油井套管脈沖電流陰極保護專用電源研究

油井套管是油井中用于固井和保護油管的重要設施，外加電流陰極保護技術是目前抑制套管外壁腐蝕的標準方法，其中恒電位儀是目前外加電流陰極保護系統的關鍵設備，但是傳統的直流型恒電位儀普遍存在套管的保護深度不夠等問題。實踐證明，采用脈沖電流對油井套管進行陰極保護可有效延長其保護深度，使一些深井或超深井的套管得到有效的全線保護，但是由于目前國內外對油井套管脈沖電流陰極保護機理的認識還不夠充分，因此一直限制了該技術的應用與推廣，更是阻礙了油井套管脈沖電流陰極保護專用電源的研究與發展。　　本文從油井套管脈沖電流陰極保護專用電源的技術要求出發，首先研究了脈沖電流陰極保護效果的影響參數及規律，并以此為依據制定了本次研究的電源的主要技術指標;隨后確定了該電源的總體實現方案，研究了基于二次逆變體制的電源功率主電路結構拓撲，介紹了其工作原理，并在此基礎上對主電路關鍵器件進行了選型研究及參數設計，同時對主電路進行了仿真研究;之后對電源的控制系統軟硬件設計進行了詳細分析與研究，設計了以新型雙核單片機SH99F100為核心控制芯片，新型觸控與顯示一體屏為人機交互模塊的電源控制系統硬件組成及其外圍電路;軟件設計中使用增量型數字PID控制算法以及基于三層自學習思想的閉環控制策略，對油井套管的保護電位進行閉環控制，此外還設計了基于GPRS無線數傳技術的油井套管陰極保護遠程監控系統的軟硬件實現方案，完善了電源功能;最后基于以上分析設計，研制了一臺110V/30A油井套管脈沖電流陰極保護專用電源樣機，在對其進行組裝、調試后，采用該電源樣機進行了模擬油井套管脈沖電流陰極保護實驗，并對電源的典型電流輸出波形進行了測試分析，驗證了該電源系統設計的合理性以及輸出性能。通過對整機試運行，其結果表明該電源功率主電路和控制系統部分設計合理，電源整機體積小、重量輕，能夠輸出頻率、幅值、基值、占空比均可寬范圍獨立調節的脈沖電流，且智能化程度高，能夠滿足設計時對電源整機提出的輸出性能與技術指標要求。