油田解蜡设备的制作方法

本实用新型涉及石油生产设备领域，具体涉及油田里石油流经的油井和油管解蜡设备。

背景技术：

石蜡或石蜡沉积物存在于各种级别的原油里。在采油期间，含油混合物从井底采出，并随着环境(压力和温度)而改变。当环境发生改变，这些成分也会随着改变。石蜡一旦与油一起流出来，它们会作为一种单独、半固态液相从油中被分离出来，变得无法流动，并在出油管线、管道上和其它所能够接触到的设备上形成沉积物。引起油井停机和维修的最常见原因是石蜡积聚，这是因为石蜡在原油中形成结晶沉积后覆盖在管件、设备、管线以及油罐的罐壁和罐底。

为了防止结蜡，油田常用的清防蜡方法主要有机械清蜡、热力清防蜡、表面能防蜡(内衬和涂料油管)、化学剂清防蜡、磁防蜡和微生物清防蜡方法等。其中热力清防蜡方法与开采稠油和高凝油所用井筒加热方法基本相同。值得注意的是清防蜡措施因各种清防蜡方法效果不佳,往往不是单一的，而是复合的,导致清防蜡难以操作和实施,并且成本较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种操作方便的油田解蜡设备，能应用于长距离输油管的解堵，电能转换效率高，且实施方便。

本实用新型采用如下技术方案，构造油田解蜡设备，包括输入整流滤波模块，逆变放大模块，换能器，信号发生模块和主控模块；

输入整流滤波模块，将交流电变换成直流电后输出给逆变放大模块，其输入端接三相四线或三相三线市电,其输出端连接逆变放大模块的输入端；

逆变放大模块，用于将直流电变换成高频大电流的交流电以驱动换能器；

换能器，用于将高频大电流交流电信号转换成低频大电流超声波信号输出给输油管；

信号发生模块，用于根据主控模块的指令产生对应的波形并输出给逆变放大模块，控制逆变放大模块的工作；

主控模块，根据外部指令控制信号发生模块的工作。

优选的，还包括设于逆变放大模块和换能器之间的匹配模块；匹配模块，用于匹配逆变放大模块和换能器的阻抗，其输入端连接逆变放大模块，其输出端连接换能器。

优选的，还包括反馈模块，用于检测输入给换能器的输如波形，并将检测波形输出给主控模块，其输入端并接在匹配模块输出单的两端，其输出端与主控模块连接；主控模块如计算预设波形和反馈模块输入的波形不一致，将发出修正指令给信号发生模块的输出新的波形。

优选的，所述逆变放大模块为全桥逆变电路，任一桥臂由两个并联的IGBT构成。

本实用新型还提供一种油田解蜡设备频率控制方法，其包括在输出功率未过载时匀速降低所述逆变放大模块输出电信号频率直至输出功率达到最大的步骤。

本实用新型的有益技术效果是：采用380V电源变换为大功率直流电源后供应给超低频大功率激波发射器，由发射器的大功率磁控管阵列将电能转换为1-5HZ的大功率电流超声波，超声波的传输距离可以达到3KM,彻底解决了电流发热解堵传输距离近(一般只能达到300-400M)的问题。由于超声波是物理机械波和电流的双重作用，因此发热效率高达90％。可以提高电源能量的利用率，使解堵时间由原来的几十小时缩短到几小时。采用此技术进行解堵只需要1到2人便可以操作，极大降低了工作量，所有解堵产生的气液都在完全密封的管道内部，不会对环境造成任何污染。

【附图说明】

图1实施例一中的油田解蜡设备的组成框图；

图2实施例一中的油田解蜡设备的第一部分电路图；

图3实施例一中的油田解蜡设备的第二部分电路图；

图4实施例一中的油田解蜡设备的第三部分电路图；

图5实施例一中的油田解蜡设备频率控制方法流程图。

【具体实施方式】

为了使本专利的技术方案和技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利的具体实施方式进行详细描述。

实施例一：

如图1，本实施例中的油田解蜡设备，输入整流滤波模块，逆变放大模块，匹配模块，换能器，反馈模块，降压整流模块，采样模块，保护模块，人机接口模块，信号发生模块，和主控模块。

输入整流滤波模块，将交流电变换成直流电再滤除噪声后输出给逆变放大模块，其输入端接三相四线或三相三线市电,其输出端连接逆变放大模块的输入端。电路图见图2，三相市电经两个并联的三相整流桥后，将交流市电变换成直流电，经高频薄膜电容滤除高频噪声后输出给逆变放大模块。

逆变放大模块，用于将直流电变换成高频大电流的交流电以驱动换能器，其输出端连接匹配模块。电路图见图3，Q1-1，Q1-2，Q2-1，Q2-2，Q3-1，Q3-2，Q4-1，Q4-2为N型IGBT，型号均是FF2400R17KT4。Q1-1和Q1-2为第一组并联的IGBT，Q2-1和Q2-2为第二组并联的IGBT，Q3-1和Q3-2为第三组并联的IGBT，Q4-1和Q4-2为第四组并联的IGBT；IGBT并联可以提高输出功率。这四组IGBT构成全桥电路。其中第一组IGBT的源极连接第四组IGBT的漏极，构成上桥臂；第二组IGBT的源极连接第三组IGBT的漏极，构成下桥臂。第一组IGBT的漏极和第四组IGBT的源极并联在输入整流滤波模块的输出端，第二组IGBT的源极和第三组IGBT的漏极并联在输入整流滤波模块的输出端。这四组IGBT的栅极均串联限流电阻后与信号发生模块连接。为了得到更好的输出波形，第二组IGBT的源极串联谐波电容C3后,再与第四组IGBT的漏极并联在线圈T1的初级端，谐波电容C3用来滤除输出电信号中的谐波。

匹配模块，用于匹配逆变放大模块和换能器的阻抗，其输出端连接换能器。如图3，线圈T1用于匹配换能器的感性阻抗，电容C4用于匹配换能器的容性阻抗。

换能器，用于将高频大电流交流电信号转换成低频大电流超声波信号输出给输油管。本实施例中的换能器型号是15K5600W×10。

反馈模块，用于检测输入给换能器的输如波形，并将检测波形输出给主控模块，以便主控模块计算做出修正；其输入端并接在匹配模块输出单的两端，其输出端与主控模块连接。如图3，型号为PIC18F4431的集成电路具有信号采集和反馈功能，将采集到的超声波信号输出给主控模块计算比对；现有技术中常利用集成电路运放电路和A/D集成电路实现信号采集和反馈功能。线圈T2是一个匹配电感，用于匹配换能器的容性阻抗，使负载尽量呈电阻性

降压整流模块，用于将市电变换成其他模块所需要的电源，其输出端连接主控模块，信号放生模块，反馈模块，人机接口模块，保护模块，采样模块的电源脚。电路原理如图3，220V交流电经全桥整流后变换成低压直流电VCC,VCC直流电再分别经稳压模块LM7805稳压输出5V直流电，5V直流电经稳压模块AMS1117-1.8稳压输出1.8V直流电，5V直流电经稳压模块AMS1117-3.3稳压输出3.3V直流电(经稳压模块稳压输出直流电的电路未画出)。

采样模块，用于获取换能器的工作温度，电压，电流等数据，其输出端连接保护模块。电路原理如图4，传感器RT1,RT2分别采集逆变放大模块和换能器的的温度后经MFA1076模数转换后放大输出给保护模块；电压采样是在输入整流滤波模块的整流桥输出端用电位器或者电阻分压后输出给保护模块，电流采样失在IGBT的C脚用电阻采样后输出给模数转换模块后处理成数字信号。

保护模块，根据采样模块的输出数据，输出控制信号给主控模块，其输出端连接主控模块。如图4，当光耦MCT61收到的电压使得其输入端的二极管导通后，光耦导通，输出高电平给主控模块，表示检测到的温度过高。

人机接口模块，用于用户输入指令和显示油田解蜡设备的工作状态信息，其与主控模块连接。人机接口模块可采用按键加显示屏，后者带触摸功能的显示屏。

信号发生模块，用于根据主控模块的指令产生对应的波形并输出给逆变放大模块，控制逆变放大模块中的IGBT的通断。

主控模块，根据人机接口模块输入的指令，反馈模块和保护模块输入的数据，控制信号发生模块的工作，同时在控制人机接口模块上显示油田解蜡设备的工作状态。本实施例中的信号发生模块和主控模块合为一体，采用型号为LPC2214FBD114的集成电路。

本实施例中的油田解蜡设备工作原理如下：三相电经输入整流滤波模块将交流市电变换成直流电后输出给逆变放大模块，如逆变放大模块和换能器的工作温度正常，主控模块控制信号放生模块产生相应的PWM信号输出给逆变放大模块中的IGBT栅极，IGBT工作将直流电变换成低频交流电输出给匹配模块，匹配模块匹配好逆变放大模块和换能器的阻抗后，将低频交流电输出给换能器，换能器被驱动产生超声波，超声波施加在输油管上开始加热解堵。由于超声波是物理机械波和电流的双重作用，因此发热效率高达90％。可以提高电源能量的利用率，使解堵时间由原来的几十小时缩短到几小时。采用此技术进行解堵只需要1到2人便可以操作，极大降低了工作量，所有解堵产生的气液都在完全密封的管道内部，不会对环境造成任何污染。超声波在管道上传输距离可以达到3KM,彻底解决了电流发热解堵传输距离近(一般只能达到300-400M)的问题。同时反馈模块将检测到的换能器输出的超声波信输出给主控模块计算，比较换能器的超声波信号和设定产生的超声波信号，如有差异，主控模块计算调整信号发生模块的输出。

如图5，本实施例中的油田解蜡设备频率控制方法，包括如下步骤：

S1:油田解蜡设备以20Hz的频率输出电流；

S2:油田解蜡设备判断输出功率是否过载，如过载到步骤S3，否则到步骤S4；

S3:油田解蜡设备停机且短路报警；

S4:油田解蜡设备的主控模块控制信号发生模块输出波形频率降低1Hz；

S5:油田解蜡设备判断输出功率是否最大，如是到步骤S6,如否到步骤S4；

S6:油田解蜡设备的主控模块锁定信号发生模块输出电信号的频率，电压和电流；

S7:油田解蜡设备判断输出电信号的电压和电流是否正常，即在输出范围内；如是到步骤S6，如否到步骤S8；

S8:油田解蜡设备停止输出，报警。

输出电信号频率以单位频率下降,如本实施例的1Hz，不仅能调整到输出功率最大，而且过渡平滑。

以上所述仅为本专利的优选实施例而已，并不用于限制本专利，对于本领域的技术人员来说，本专利可以有各种更改和变化。凡在本专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。