高電源能量的利用率，使解堵時間由原來的幾十小時縮短到幾小時。採用此技術進行解堵只需要1到2人便可以操作，極大降低了工作量，所有解堵產生的氣液都在完全密封的管道內部，不會對環境造成任何汙染。

【附圖說明】

圖1實施例一中的油田解蠟設備的組成框圖；

圖2實施例一中的油田解蠟設備的第一部分電路圖；

圖3實施例一中的油田解蠟設備的第二部分電路圖；

圖4實施例一中的油田解蠟設備的第三部分電路圖；

圖5實施例一中的油田解蠟設備頻率控制方法流程圖。

【具體實施方式】

為了使本專利的技術方案和技術效果更加清楚，下面結合附圖和實施例對本專利的具體實施方式進行詳細描述。

實施例一：

如圖1，本實施例中的油田解蠟設備，輸入整流濾波模塊，逆變放大模塊，匹配模塊，換能器，反饋模塊，降壓整流模塊，採樣模塊，保護模塊，人機接口模塊，信號發生模塊，和主控模塊。

輸入整流濾波模塊，將交流電變換成直流電再濾除噪聲後輸出給逆變放大模塊，其輸入端接三相四線或三相三線市電,其輸出端連接逆變放大模塊的輸入端。電路圖見圖2，三相市電經兩個並聯的三相整流橋後，將交流市電變換成直流電，經高頻薄膜電容濾除高頻噪聲後輸出給逆變放大模塊。

逆變放大模塊，用於將直流電變換成高頻大電流的交流電以驅動換能器，其輸出端連接匹配模塊。電路圖見圖3，Q1-1，Q1-2，Q2-1，Q2-2，Q3-1，Q3-2，Q4-1，Q4-2為N型IGBT，型號均是FF2400R17KT4。Q1-1和Q1-2為第一組並聯的IGBT，Q2-1和Q2-2為第二組並聯的IGBT，Q3-1和Q3-2為第三組並聯的IGBT，Q4-1和Q4-2為第四組並聯的IGBT；IGBT並聯可以提高輸出功率。這四組IGBT構成全橋電路。其中第一組IGBT的源極連接第四組IGBT的漏極，構成上橋臂；第二組IGBT的源極連接第三組IGBT的漏極，構成下橋臂。第一組IGBT的漏極和第四組IGBT的源極並聯在輸入整流濾波模塊的輸出端，第二組IGBT的源極和第三組IGBT的漏極並聯在輸入整流濾波模塊的輸出端。這四組IGBT的柵極均串聯限流電阻後與信號發生模塊連接。為了得到更好的輸出波形，第二組IGBT的源極串聯諧波電容C3後,再與第四組IGBT的漏極並聯在線圈T1的初級端，諧波電容C3用來濾除輸出電信號中的諧波。

匹配模塊，用於匹配逆變放大模塊和換能器的阻抗，其輸出端連接換能器。如圖3，線圈T1用於匹配換能器的感性阻抗，電容C4用於匹配換能器的容性阻抗。

換能器，用於將高頻大電流交流電信號轉換成低頻大電流超聲波信號輸出給輸油管。本實施例中的換能器型號是15K5600W×10。

反饋模塊，用於檢測輸入給換能器的輸如波形，並將檢測波形輸出給主控模塊，以便主控模塊計算做出修正；其輸入端並接在匹配模塊輸出單的兩端，其輸出端與主控模塊連接。如圖3，型號為PIC18F4431的集成電路具有信號採集和反饋功能，將採集到的超聲波信號輸出給主控模塊計算比對；現有技術中常利用集成電路運放電路和A/D集成電路實現信號採集和反饋功能。線圈T2是一個匹配電感，用於匹配換能器的容性阻抗，使負載儘量呈電阻性

降壓整流模塊，用於將市電變換成其他模塊所需要的電源，其輸出端連接主控模塊，信號放生模塊，反饋模塊，人機接口模塊，保護模塊，採樣模塊的電源腳。電路原理如圖3，220V交流電經全橋整流後變換成低壓直流電VCC,VCC直流電再分別經穩壓模塊LM7805穩壓輸出5V直流電，5V直流電經穩壓模塊AMS1117-1.8穩壓輸出1.8V直流電，5V直流電經穩壓模塊AMS1117-3.3穩壓輸出3.3V直流電(經穩壓模塊穩壓輸出直流電的電路未畫出)。

採樣模塊，用於獲取換能器的工作溫度，電壓，電流等數據，其輸出端連接保護模塊。電路原理如圖4，傳感器RT1,RT2分別採集逆變放大模塊和換能器的的溫度後經MFA1076模數轉換後放大輸出給保護模塊；電壓採樣是在輸入整流濾波模塊的整流橋輸出端用電位器或者電阻分壓後輸出給保護模塊，電流採樣失在IGBT的C腳用電阻採樣後輸出給模數轉換模塊後處理成數位訊號。

保護模塊，根據採樣模塊的輸出數據，輸出控制信號給主控模塊，其輸出端連接主控模塊。如圖4，當光耦MCT61收到的電壓使得其輸入端的二極體導通後，光耦導通，輸出高電平給主控模塊，表示檢測到的溫度過高。

人機接口模塊，用於用戶輸入指令和顯示油田解蠟設備的工作狀態信息，其與主控模塊連接。人機接口模塊可採用按鍵加顯示屏，後者帶觸摸功能的顯示屏。

信號發生模塊，用於根據主控模塊的指令產生對應的波形並輸出給逆變放大模塊，控制逆變放大模塊中的IGBT的通斷。

主控模塊，根據人機接口模塊輸入的指令，反饋模塊和保護模塊輸入的數據，控制信號發生模塊的工作，同時在控制人機接口模塊上顯示油田解蠟設備的工作狀態。本實施例中的信號發生模塊和主控模塊合為一體，採用型號為LPC2214FBD114的集成電路。

本實施例中的油田解蠟設備工作原理如下：三相電經輸入整流濾波模塊將交流市電變換成直流電後輸出給逆變放大模塊，如逆變放大模塊和換能器的工作溫度正常，主控模塊控制信號放生模塊產生相應的PWM信號輸出給逆變放大模塊中的IGBT柵極，IGBT工作將直流電變換成低頻交流電輸出給匹配模塊，匹配模塊匹配好逆變放大模塊和換能器的阻抗後，將低頻交流電輸出給換能器，換能器被驅動產生超聲波，超聲波施加在輸油管上開始加熱解堵。由於超聲波是物理機械波和電流的雙重作用，因此發熱效率高達90％。可以提高電源能量的利用率，使解堵時間由原來的幾十小時縮短到幾小時。採用此技術進行解堵只需要1到2人便可以操作，極大降低了工作量，所有解堵產生的氣液都在完全密封的管道內部，不會對環境造成任何汙染。超聲波在管道上傳輸距離可以達到3KM,徹底解決了電流發熱解堵傳輸距離近(一般只能達到300-400M)的問題。同時反饋模塊將檢測到的換能器輸出的超聲波信輸出給主控模塊計算，比較換能器的超聲波信號和設定產生的超聲波信號，如有差異，主控模塊計算調整信號發生模塊的輸出。

如圖5，本實施例中的油田解蠟設備頻率控制方法，包括如下步驟：

S1:油田解蠟設備以20Hz的頻率輸出電流；

S2:油田解蠟設備判斷輸出功率是否過載，如過載到步驟S3，否則到步驟S4；

S3:油田解蠟設備停機且短路報警；

S4:油田解蠟設備的主控模塊控制信號發生模塊輸出波形頻率降低1Hz；

S5:油田解蠟設備判斷輸出功率是否最大，如是到步驟S6,如否到步驟S4；

S6:油田解蠟設備的主控模塊鎖定信號發生模塊輸出電信號的頻率，電壓和電流；

S7:油田解蠟設備判斷輸出電信號的電壓和電流是否正常，即在輸出範圍內；如是到步驟S6，如否到步驟S8；

S8:油田解蠟設備停止輸出，報警。

輸出電信號頻率以單位頻率下降,如本實施例的1Hz，不僅能調整到輸出功率最大，而且過渡平滑。

以上所述僅為本專利的優選實施例而已，並不用於限制本專利，對於本領域的技術人員來說，本專利可以有各種更改和變化。凡在本專利的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利的保護範圍之內。