油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀的製作方法
2023-05-11 23:22:06 1
油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀，包括監控儀表、脈寬調製開關直流電源和RTU模塊三部分，其中：所述脈寬調製開關直流電源，用於輸出連續調控直流電壓；所述監控儀表，用於就地顯示直流電壓和電流，並通過標準RS485接口將採集的電壓、電流和啟停信號數據上傳至RTU模塊；所述RTU模塊，用於將接收到的電壓、電流和啟停信號數據通過無線方式傳輸到監控站內，實現遠程監控。本實用新型結構新穎，並實現了遠程監控，做到真正的無人值守，保證了陰極保護系統控制參數的真實性，打雷閃電時不燒毀極保護系統；不需要瓷盤電阻器進行分流，運行效率高；不需要專門配電房，減少了初期投入費用；達到了油水井套管不被腐蝕而長期安全高效運行的目標。
【專利說明】油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及小型戶外型遠程監控設備，尤其涉及一種油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀。
【背景技術】
[0002]隨著油田開發時間的延長，油水井套管的腐蝕也日益嚴重，使得套管壁減薄、穿孔，嚴重時油水井出現套管壁大面積腐蝕穿孔，採油注水井報廢，使得油田注採失控，直接影響油田開發效果，嚴重影響了原油產量和經濟效率的提高。油井套管腐蝕以外壁腐蝕為主，陰極保護是公認的控制外部腐蝕行之有效的技術。合理的陰極保護設計將有效地延長油井套管的使用壽命。陰極保護是最為經濟合理、十分有效的技術措施。陰極保護是一項安全成熟的防腐技術，它具有保護能力強、施工簡便且投資較少，且保護效果好的特點。
[0003]套管腐蝕產生的原因是實質是在鋼鐵表面產生原電池作用的電化學腐蝕，鋼鐵表面各部分其電位是不完全相同的，電位較高的部分形成陰極區，發生的是陰極反應；電位較低的部分形成陽極區，發生的是陽極反應。陽極區發生金屬電離後產生的電子轉移到陰極區發生陰極反應，離子在電解質溶液中的流動構成了局部腐蝕電池。對於整個井身套管，由於地下各層水質礦化度、酸鹼度、微生物等含量的不同，將形成不同的陰極區和陽極區。這樣在套管表面的腐蝕將表現為因鋼管表面不同而形成的無數微腐蝕電池和套管所處地層不同而形成的宏觀腐蝕電池雙重作用，套管壁表面鐵原子失去電子成為鐵離子而發生腐蝕。隨著腐蝕電池的進行，套管壁逐漸減薄，甚至穿孔。長慶油田公司每年新增套損井1000多口，並且近年來還有加快的趨勢。
[0004]陰極保護是採用直流電源給被保護金屬通以陰極極化電流，使金屬表面陰極極化，當極化電位大於或等於腐蝕電池的開路電位時，金屬腐蝕電池陰陽二極的電極電位相等或更負，被保護金屬停止腐蝕。
[0005]為適應油田外部惡劣環境，增加運行可靠性並降低成本，叢式井組陰極保護工藝採取以井組為單元，以套管為重點建立陰極保護系統。叢式井組陰極保護實現這一原理的過程是，直流電源負極與各單井套管連接，直流電源正極與深井接地陽極連接，從而構成保護迴路。
[0006]陰極保護最重要設備是陰極保護防蝕儀，長慶油田公司歷年已建一千二百多個陰極保護單元，每個單元需要I臺配電櫃、I臺矽整流防蝕儀、I臺直流分配櫃，三個櫃體，佔地面積大，設備重達600多公斤，需建專門的配電房，搬運費力。矽整流防蝕儀運行效率低，採用瓷盤電阻器進行分流浪費電能嚴重，用調壓器調電壓冒火花不安全，分流櫃電流相互牽制難以調整需要的電流。安裝井場分布區域廣，山高路遠，還沒有專職人員巡查管理。因各種原因，每年有相當一部分防蝕儀損壞，需要大量維修費。特別是雷雨天，不及時關閉，會造成陰極保護防蝕儀雷擊破壞，如果管理跟不上，管理人員長期不知道，結果造成陰極保護防蝕儀不能給油水井套管提供陰極保護電流，套管得不到保護將發生腐蝕；當陰極保護防蝕儀給套管提供的陰極保護電流過大時，油水井外防腐層會發生析氫剝離，同時還不能滿足現階段長慶油田數位化建設發展的要求。
【發明內容】
[0007]本實用新型旨在針對上述現有技術所存在的缺陷和不足，提供一種油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀，本實用新型結構新穎，並實現了遠程監控，做到真正的無人值守，保證了陰極保護系統控制參數的真實性，打雷閃電時不燒毀極保護系統；不需要瓷盤電阻器進行分流，運行效率高；不需要專門配電房，減少了初期投入費用；達到了油水井套管不被腐蝕而長期安全高效運行的目標。
[0008]本實用新型是通過採用下述技術方案實現的:
[0009]一種油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀，其特徵在於:包括監控儀表、脈寬調製開關直流電源和RTU模塊三部分，其中:
[0010]所述脈寬調製開關直流電源，用於輸出連續調控直流電壓；
[0011]所述監控儀表，用於就地顯示直流電壓和電流，並通過標準RS485接口將採集的電壓、電流和啟停信號數據上傳至RTU模塊；
[0012]所述RTU模塊，用於將接收到的電壓、電流和啟停信號數據通過無線方式傳輸到監控站內，實現遠程監控。
[0013]所述脈寬調製開關直流電源包括八個開關電源，八個開關電源正極公陽連接在一起，用一根導線與陽極井連接；在八個開關電源的正極端或負極端安裝有整流二極體，在開關電源外接可調電阻器；電壓表分別測量開關電源輸出的直流電壓，採用分流器配合電流表用來測各支路電流。
[0014]使用的整流二極體型號選為10A10:額定電壓為1000V，電流為10A，四隻10A10整
流二極體四隻並在一起。
[0015]所述監控儀表包括電壓監控儀和電流監控儀。
[0016]RTU模塊英文全稱Remote Terminal Unit,中文全稱為遠程終端控制系統。RUT具有的特點是:1:通訊距離較長2:用於各種惡劣的工業現場2:模塊結構化設計，便於擴展。4:在具有遙信、遙測、遙控領域的水利，電力調度，市政調度等行業廣泛使用。RTU產品目前與無線設備，工業TCP/IP產品結合使用，正在發揮越來越大的作用。
[0017]工作原理如下:
[0018]本申請用工業級微電腦及電氣元件組成的檢測控制單元對脈寬調製直流電源模塊進行脈寬調製，輸出連續調控的直流電壓，用特製的電壓電流監控組合表就地顯示出控制直流電壓和電流，並通過標準RS485接口將採集數據上傳RTU模塊，RTU模塊再將上傳數據和啟停信號通過無線方式傳輸到井場數位化建設好的網絡交換機位置，網絡交換機位置增加I套無線接收裝置，數據通過RJ45接口傳輸到交換機，然後通過已有網絡傳輸回站內，實現遠程監控。
[0019]與現有技術相比，本實用新型所達到的有益效果如下:
[0020]1、由於採用直流開關電源模塊供電，調壓採用脈寬調製並採用公陽極接線運行，克服了矽整流防蝕儀運行效率低，浪費電能嚴重，用調壓器調電壓冒火花不安全，分配櫃電流相互牽制幹擾難調實際問題，提高了運行率並且節能；將原來三個室內600多公斤重需要專用設備搬運的櫃體，改成一個120多公斤戶外型櫃體，不需要專門配電房櫃體，重量輕，佔地面積小。目標達到初期投入少，安裝方法簡單、性能可靠、方式獨特、高效運行節能、國內首創。
[0021]2、實現了遠程對現場陰極保護防蝕儀的總電流、分支電流、運行工況等重要數據實時監測，打雷閃電時，可遠程關閉陰極保護系統，不被燒壞，事後可以遠程啟動陰極保護系統，真正達到油水井套管不被腐蝕。對陰極保護重要數據採集的真實性，做到真正的無人值守，解決現場管理跟不上大難題有著重要意義，為油田油水井套管陰極保護系統正常化生產提供了可靠的遠程監控設備。
[0022]3、本實用新型中，整流二極體型號選為10A10:額定電壓為1000V，電流為10A，四隻10A10整流二極體四隻並在一起，這樣的設置方式最為安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]下面將結合說明書附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明，其中:
[0024]圖1是本發明實施例防蝕儀直流供電系統電路圖。
【具體實施方式】
[0025]作為本實用新型的最佳實施方式，其包括監控儀表、脈寬調製開關直流電源和RTU模塊三部分，其中:
[0026]所述脈寬調製開關直流電源，用於輸出連續調控直流電壓；
[0027]所述監控儀表，用於就地顯示直流電壓和電流，並通過標準RS485接口將採集的電壓、電流和啟停信號數據上傳至RTU模塊；
[0028]所述RTU模塊，用於將接收到的電壓、電流和啟停信號數據通過無線方式傳輸到監控站內，實現遠程監控。
[0029]如圖1所示，直流供電系統由八個獨立脈寬調製開關直流電源模塊組成的，根據現場實際使用要求八個電源正極必須公陽連接在一起，用一根導線與陽極井連接。為了防止電流因叢式井井下位置不同而造成電流分布不均衡、井間電位不平衡，防止開關直流電源模塊高電壓輸出的電流倒罐到電壓低開關直流電源模塊裡而被燒壞，必須在八個開關直流電源模塊的正極端(或負極端)加整流二極體，由於整流二極體具有隔直導交作用，所以加整流二極體，可以防止高電壓開關直流電源模塊輸出電流倒罐到低電壓開關直流電源模塊裡而被燒壞。圖1中，01、02、03、04、05、06、07、08整流二極體加在開關直流電源1、2、
3、4、5、6、7、8電源正極輸出端，目的是防止高電壓開關直流電源高流出電流倒罐到低電壓開關直流電源模塊裡而被燒壞。使用的整流二極體型號選為10A10:額定電壓為1000V，電流為10A，但正常只能用到3A，否則長時間燒壞二極體。由於開關直流電源模塊輸出，額定電流10A，電壓最大為60V，所以選用10A10整流二極體四隻並在一起使用通過IOA最安全。同樣 D/l、D/2、D/3、D/4、D/5、D/6、D/7、D/8 整流二極體加在開關直流電源 1、2、3、4、5、6、7、8電源負極端，目的也是防止高電壓開關直流電源模塊輸出電流倒罐到低電壓的開關直流電源模塊裡而被燒壞。由於叢式井井下位置不同而造成電流分布不均衡、井間電位不平衡，所以開關直流電源1、2、3、4、5、6、7、8輸出電壓必須製做成可調式，外接可調電阻器RT1、RT2、RT3、RT4、RT5、RT6、RT7、RT8可根據現場實際情況調節，使開關直流電源模塊輸出電壓O?60V,輸出最大電流IOA ；電壓表1、電壓表2、電壓表3、電壓表4、電壓表5、電壓表6、電壓表
7、電壓表8、分別測量開關直流電源1、2、3、4、5、6、7、8輸出的直流電壓，由於一般的電流表只能測O?5A，要測5A以上的電流，所以只能加分流器RF1、RF2、RF3、RF4、RF5、RF6、RF7、RF8間接測量直流電流。分流器RF 1、RF2、RF3、RF4、RF5、RF6、RF7、RF8配合電流表1、電流表2、電流表3、電流表4、電流表5、電流表6、電流表7、電流表8，用來測各支路電流。
[0030]具體說明如下:
[0031]第一分支分路直流供電控制電路:開關直流電源模塊1，通過外接可調電阻器RT1調節輸出O?60V電壓，電流最大輸出為10A，整流二極體D1負極和開關直流電源模塊I正極端相連，整流二極體D1正極和負載RL1 —端相連，負載RL1另一端和分流器RF1 —端相連，分流器RF1另一端和整流二極體D71負極相連，整流二極體D71另一端正極和開關直流電源嗎I負極相連，電壓表I正端接開關直流電源模塊I正極端，負端接開關直流電源模塊I負極端，電流表I正極端和整流二極體D1正極端相連，電流表I負極端和整流二極體D7I負極相連，負載RL1接在整流二極體D1和分流器RF1中間，接入AC220V後，對現場負載RLi(I Ω?4 Ω )提供4A?5A電流。
[0032]第二分支分路直流供電控制電路:開關直流電源模塊2，通過外接可調電阻器RT2調節輸出O?60V電壓，電流最大輸出為10A，整流二極體D2負極和開關直流電源模塊2正極相連，整流二極體D2正極和負載RL2 —端相連，負載RL2另一端和分流器RF2 —端相連，分流器RF2另一端和整流二極體D72負極相連，整流二極體D72另一端正極和開關直流電源模塊2負極端相連，電壓表2正極端接開關直流電源模塊2正極端，負極端接開關直流電源模塊2負極端，電流表2正極端和整流二極體D2正極相連，電流表2負端和整流二極體D72負極相連，負載RL2接在整流二極體D2和分流器RF2中間，接入AC220V後，對現場負載RL2(I Ω?4 Ω )提供4A?5A電流。
[0033]第三分支分路直流供電控制電路:開關直流電源模塊3，通過外接可調電阻器RT3調節輸出O?60V電壓，電流最大輸出為10A，整流二極體D3負極和開關直流電源模塊3正極端相連，整流二極體D3正極和負載RL3 —端相連，負載RL3另一端和分流器RF3 —端相連，分流器RF3另一端和整流二極體D73負極相連，整流二極體D73另一端正極和開關直流電源模塊3負極端相連，電壓表3正極端接開關直流電源模塊3正極端，負極端接開關直流電源模塊3負極端，電流表3正極端和整流二極體D3正極相連，電流表3負極端和整流二極體D72負極相連，負載RL3接在整流二極體D3和分流器RF3中間，接入AC220V後，對現場負載RL3 (I Ω?4 Ω )提供4A?5A電流。
[0034]第四分支分路直流供電控制電路:開關直流電源模塊4，通過外接可調電阻器RT4調節輸出O?60V電壓，電流最大輸出為10A，整流二極體D4負極和開關直流電源模塊4正極端相連，整流二極體D4正極和負載RL4 —端相連，負載RL4另一端和分流器RF4 —端相連，分流器RF4另一端和整流二極體D74負極相連，整流二極體D74另一端正極和開關直流電源模塊4負極端相連，電壓表4正極端接開關直流電源模塊4正極端，負極端接開關直流電源模塊4負極端，電流表4正極端和整流二極體D4正極相連，電流表4負極端和整流二極體D74負極相連，負載RL4接在整流二極體D4和分流器RF4中間，接入AC220V後，對現場負載RL4 (I Ω?4 Ω )提供4A?5A電流。
[0035]第五分支分路直流供電控制電路:開關直流電源模塊5，通過外接可調電阻器RT5調節輸出O?60V電壓，電流最大輸出為10A，整流二極體D5負極和開關直流電源模塊5正極端相連，整流二極體D5正極和負載RL5 —端相連，負載RL5另一端和分流器RF5 —端相連，分流器RF5另一端和整流二極體D75負極相連，整流二極體D75另一端正極和開關直流電源模塊5負極端相連，電壓表5正端接開關直流電源模塊5正極端，負極端接開關直流電源5模塊負極端，電流表5正極端和整流二極體D5正極相連，電流表5負極端和整流二極體負極相連，負載RL2=5接在整流二極體D5和分流器RF5中間，接入AC220V後，對現場負載RL5(I Ω?4 Ω )提供4A?5A電流。
[0036]第六分支分路直流供電控制電路:開關直流電源6模塊，通過外接可調電阻器RT6調節輸出O?60V電壓，電流最大輸出為10A，整流二極體D6負極和開關直流電源模塊6正極端相連，整流二極體D6正極和負載RL6 —端相連，負載RL6另一端和分流器RF6 —端相連，分流器RF6另一端和整流二極體D76負極相連，整流二極體D76另一端正極和開關直流電源模塊6負極端相連，電壓表6正極端接開關直流電源模塊6正極端，負端接開關直流電源模塊6負極端，電流表6正極端和整流二極體D6正極相連，電流表6負極端和整流二極體D76負極相連，負載RL6接在整流二極體D6和分流器RF6中間，接入AC220V後，對現場負載RL6 (I Ω?4 Ω )提供4A?5A電流。
[0037]第七分支分路直流供電控制電路:開關直流電源模塊7，通過外接可調電阻器RT7調節輸出O?60V電壓，電流最大輸出為10A，整流二極體D7負極和開關直流電源模塊7正極端相連，整流二極體D7正極和負載RL7 —端相連，負載RL7另一端和分流器RF7 —端相連，分流器RF7另一端和整流二極體Dy7負極相連，整流二極體Dy7另一端正極和開關直流電源模塊7負極端相連，電壓表7正極端接開關直流電源模塊7正極端，負端接開關直流電源模塊7負極端，電流表7正極端和整流二極體D7正極相連，電流表7負極端和整流二極體D77負極相連，負載RL7接在整流二極體D7和分流器RF7中間，接入AC220V後，對現場負載RL7 (I Ω?4 Ω )提供4A?5A電流。
[0038]第八分支分路直流供電控制電路:開關直流電源模塊8，通過外接可調電阻器RT8調節輸出O?60V電壓，電流最大輸出為10A，整流二極體D8負極和開關直流電源模塊8正極相連，整流二極體D8正極和負載RL8 —端相連，負載RL8另一端和分流器RF8 —端相連，分流器RF8另一端和整流二極體D78負極相連，整流二極體D78另一端正極和開關直流電源模塊8負極端相連，電壓表8正極端接開關直流電源模塊8正極端，負極端接開關直流電源模塊8負極端，電流表8正極端和整流二極體D8正極相連，電流表8負極端和整流二極體D/8負極相連，負載RL8接在整流二極體D8和分流器RF8中間，接入AC220V後，對現場負載RL8 (I Ω?4 Ω )提供4A?5A電流。
[0039]這八支直流供電控制電路電源正極端連接公陽組成防蝕儀直流供電系統。
[0040]開關直流電源模塊主要技術參數[0041 ] 1、輸入電源:AC220V 土 20% ；
[0042]2、輸出電源電壓:DC0?60V ；
[0043]3、輸出額定電流:10A ;
[0044]4、環境溫度使用範圍:-20°C?60°C ;
[0045]5、工作效率:80%;
[0046]6、輸出保護:短路保護和過載保護；[0047]7、散熱方式:自冷加風冷(風機溫控，50°C啟動)。
[0048]8、絕緣電壓:1500VAC ；
[0049]9、安裝方式:平裝和側裝；
[0050]10、電位器:外接式。
【權利要求】
1.一種油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀，其特徵在於:包括監控儀表、脈寬調製開關直流電源和RTU模塊三部分，其中: 所述脈寬調製開關直流電源，用於輸出連續調控直流電壓； 所述監控儀表，用於就地顯示直流電壓和電流，並通過標準RS485接口將採集的電壓、電流和啟停信號數據上傳至RTU模塊； 所述RTU模塊，用於將接收到的電壓、電流和啟停信號數據通過無線方式傳輸到監控站內，實現遠程監控。
2.根據權利要求1所述的油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀，其特徵在於:所述脈寬調製開關直流電源包括八個開關電源，八個開關電源正極公陽連接在一起，用一根導線與陽極井連接；在八個開關電源的正極端或負極端安裝有整流二極體，在開關電源外接可調電阻器；電壓表分別測量開關電源輸出的直流電壓，採用分流器配合電流表用來測各支路電流。
3.根據權利要求2所述的油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀，其特徵在於:使用的整流二極體型號選為IOAlO:額定電壓為1000V，電流為10A，四隻10A10整流二極體四隻並在一起。
4.根據權利要求1所述的油水井套管陰極保護數位化遠程監控防蝕儀，其特徵在於:所述監控儀表包括電壓監控儀和電流監控儀。
【文檔編號】C23F13/00GK203715726SQ201320801942
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】詩林, 高寶元, 陸永生 申請人:中國石油集團川慶鑽探工程有限公司