智能鉆井工具井下電源實(shí)現(xiàn)方法及脈沖驅(qū)動(dòng)方法和電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于石油、天然氣鉆井技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種智能鉆井工具井下 電源實(shí)現(xiàn)方法及脈沖驅(qū)動(dòng)方法和電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 石油鉆井工具中，鉆井液泥漿沖刷滿輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，滿輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生低頻=相 交流電能，用于為石油鉆井工具電子控制單元等用電負(fù)載供電，同時(shí)，鉆井液泥漿作為傳輸 介質(zhì)，采用脈沖信號(hào)發(fā)生器按照編碼要求通過改變泥漿流道的橫截面積實(shí)現(xiàn)井下探管測(cè)量 信號(hào)與地面控制信號(hào)的雙向傳輸。然而，由于在鉆進(jìn)過程中，鉆井液泥漿排量波動(dòng)較大，導(dǎo) 致由泥漿滿輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換出的電能存在較大的波動(dòng)，造成用電負(fù)載工作的穩(wěn)定性差，脈沖 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號(hào)時(shí)，供電電壓不穩(wěn)定會(huì)造成脈沖信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)能力不足，信號(hào) 傳輸過程中存在丟帖或信號(hào)斷續(xù)，從而導(dǎo)致地面解碼錯(cuò)誤或無(wú)信號(hào)，影響智能鉆井工具的 工作性能和使用壽命。
[0003] 脈寬調(diào)制技術(shù)作為一種通過控制功率器件通斷時(shí)間的比率來(lái)維持穩(wěn)定電壓輸出 的技術(shù)，具有輸入電壓范圍寬、體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于井下電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中， 將泥漿滿輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換出的寬輸入范圍交流電能根據(jù)不同負(fù)載需求轉(zhuǎn)換成合適的穩(wěn)定直 流電能輸出，提高用電負(fù)載工作的穩(wěn)定性和安全性;針對(duì)泥漿滿輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換電能范圍寬 的特點(diǎn)，采用脈寬調(diào)制技術(shù)對(duì)脈沖信號(hào)發(fā)生器的供電電壓進(jìn)行合理分配，保證脈沖信號(hào)發(fā) 生器驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)定性W使其具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，提高泥漿脈沖信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn) 確性，降低因信號(hào)傳輸過程中存在的丟帖、無(wú)信號(hào)現(xiàn)象造成的井下測(cè)量數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種智能鉆井工具井下電源及脈沖驅(qū)動(dòng)電路，W 解決泥漿流量波動(dòng)大造成的井下電源系統(tǒng)供電穩(wěn)定性差、脈沖信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)能力不足的 問題。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種智能鉆井工具井下電源及脈沖驅(qū)動(dòng)電路，包括依次連接的泥漿滿輪發(fā)電機(jī)、 =相整流濾波電路、穩(wěn)壓電路、探管、信號(hào)采集電路、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路，
[0007] 所述穩(wěn)壓電路為n個(gè)獨(dú)立的穩(wěn)壓電源的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述穩(wěn)壓電源均包括由反 激式變壓器、半波整流濾波電路、反饋電路、脈寬調(diào)制電路依次連接構(gòu)成的回路電路，所述 反激式變壓器的輸入端連接=相整流濾波電路，所述半波整流濾波電路的輸出端連接探 管;其中，n為大于等于1的自然數(shù)；
[000引所述信號(hào)采集電路的輸入端連接整流濾波電路的輸出端信號(hào)、穩(wěn)壓電路的輸出端 信號(hào)、探管的輸出端信號(hào)；
[0009] 所述控制電路包括微處理器，所述微處理器連接信號(hào)采集電路的輸出端；
[0010] 所述驅(qū)動(dòng)電路還連接=相整流濾波電路的輸出端信號(hào)。
[0011] 進(jìn)一步的，所述=相整流濾波電路和穩(wěn)壓電路的脈寬調(diào)制電路之間設(shè)有保護(hù)電 路，所述保護(hù)電路包括電壓保護(hù)電路和電流保護(hù)電路，電壓保護(hù)電路包括欠壓保護(hù)電路和 過壓保護(hù)電路。
[0012] 進(jìn)一步的，每個(gè)所述半波整流濾波電路和探管之間均設(shè)有均流電路，所述均流電 路連接信號(hào)采集電路和反饋電路。
[0013] 進(jìn)一步的，所述=相整流濾波電路和穩(wěn)壓電路之間設(shè)有消振電路，消振電路可將 采樣的振蕩電壓通過消振電阻導(dǎo)入接地端。
[0014] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明創(chuàng)造智能鉆井工具井下電源及脈沖驅(qū)動(dòng)電路具有W下優(yōu) 勢(shì)：
[0015] 基于脈寬調(diào)制技術(shù)設(shè)計(jì)井下電源及脈沖驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)負(fù)載用電需求由反激式開 關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行電能變換，獲得穩(wěn)定的直流電能輸出，由微處理器脈寬調(diào)制端口輸出一定 占空比值的脈寬調(diào)制波形，保證脈沖信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)定，滿足在井下高溫、振動(dòng)、 沖擊等惡劣環(huán)境下智能鉆井工具電子控制單元等負(fù)載的用電需求，保證脈沖信號(hào)發(fā)生器工 作時(shí)具有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，提高了智能鉆井工具井下工作的穩(wěn)定性、安全性和使用壽命。
[0016] 本發(fā)明創(chuàng)造的另一目的在于提出一種智能鉆井工具井下電源實(shí)現(xiàn)方法及脈沖驅(qū) 動(dòng)方法，W W解決泥漿流量波動(dòng)大造成的井下電源系統(tǒng)供電穩(wěn)定性差、脈沖信號(hào)發(fā)生器驅(qū) 動(dòng)能力不足的問題。
[0017] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0018] -種智能鉆井工具井下電源實(shí)現(xiàn)方法及脈沖驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于包含如下內(nèi) 容：
[0019] 步驟1:通過滿輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生低頻=相交流電能；
[0020] 步驟2:通過=相整流濾波電路對(duì)交流電能進(jìn)行整流濾波；
[0021] 步驟3:通過電壓保護(hù)電路采樣=相整流濾波電路的輸出電壓，通過電流保護(hù)電路 采樣井下電源系統(tǒng)的回路電流，
[0022] 當(dāng)S相整流濾波電路的輸出電壓、井下電源系統(tǒng)的回路電流處于安全闊值范圍內(nèi) 時(shí)，通過反激式變壓器將=相整流濾波電路輸出的粗直流電能轉(zhuǎn)換成高頻交流電能，再由 半波整流濾波電路對(duì)高頻交流電能進(jìn)行半波整流和電容濾波，同時(shí)通過反饋電路采樣半波 整流濾波電路的輸出電壓，送入脈寬調(diào)制電路，通過脈寬調(diào)制電路調(diào)整一個(gè)周期內(nèi)脈沖信 號(hào)的占空比值，W控制反激式變壓器的電能轉(zhuǎn)換效率，其中反激式變壓器、半波整流濾波電 路、反饋電路、脈寬調(diào)制電路依次連接構(gòu)成的回路電路構(gòu)成穩(wěn)壓電源;其中當(dāng)負(fù)載需求功率 較大，單個(gè)穩(wěn)壓電源不能滿足要求時(shí)，采用n個(gè)穩(wěn)壓電源并聯(lián)的結(jié)構(gòu)；
[0023] 當(dāng)檢測(cè)到電壓和電流值處于預(yù)先設(shè)定的闊值范圍之外時(shí)，穩(wěn)壓電源中的脈寬調(diào)制 電路停止輸出脈沖信號(hào)，反激式變壓器停止工作，穩(wěn)壓電源無(wú)電能輸出；
[0024] 步驟4:當(dāng)負(fù)載需求功率較大，單個(gè)穩(wěn)壓電源不能滿足要求時(shí)，通過均流電路采樣 穩(wěn)壓電源的半波整流濾波電路的輸出電流，輸出調(diào)節(jié)電壓到反饋電路，與反饋電路一起控 制脈寬調(diào)制電路輸出脈沖信號(hào)的占空比值，一個(gè)穩(wěn)壓電源對(duì)應(yīng)一個(gè)均流電路，使n個(gè)穩(wěn)壓電 源模塊的輸出電流平均分布；
[0025] 步驟5:通過探管測(cè)量鉆井參數(shù)信息及地層信息數(shù)據(jù)，并在其內(nèi)部對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理后進(jìn)行編碼傳輸;穩(wěn)壓電源對(duì)探管供電；
[0026] 步驟6:通過信號(hào)采集電路采樣=相整流濾波電路的輸出電壓、n個(gè)穩(wěn)壓電源的輸 出電流、穩(wěn)壓電源的輸出電壓W及探管編碼的測(cè)量數(shù)據(jù)；
[0027] 步驟7:判斷探管是否上傳有效編碼信號(hào)，若沒有上傳，則按設(shè)定的采樣時(shí)間間隔 由信號(hào)采集電路繼續(xù)采樣；
[0028] 步驟8:若探管上傳有效編碼信號(hào)，則該數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)采集電路送入控制電路中的微 處理器中；
[0029] 步驟9:通過控制電路中的微處理器對(duì)信號(hào)采集電路采集的的輸出電壓和測(cè)量數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理，并輸出調(diào)整一個(gè)周期內(nèi)脈寬調(diào)制波形占空比的脈寬調(diào)制波形；
[0030] 步驟10:通過驅(qū)動(dòng)電路接收微處理器輸