一种注水井配水器的充电装置及系统的制作方法

本申请属于石油开采技术领域，尤其涉及一种注水井配水器的充电装置及系统。

背景技术：

在石油的开发过程中，可以通过专门的注水井将水注入油藏，保持或恢复油层压力，使油藏有较强的驱动力，以提高油藏的开采速度和采收率。

现有技术中，注水井中可以设有配水器，通过配水器将水注入油藏。注水井配水器可以包括一种可以调节井下注水阀的开度大小的装置，配水器通常是需要通电才能工作。现有技术中，对注水井配水器的供电方法可以有两种，一是锂电池供电，但其存在电池容量有限、输出电功率小、操作不当时可能爆炸等缺点。二是电缆供电，但电缆容易损坏，维护成本较高，电缆成本也较高。以上两种方法不能很好的为注水井配水器进行供电，容易出现供电中断等情况，影响注水井配水器的持续作业，进一步影响采油效率。因此，业内亟需一种能够为注水井配水器进行持续充电，保证注水井配水器能够持续作业的技术方案。

技术实现要素：

本申请目的在于提供一种注水井配水器的充电装置及系统，通过在注水井的井下管柱内设置发电模块和电能传输模块，实现为注水井配水器中的充电电池无线充电的功能。

一方面，本申请提供了一种注水井配水器的充电装置，包括：

发电模块和与所述发电模块连接的电能传输模块，所述发电模块设置在所述注水井的过流通道内，用于将注入注水井内的水的势能转化为电能；

所述电能传输模块包括初级转换单元、非接触变压器、次级转换单元，所述非接触变压器用于将所述初级转换单元中的电能无线传输至所述次级转换单元；

所述初级转换单元包括相互连接的第一整流滤波单元、逆变器，所述第一整流滤波单元与所述发电模块连接；

所述次级转换单元包括第二整流滤波单元，所述第二整流滤波单元与所述注水井配水器的充电电池连接，用于给所述充电电池充电。

进一步地，所述注水井配水器的充电装置的另一个实施例中，所述发电模块包括发电机，所述发电机的叶轮的受力面与所述注水井的轴线垂直。

进一步地，所述注水井配水器的充电装置的另一个实施例中，所述初级转换单元还包括稳压电源，所述稳压电源分别与所述第一整流滤波单元、所述逆变器连接。

进一步地，所述注水井配水器的充电装置的另一个实施例中，所述稳压电源为开关稳压电源。

进一步地，所述注水井配水器的充电装置的另一个实施例中，所述开关稳压电源包括：相互连接的脉冲宽度调制控制器和开关电源，所述脉冲宽度调制控制器与所述第一整流滤波单元连接，所述开关电源与所述逆变器连接。

进一步地，所述注水井配水器的充电装置的另一个实施例中，所述非接触变压器包括初级端口和次级端口，所述初级端口通过非接触耦合的方式将所述初级转换单元传输的交流电耦合到所述次级端口，所述次级端口将耦合获得的交流电传输至所述次级转换单元中。

进一步地，所述注水井配水器的充电装置的另一个实施例中，所述初级转换单元和所述次级转换单元均设置在所述非接触变压器的磁场覆盖范围内。

进一步地，所述注水井配水器的充电装置的另一个实施例中，所述电能传输模块设置在所述注水井的环形空间内。

进一步地，所述注水井配水器的充电装置的另一个实施例中，所述电能传输模块外部设置有防水外壳。

另一方面，本申请提供一种注水井配水器的无线充电系统，包括：上述注水井配水器的充电装置。

本申请提供的注水井配水器的充电装置及系统，通过在注水井的过流通到内设置发电装置，将注水井中注水过程产生的势能转化为电能，再通过电能无线传输模块，将转化得到的电能供给充电电池。利用电能传输模块中的初级转换单元、非接触变压器、次级转换单元实现为注水井配水器的充电电池进行无线充电，整个充电过程不需要外接电缆。并且可以在注水器工作过程中实时为充电电池充电，避免电池电量不足时，从注水井内上提仪器更换电池的操作。实现了注水井配水器的持续作业，提高了注水井配水器工作的效率和稳定性，进一步提高了石油开采的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例中注水井配水器的充电装置的结构示意图；

图2是本申请另一个实施例中注水井配水器的充电装置的结构示意图；

图3是本申请一个实施例中电能传输模块的结构示意图；

图4是本申请另一个实施例中电能传输模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

在进行石油的开采时，通常会在待开采油藏处设置注水井，通过注水井向油藏的储层进行注水，保持或恢复油层压力，使油藏有较强的驱动力。还可以通过注水井注水，利用渗吸和驱替作用进行石油的开采。

向注水井中注水可以通过注水井配水器实现，注水井配水器通常可以包括配水主体、配水嘴、水嘴体、压盖及密封圈等。现有技术中，可以通过智能配水器为注水井注水，通过控制水嘴的开度，实现注水井注入水的速度、流量的控制。注水井配水器一般设置在注水井井筒内，为了保证注水井配水器中各个元器件的正常工作，需要为注水井配水器进行持续的供电。为注水井配水器供电，是一项重大的技术难题。

图1是本申请一个实施例中注水井配水器的充电装置的结构示意图，如图1所示，本申请提供的注水井配水器的充电装置包括：

发电模块01、与所述发电模块01连接的电能传输模块02，所述发电模块01设置在所述注水井的过流通道1内，用于将注入注水井内的水的势能转化为电能。

图2是本申请另一个实施例中注水井配水器的充电装置的结构示意图，如图2所示，本申请一个实施例中，所述电能传输模块02包括初级转换单元7、非接触变压器4、次级转换单元8，所述非接触变压器4用于将所述初级转换单元7中的电能无线传输至所述次级转换单元8。

本申请一个实施例中，可以将发电模块01设置在注水井的过流通道1内，过流通道1可以指注水井中注入的水所通过的管道，当向注水井内注入的水通过过流通道1时，发电模块01可以将通过的水的势能转化为电能。本申请一个实施例中，电能传输模块02可以设置在注水井的井下管柱的环形空间03内，避免注入的水对电能传输模块02的影响。注水井中可以存在多个管柱，相邻管柱之间的空间可以称为环形空间。此外，还可以在电能传输模块02的外部设置防水外壳，避免注水井中的水流进入电能传输模块02，影响电能传输模块02的工作，增加电能传输模块的使用寿命以及工作的稳定性，进一步增加注水井配水器的充电装置的使用寿命以及工作的稳定性。

图3是本申请一个实施例中电能传输模块的结构示意图，如图3所示，电能传输模块中包括初级转换单元、非接触变压器、次级转换单元，初级转换单元中可以包括相互连接的第一整流滤波单元和逆变器。第一整流滤波单元可以与发电模块连接，将发电模块发出的交流电进行整流滤波处理，获得直流电。第一整流滤波单元将发电模块发出的电流进行整流滤波处理后，可以将获得的直流电传输至逆变器，逆变器将直流电转换成指定频率的交流电，再将指定频率的交流电传输至非接触变压器。非接触变压器将传输过来的交流电无线传输至次级转换单元，次级转换单元中可以包括第二整流滤波单元，第二整流滤波单元可以将非接触变压器传输过来的交流电整流滤波处理获得稳定的直流电，供给充电电池，为充电电池进行充电。

电能传输模块02可以利用非接触变压器4通过磁场作用实现电能-磁场能-电能的转化，不需要外接电缆，实现为充电电池9充电。电能传输模块02可以利用电磁感应方式或磁共振的方式等，将发电模块01发出的电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能传输给充电电池9。充电电池9可以是电池组，充电电池9的容量可以根据需要进行设置，以便能够存储较多的电能，以实现为注水井配水器中的各个模块持续供电的功能。

此外，发电模块01可以设置在注水井的过流通道1的临近井底的一端，可以确保注水井中注入的水达到发电模块01时能够具有较大的势能，相应的，发电模块01可以将较大的势能转化成较多的电能。

本申请实施例采用的是无线充电方式，发电模块01、电能传输模块02、充电电池9之间的距离可以通过仿真模拟或现场测试等方式，进行确定，具体距离的数值本申请不作具体限定。

本申请提供的注水井配水器的充电装置，通过在注水井的过流通到内设置发电装置，将注水井中注水过程产生的势能转化为电能，再通过电能传输模块利用非接触变压器等，将转化得到的电能供给充电电池。利用无线充电的方式为注水井配水器的充电电池进行充电，整个充电过程不需要外接电缆，节约了成本。并且可以在注水器工作过程中实时为充电电池充电，避免电池电量不足时，从注水井内上提仪器更换电池的操作。实现了注水井配水器的持续作业，进一步提高了石油开采的效率。

如图2所示，本申请一个实施例中发电模块中包括发电机3，发电机3设置在注水井的过流通道1内，且发电机3的叶轮2的受力面与注水井的轴线垂直，以便注水井过流通道1内的水流能够更好的冲击叶轮2，叶轮2能够在水流冲击下转动，带动发电机3将水流的势能转化为电能。叶轮2的受力面与注水井轴线垂直设置，可以确保注水井中注入的水流的势能能够最大化的被利用，提高发电机的能量转化效率。实际使用时可以将发电机3的叶轮2的受力面设置为与注水井的轴线成一定的夹角，但不能平行，以确保注水井内的水流通过过流通道1时，水流能够冲击叶轮2，叶轮2转动带动发电机3的转子转动，将机械能转化为电能。

如图2所示，当发电机3将流经过流通道1的水的势能转化为电能后，发电机3发出的电能可以是三相交流电。初级转换单元7可以与发电机3连接，将发电机3发出的三相交流电传输至初级转换单元7。通过初级转换单元7中的第一整流滤波单元以及逆变器的作用，可以将发电机3发出的三相交流电转换成指定频率的交流电。再通过非接触变压器4将指定频率的交流电传输至次级转换单元8，次级转换单元8中的第二整流滤波单元将接收到的交流电进行整流处理，可以将交流电转化成直流电，供给充电电池9，实现注水井配水器的无线充电。通过设置非接触变压器4，利用磁场作用，可以实现发电机3发出的电能的无线传输。初级转换单元7、非接触变压器4、次级转换单元8之间可以通过磁场作用实现电能传输，不需要设置电缆，实现了注水井配水器的无线充电，避免了电缆损坏影响注水井配水器的工作。本申请实施例中的整流滤波单元可以使用整流滤波器，具体的型号可以根据需要进行选取。

如图2和图3所示，本申请一个实施例中，非接触变压器4中包括初级端口5和次级端口6，初级端口5可以与初级转换单元7中的逆变器无线连接，将逆变器转换出的交流电通过非接触耦合的方式耦合至次级端口6中。次级端口6可以与次级转换单元8无线连接，通过次级转换单元8将耦合获得的电流供给充电电池9，实现注水井配水器的无线充电。非接触变压器4与初级转换单元7、次级转换单元8之间都可以利用磁场的作用实现电流的无线传输。非接触变压器4的具体结构如耦合系数、型号等可以根据实际需要进行选取，本申请不作具体限定。

此外，如图2所示，本申请一个实施例中可以将初级转换单元7和次级转换单元8设置在非接触变压器4的磁场范围内，这样可以确保非接触变压器4可以利用磁场的作用，更好的将初级转换单元7中的电能无线传输至次级转换单元8，实现电能的无线传输。

图4是本申请另一个实施例中电能传输模块的结构示意图，如图4所示，本申请一个实施例中，初级转换单元还可以包括稳压电源，稳压电源的一端连接第一整流滤波单元，另一端连接逆变器。稳压电源可以将第一整流滤波单元处理后获得的直流电进行处理，获得稳定的直流电，使得为充电电池供给的电流更具稳定性。稳压电源可以是线性稳压电源或开关稳压电源，线性稳压电源，可以指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，开关稳压电源可以指调整管工作在开、关两种状态下的直流稳压电源。

如图4所示，本申请一个实施例中使用的稳压电源可以使用开关稳压电源。开关稳压电源可以包括PWM(Pulse Width Modulation)控制器即脉冲宽度调制控制器和开关电源，开关电源可以是DC(Direct Current)-DC(Direct Current)开关电源，即直流开关电源，可以将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也可以称为直流斩波器。PWM控制器的输入端连接第一整流滤波单元，PWM控制器的输出端连接DC-DC开关电源。DC-DC开关电源与PWM控制器构成闭环的反馈电路，通过PWM控制器控制DC-DC开关电源，将第一整流滤波单元输入的直流电进行处理，输出稳定的直流电。DC-DC开关电源的输出端口连接逆变器，将获得的稳定电流传输至逆变器，由逆变器进行处理，获得指定频率的交流电。

结合图2和图4对本申请的技术方案进行详细的介绍：

发电机3设置于过流通道1内，并在非接触变压器4的磁场覆盖范围内。当注水井中注入的水流通过过流通道1时，水流冲击与井身轴线相垂直的叶轮2，叶轮2转动带动发电机3的转子转动，将机械能转化为电能。发电机3发出的三相交流电送至初级转换单元7，初级转换单元7对传输过来的交流电进行处理。具体可以：经过第一整流滤波单元将传输过来的交流电转换成直流电，直流电通过DC-DC开关电源后，产生稳定的直流电，稳定的直流电经过逆变器转换为指定的频率的交流电，传输到非接触变压器4。非接触变压器4中的初级端口5通过非接触耦合的方式将交流电耦合到次级端口6中，非接触变压器4完成电能无线传输。次级端口6耦合获得的交流电通过次级转换单元8中的第二整流滤波单元的处理，转化成稳定的直流电给充电电池组9进行充电。

本申请提供的注水井配水器的充电装置，利用井下注水时产生的势能冲击发电机将机械能转化为电能，通过设置电能传输模块，利用非接触变压器的磁场作用，实现无线充电的方式。实现了实时地对注水井智能配水器的充电电池组进行充电，使注水井智能配水器在使用过程中能不断地得到充电，免去电缆供电或上提仪器更换电池的麻烦，保证了注水井配水器能够持续作业，进一步提高了注水井配水器工作的效率和稳定性。

本申请一个实施例还可以提供一种注水井配水器的无线充电系统，注水井配水器的无线充电系统可以包括上述各实施例中的注水井配水器的充电装置，根据需要还可以包括充电电池、各个模块的固定装置、防水装置、保护外壳等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。本申请说明书附图仅仅只是示意图，不代表各个部件的实际结构。

以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。