本文公开了用于对大容量能量储存电容器充电(诸如用于在井下工具中致动螺线管)的方法和设备。可能以泥浆为动力的发电机提供与其旋转速度成比例的整流电压。将所述整流电压提供到单端初级电感转换器，所述单端初级电感转换器进而在跨大容量电容器16的电压降低到介于预定较高与较低设置点之间时对所述大容量电容器充电。一旦使所述大容量电容器放电，诸如来自用于形成泥浆压力脉冲的电磁阀的致动，控制逻辑还导致所述转换器停止对所述大容量电容器16充电以提高电路效率和性能。也可提供电池以经由限流器来对所述大容量电容器充电，并且断开电路防止所述电池在所述发电机正经由所述转换器对所述大容量电容器充电时对所述大容量电容器充电。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体涉及油田设备，并且具体来说涉及井下工具。
技术介绍
各种井下工具使用泥浆脉冲遥测技术以在钻井操作期间传输信息。一种公知方法使用泥浆脉冲发生器以在钻孔中形成负压脉冲。螺线管用于在系统中打开和关闭产生进入钻井泥浆的压力脉冲的阀。这些脉冲对应于曼彻斯特或其它编码系统以使得信号能够从钻孔底部传输到表面。现有布置通常由高电容的大容量电容器(例如，7600yF)驱动电磁阀，该大容量电容器储存所需电能并且提供高的放电能力以快速致动螺线管。通过在螺线管致动的实例之间使用较低电流额定直流固定电压电源，大容量电容器与其放电的情况相比，充电更加缓慢。例如，大容量电容器可由一个或多个电池(诸如一系列90V电池)通过线性限流电路充电。限流器的目的是防止电池在电容器充电过程中由于过量的电流而受损。然而，线性限流器效率较低。例如，虽然大容量电容器在700mA下从60V充电到90V，但每个充电周期所损失的平均功率为10.5瓦特。替代地，由泥浆流提供动力的发电机可以用于对大容量电容器充电。由于发电机输出电压与泥浆流(其可变)成比例，因此在发电机下游使用经过调整的直流电源电路以对大容量电容器充电。经过调整的电源往往较大、增加了复杂性并且具有有限的输入电压范围和操作温度极限。因此，期望提供直流电源电路，该直流电源电路配合在井下工具的有限可用空间内、延长了发电机的操作范围并且在较高温度下操作。另外，期望提供直流电源电路，该直流电源电路允许由电池或以泥浆为动力的发电机对大容量电容器充电。【附图说明】在下文参照附图详细描述了实施方案，附图中:图1是根据优选实施方案的随钻测量系统的块级示意图，示出了用于在地下钻出钻孔的钻柱和钻头以及设置在钻柱中的泥浆脉冲遥测工具，该泥浆脉冲遥测工具合并有图2的大容量电容器充电电路；图2是根据优选实施方案的大容量电容器充电电路的简化的块级示意图，示出了用于经由转换器对电容器充电的发电机；图3是图2的大容量电容器充电电路的详细的示意图，示出了改进型单端初级电感转换器的细节；图4是示出了由图3的大容量电容器充电电路实现的逻辑的流程图；图5是图2的大容量充电电路的简化的块级示意图，该大容量充电电路通过电池和电池控制电路扩充以允许由转换器或由电池堆大容量电容器充电；图6是根据实施方案的图5的大容量电容器充电电路的详细的示意图；以及图7是示出了由图6的大容量电容器充电电路所实施的电池连接逻辑的流程图。【具体实施方式】将注意力转向图1，其示出了本公开的随钻测量(MffD)或随钻测井(LWD)系统。概括地说，图1所示的系统一般由标号20标识。MWD系统20可以包括陆地钻机22。然而，本公开的教导可以令人满意地结合以下各项使用:海上平台；半潜式平台；钻井船；以及任何其它令人满意地用于形成延伸穿过一个或多个井下岩层的井筒的钻井系统。可以将钻机22和相关定向钻井设备50邻近井口24定位。钻机22还包括旋转台38、旋转驱动马达40和其它与钻柱32在井筒60内的旋转相关的设备。可以在钻柱32的外部与井筒60的内径之间形成环形区66。对于某些应用来说，钻机22还可包括顶部驱动马达或顶部驱动单元42。也可在井口 24处提供防喷器(未明确示出)和其它与钻出井筒相关的设备。一个或多个栗48可以用于将钻井流体46从流体储层或流体储池30栗送到钻柱32从井口 24伸出的一端。导管34可以用于将钻井流体从栗48供应到钻柱32从井口 24伸出的一端。导管36可以用于使钻井流体、储层流体、岩层切肩和/或井下钻肩从井筒60的底部或端部62返回到流体储层或流体储池30。各种类型的管、管道和/或导管可以用于形成导管34和36。钻柱32可以从井口24伸出并且可以与钻井流体供应装置(诸如，储池或储层30)耦接。钻柱32的相对端部可以包括底部钻具组件90，该底部钻具组件具有邻近井筒60的端部62设置的旋转钻头100。如本领域公知的，底部钻具组件90还可包括钻头接头、泥浆马达、稳定器、钻环或类似设备。旋转钻头100可以包括一条或多条流体流动通路，该一条或多条流体流动通路具有相应喷嘴设置于其中。可以将各种类型的钻井流体46从储层30通过栗48和导管34栗送到钻柱32从井口 24伸出的一端。钻井流体46可以流过钻柱32的纵向孔(未明确示出)并且从形成于旋转钻头100中的喷嘴离开。钻井流体46可以在井筒60的端部62与钻头100附近的岩层切肩及其它井下流体和钻肩混合。钻井流体随后向上流过环形区66以使岩层切肩和其它井下钻肩返回到井口 24。导管36可以使钻井流体返回到储层30。可以提供各种类型的筛网、过滤器和/或离心机(未明确示出)以在使钻井流体返回到储池30之后移除岩层切肩和其它井下钻肩。底部钻具组件90还可包括各种工具91，这些工具提供测井或测量数据和其它关于井筒60的信息。该数据和信息可由控制系统50监视。具体来说，底部钻具组件90包括井下工具91，该井下工具具有遥测装置，该遥测装置包括如以下相对于图2至图4所述的大容量电容器充电电路10或10'。然而，在底部钻具组件90中也可能在适当时包括其它各种类型的工具。可以将测量数据和其它信息使用MWD技术通过钻柱32或环形区内的流体从井筒60的端部62传送出来并且在井表面24上转换成电信号。电导管或电线52可以将这些电信号传送到输入装置54。随后可以将由输入装置54所提供的测量数据引导到数据处理系统56。可以提供各种显示器58作为控制系统50的一部分。对于某些应用来说，打印机59和相关打印件59a也可用于监视钻柱32、底部钻具组件90和相关旋转钻头100的性能。可以将输出57传送到与操作钻机22相关的各种部件并且也可将这些输出传送到各种远程位置以监视钻井系统20的性能。图2是根据优选实施方案的大容量电容器充电电路10的简化的示意图，说明了大容量电容器充电电路的操作原理。井下发电机12与其旋转速度成比例的整流电压。发电机12优选通过钻井流体的流动提供动力，该钻井流体可以经由钻柱32(图1)提供到发电机12。在某些实施方案中，发电机12的有用电压范围为约100伏至400伏。将整流电压提供到转换器14，该转换器进而对大容量电容器16充电。也就是说，转换器14如以下进一步描述将电荷从发电机12选择性地转移到大容量电容器16。大容量电容器16可为被指定用于储存为了操作井下工具91的致动器(未示出)而使用的能量的大型电容器。在实施方案中，井下工具91可以包括遥测装置，并且致动器可为例如用于在钻井流体中产生压力脉冲的螺线管操作阀的螺线管。虽然本文将大容量电容器16描述为单个电容器，但本领域技术人员将理解，大容量电容器16可以包括并行连接在一起的多个离散的电容器，或其组合。可以将转换器14定位在井下工具91(图1)中，该转换器具有壳体92，该壳体保护这些电子部件免受井下环境的危害。也可将发电机12和/或大容量电容器16如图2所示与转换器14 一起定位在壳体92中。替代地，例如，可以将转换器14、发电机12和大容量电容器16如图5所示定位在底部钻具组件90内的一个或多个井下部件中。转换器14界定双端口网络，该双端口网络通过一对输入终端13和一对输出终端17来表征。发电机12连接到输入终端13并且提供与发电机本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种井下工具，其包括：壳体；大容量电容器，所述大容量电容器被设置在所述壳体中并且被布置用于能量储存；发电机，所述发电机被设置在所述壳体中并且流体地耦接到流体供应装置用于为所述发电机提供动力；以及单端初级电感转换器，所述单端初级电感转换器被设置在所述壳体中并且选择性地耦接在所述大容量电容器与所述发电机之间，以便当跨所述大容量电容器的电压介于较低设置点与较高设置点之间时，将电荷从所述发电机转移到所述大容量电容器。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：P·F·威廉姆斯，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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