智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路制造技術

本實用新型專利技術提供了一種智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路，包括依次連接的泥漿渦輪發電機、三相整流濾波電路、穩壓電路、探管、信號采集電路、控制電路和驅動電路，所述穩壓電路為n個獨立的穩壓電源的并聯結構，每個所述穩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、脈寬調制電路依次連接構成的回路電路，所述半波整流濾波電路的輸出端連接探管。本實用新型專利技術具有以下優勢：基于脈寬調制技術設計井下電源及脈沖驅動系統，根據負載用電需求由反激式開關穩壓電源進行電能變換，獲得穩定的直流電能輸出，由微處理器脈寬調制端口輸出一定占空比值的脈寬調制波形，保證脈沖信號發生器驅動電流的穩定。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于石油、天然氣鉆井
，尤其是涉及一種智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路。
技術介紹
石油鉆井工具中，鉆井液泥漿沖刷渦輪發電機的轉子，渦輪發電機產生低頻三相交流電能，用于為石油鉆井工具電子控制單元等用電負載供電，同時，鉆井液泥漿作為傳輸介質，采用脈沖信號發生器按照編碼要求通過改變泥漿流道的橫截面積實現井下探管測量信號與地面控制信號的雙向傳輸。然而，由于在鉆進過程中，鉆井液泥漿排量波動較大，導致由泥漿渦輪發電機轉換出的電能存在較大的波動，造成用電負載工作的穩定性差，脈沖信號發生器產生脈沖信號時，供電電壓不穩定會造成脈沖信號發生器驅動能力不足，信號傳輸過程中存在丟幀或信號斷續，從而導致地面解碼錯誤或無信號，影響智能鉆井工具的工作性能和使用壽命。脈寬調制技術作為一種通過控制功率器件通斷時間的比率來維持穩定電壓輸出的技術，具有輸入電壓范圍寬、體積小、效率高等優點，將其應用于井下電源系統的設計中，將泥漿渦輪發電機轉換出的寬輸入范圍交流電能根據不同負載需求轉換成合適的穩定直流電能輸出，提高用電負載工作的穩定性和安全性；針對泥漿渦輪發電機轉換電能范圍寬的特點，采用脈寬調制技術對脈沖信號發生器的供電電壓進行合理分配，保證脈沖信號發生器驅動電流的穩定性以使其具有足夠的驅動能力，提高泥漿脈沖信號傳輸的穩定性和準確性，降低因信號傳輸過程中存在的丟幀、無信號現象造成的井下測量 數據丟失的風險。
技術實現思路
有鑒于此，本技術旨在提出一種智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路，以解決泥漿流量波動大造成的井下電源系統供電穩定性差、脈沖信號發生器驅動能力不足的問題。為達到上述目的，本技術的技術方案是這樣實現的：一種智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路，包括依次連接的泥漿渦輪發電機、三相整流濾波電路、穩壓電路、探管、信號采集電路、控制電路和驅動電路，所述穩壓電路為n個獨立的穩壓電源的并聯結構，每個所述穩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、脈寬調制電路依次連接構成的回路電路，所述反激式變壓器的輸入端連接三相整流濾波電路，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；所述信號采集電路的輸入端連接整流濾波電路的輸出端信號、穩壓電路的輸出端信號、探管的輸出端信號；所述控制電路包括微處理器，所述微處理器連接信號采集電路的輸出端；所述驅動電路還連接三相整流濾波電路的輸出端信號。進一步的，所述三相整流濾波電路和穩壓電路的脈寬調制電路之間設有保護電路，所述保護電路包括電壓保護電路和電流保護電路，電壓保護電路包括欠壓保護電路和過壓保護電路。進一步的，每個所述半波整流濾波電路和探管之間均設有均流電路，所述均流電路連接信號采集電路和反饋電路。進一步的，所述三相整流濾波電路和穩壓電路之間設有消振電路，消振電路可將采樣的振蕩電壓通過消振電阻導入接地端。相對于現有技術，本技術智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路具有以下優勢：基于脈寬調制技術設計井下電源及脈沖驅動系統，根據負載用電需求由反激式開關穩壓電源進行電能變換，獲得穩定的直流電能輸出，由微處理器脈寬調制端口輸出一定占空比值的脈寬調制波形，保證脈沖信號發生器驅動電流的穩定，滿足在井下高溫、振動、沖擊等惡劣環境下智能鉆井工具電子控制單元等負載的用電需求，保證脈沖信號發生器工作時具有足夠的驅動能力，提高了智能鉆井工具井下工作的穩定性、安全性和使用壽命。附圖說明構成本技術的一部分的附圖用來提供對本技術的進一步理解，本技術的示意性實施例及其說明用于解釋本技術，并不構成對本技術的不當限定。在附圖中：圖1為本技術實施例所述智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動系統結構圖。圖2為本技術實施例所述智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動系統工作流程圖。圖3為本技術實施例所述智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動系統一實施例的輸入-輸出效率試驗曲線。圖4為本技術實施例所述智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動系統一實施例的另一輸入-輸出效率試驗曲線。圖5為本技術實施例所述智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動系統一實施例的高溫測試曲線。圖6為本技術實施例所述智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動系統一實施例的另一高溫測試曲線。圖7為本技術實施例所述智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動系統一實施例的另一高溫測試曲線。具體實施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本技術中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本技術。一種智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路，如圖1所示，包括依次連接的泥漿渦輪發電機、三相整流濾波電路、穩壓電路、探管、信號采集電路、控制電路和驅動電路，所述泥漿渦輪發電機產生低頻三相交流電能，用于為智能鉆井工具供電；所述三相整流濾波電路，對泥漿渦輪發電機輸出的低頻三相交流電能進行二極管全橋整流和電容濾波，輸出粗直流電能；所述穩壓電路為n個獨立的穩壓電源的并聯結構，每個所述穩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、脈寬調制電路依次連接構成的回路電路，所述反激式變壓器的輸入端連接三相整流濾波電路的輸出端信號，將三相整流濾波電路輸出的粗直流電能轉換成高頻交流電能；所述半波整流濾波電路對高頻交流電能進行二極管半波整流和電容濾波后輸出給探管；反饋電路采樣半波整流濾波電路的輸出電壓，脈寬調制電路根據 反饋電路的采樣值調整一個周期內輸出脈沖信號的占空比值，用于控制反激式變壓器的電能轉換效率，達到穩定輸出電壓的目的；其中，n為大于等于1的自然數，n的值由驅動負載所需的功率大小決定，實現根據負載需求將粗直流電能轉換成穩定的精細直流電能；所述探管用于測量包括井斜、方位等鉆井參數信息及電阻率，還有伽馬等地層信息，在內部對測量數據進行處理后進行編碼傳輸；所述信號采集電路的輸入端連接整流濾波電路的輸出端信號、穩壓電路的輸出端信號和探管的輸出端信號；用于采集三相整流濾波電路的輸出電壓、各獨立穩壓電源的輸出電流、穩壓電源的輸出電壓以及探管編碼的測量數據；所述控制電路包括微處理器，所述微處理器連接信號采集電路的輸出端，還包括與微處理器連接的存儲電路、監控電路和計算機，微處理器接收信號采集電路的采樣信號，進行A/D轉換和計算后，由存儲電路進行保存，還產生脈寬調制波形；監控電路監控微處理器的運行狀態，當微處理器工作異常時，由監控電路進行復位操作，通過串行通信接口，微處理器和計算機之間可實現信息交互；所述驅動電路還連接三相整流濾波電路的輸出端信號，驅動電路在控制電路的脈寬調制波形的控制下，驅動脈沖信號發生器動作，將探管編碼的測量數據以壓力波的形式傳輸至地面立管處；所述探管編碼的測量數據經信號采集電路進入控制電路中的微處理器中，在微處理器接收到有效測量信號后，在信號有效的時間段內，微處理器根據信號采集電路采集到的當前三相整流濾波電路的輸出電壓值調節輸出脈沖波形的占空比值，驅動電路由三相整流濾波電路輸出的寬范圍粗直流電能供電，在脈寬調制波形的控制下，驅動電路為脈沖信號發生器提供穩定的 驅動電流，保證在探管編碼的測量數據到來時，脈沖信號發生器的針閥正常動作產生壓力脈沖，經鉆井液泥漿傳輸到地面立管處，解碼后顯示在計算機屏幕上，供地面人員進行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路，其特征在于：包括依次連接的泥漿渦輪發電機、三相整流濾波電路、穩壓電路、探管、信號采集電路、控制電路和驅動電路，所述穩壓電路為n個獨立的穩壓電源的并聯結構，每個所述穩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、脈寬調制電路依次連接構成的回路電路，所述反激式變壓器的輸入端連接三相整流濾波電路，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；所述信號采集電路的輸入端連接整流濾波電路的輸出端信號、穩壓電路的輸出端信號、探管的輸出端信號；所述控制電路包括微處理器，所述微處理器連接信號采集電路的輸出端；所述驅動電路還連接三相整流濾波電路的輸出端信號。

【技術特征摘要】
1.智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路，其特征在于：包括依次連接的泥漿渦輪發電機、三相整流濾波電路、穩壓電路、探管、信號采集電路、控制電路和驅動電路，所述穩壓電路為n個獨立的穩壓電源的并聯結構，每個所述穩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、脈寬調制電路依次連接構成的回路電路，所述反激式變壓器的輸入端連接三相整流濾波電路，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；所述信號采集電路的輸入端連接整流濾波電路的輸出端信號、穩壓電路的輸出端信號、探管的輸出端信號；所述控制電路包括微處理器，所述微處理器連接信號采集電路的輸出端；所述驅動電路還連...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李紹輝，魏春明，汝大軍，王海巖，馬哲，韓曉文，魏慶振，郭佳，白大鵬，
申請(專利權)人：中國石油集團渤海鉆探工程有限公司，
類型：新型
國別省市：天津;12