智能钻井工具井下电源实现方法及脉冲驱动方法和电路技术

本发明专利技术创造提供了一种智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，包括依次连接的泥浆涡轮发电机、三相整流滤波电路、稳压电路、探管、信号采集电路、控制电路和驱动电路，所述稳压电路为n个独立的稳压电源的并联结构，每个所述稳压电源均包括由反激式变压器、半波整流滤波电路、反馈电路、脉宽调制电路依次连接构成的回路电路，所述半波整流滤波电路的输出端连接探管。本发明专利技术创造具有以下优势：基于脉宽调制技术设计井下电源及脉冲驱动系统，根据负载用电需求由反激式开关稳压电源进行电能变换，获得稳定的直流电能输出，由微处理器脉宽调制端口输出一定占空比值的脉宽调制波形，保证脉冲信号发生器驱动电流的稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术创造属于石油、天然气钻井
，尤其是涉及一种智能钻井工具井下电源实现方法及脉冲驱动方法和电路。
技术介绍
石油钻井工具中，钻井液泥浆冲刷涡轮发电机的转子，涡轮发电机产生低频三相交流电能，用于为石油钻井工具电子控制单元等用电负载供电，同时，钻井液泥浆作为传输介质，采用脉冲信号发生器按照编码要求通过改变泥浆流道的横截面积实现井下探管测量信号与地面控制信号的双向传输。然而，由于在钻进过程中，钻井液泥浆排量波动较大，导致由泥浆涡轮发电机转换出的电能存在较大的波动，造成用电负载工作的稳定性差，脉冲信号发生器产生脉冲信号时，供电电压不稳定会造成脉冲信号发生器驱动能力不足，信号传输过程中存在丢帧或信号断续，从而导致地面解码错误或无信号，影响智能钻井工具的工作性能和使用寿命。脉宽调制技术作为一种通过控制功率器件通断时间的比率来维持稳定电压输出的技术，具有输入电压范围宽、体积小、效率高等优点，将其应用于井下电源系统的设计中，将泥浆涡轮发电机转换出的宽输入范围交流电能根据不同负载需求转换成合适的稳定直流电能输出，提高用电负载工作的稳定性和安全性；针对泥浆涡轮发电机转换电能范围宽的特点，采用脉宽调制技术对脉冲信号发生器的供电电压进行合理分配，保证脉冲信号发生器驱动电流的稳定性以使其具有足够的驱动能力，提高泥浆脉冲信号传输的稳定性和准确性，降低因信号传输过程中存在的丢帧、无信号现象造成的井下测量r>数据丢失的风险。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，以解决泥浆流量波动大造成的井下电源系统供电稳定性差、脉冲信号发生器驱动能力不足的问题。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，包括依次连接的泥浆涡轮发电机、三相整流滤波电路、稳压电路、探管、信号采集电路、控制电路和驱动电路，所述稳压电路为n个独立的稳压电源的并联结构，每个所述稳压电源均包括由反激式变压器、半波整流滤波电路、反馈电路、脉宽调制电路依次连接构成的回路电路，所述反激式变压器的输入端连接三相整流滤波电路，所述半波整流滤波电路的输出端连接探管；其中，n为大于等于1的自然数；所述信号采集电路的输入端连接整流滤波电路的输出端信号、稳压电路的输出端信号、探管的输出端信号；所述控制电路包括微处理器，所述微处理器连接信号采集电路的输出端；所述驱动电路还连接三相整流滤波电路的输出端信号。进一步的，所述三相整流滤波电路和稳压电路的脉宽调制电路之间设有保护电路，所述保护电路包括电压保护电路和电流保护电路，电压保护电路包括欠压保护电路和过压保护电路。进一步的，每个所述半波整流滤波电路和探管之间均设有均流电路，所述均流电路连接信号采集电路和反馈电路。进一步的，所述三相整流滤波电路和稳压电路之间设有消振电路，消振电路可将采样的振荡电压通过消振电阻导入接地端。相对于现有技术，本专利技术创造智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路具有以下优势：基于脉宽调制技术设计井下电源及脉冲驱动系统，根据负载用电需求由反激式开关稳压电源进行电能变换，获得稳定的直流电能输出，由微处理器脉宽调制端口输出一定占空比值的脉宽调制波形，保证脉冲信号发生器驱动电流的稳定，满足在井下高温、振动、冲击等恶劣环境下智能钻井工具电子控制单元等负载的用电需求，保证脉冲信号发生器工作时具有足够的驱动能力，提高了智能钻井工具井下工作的稳定性、安全性和使用寿命。本专利技术创造的另一目的在于提出一种智能钻井工具井下电源实现方法及脉冲驱动方法，以以解决泥浆流量波动大造成的井下电源系统供电稳定性差、脉冲信号发生器驱动能力不足的问题。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种智能钻井工具井下电源实现方法及脉冲驱动方法，其特征在于包含如下内容：步骤1：通过涡轮发电机产生低频三相交流电能；步骤2：通过三相整流滤波电路对交流电能进行整流滤波；步骤3：通过电压保护电路采样三相整流滤波电路的输出电压，通过电流保护电路采样井下电源系统的回路电流，当三相整流滤波电路的输出电压、井下电源系统的回路电流处于安全阈值范围内时，通过反激式变压器将三相整流滤波电路输出的粗直流电能转换成高频交流电能，再由半波整流滤波电路对高频交流电能进行半波整流和电容滤波，同时通过反馈电路采样半波整流滤波电路的输出电压，送入脉宽调制电路，通过脉宽调制电路调整一个周期内脉冲信号的占空比值，以控制反激式变压器的电能转换效率，其中反激式变压器、半波整流滤波电路、反馈电路、脉宽调制电路依次连接构成的回路电路构成稳压电源；其中当负载需求功率较大，单个稳压电源不能满足要求时，采用n个稳压电源并联的结构；当检测到电压和电流值处于预先设定的阈值范围之外时，稳压电源中的脉宽调制电路停止输出脉冲信号，反激式变压器停止工作，稳压电源无电能输出；步骤4：当负载需求功率较大，单个稳压电源不能满足要求时，通过均流电路采样稳压电源的半波整流滤波电路的输出电流，输出调节电压到反馈电路，与反馈电路一起控制脉宽调制电路输出脉冲信号的占空比值，一个稳压电源对应一个均流电路，使n个稳压电源模块的输出电流平均分布；步骤5：通过探管测量钻井参数信息及地层信息数据，并在其内部对测量数据进行处理后进行编码传输；稳压电源对探管供电；步骤6：通过信号采集电路采样三相整流滤波电路的输出电压、n个稳压电源的输出电流、稳压电源的输出电压以及探管编码的测量数据；步骤7：判断探管是否上传有效编码信号，若没有上传，则按设定的采样时间间隔由信号采集电路继续采样；步骤8：若探管上传有效编码信号，则该数据经信号采集电路送入控制电路中的微处理器中；步骤9：通过控制电路中的微处理器对信号采集电路采集的的输出电压和测量数据进行处理，并输出调整一个周期内脉宽调制波形占空比的脉宽调制波形；步骤10：通过驱动电路接收微处理器输出的脉宽调制波形，并驱动脉冲信号发生器产生压力脉冲，再经钻井液泥浆传输至地面立管处，解码后显示在计算机屏幕上。上述步骤3中当检测到电压和电流值在安全阈值范围内，还要判断是否存在自激振荡，若存在，通过消振电路中的大功率电阻进行振荡消除。上述步骤9中的微处理器将对信号采集电路采集的输出电压和测量数据进行处理，并存储至控制电路中的存储电路中，再通过监控电路实时监控微本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，其特征在于：包括依次连接的泥浆涡轮发电机、三相整流滤波电路、稳压电路、探管、信号采集电路、控制电路和驱动电路，所述稳压电路为n个独立的稳压电源的并联结构，每个所述稳压电源均包括由反激式变压器、半波整流滤波电路、反馈电路、脉宽调制电路依次连接构成的回路电路，所述反激式变压器的输入端连接三相整流滤波电路，所述半波整流滤波电路的输出端连接探管；其中，n为大于等于1的自然数；所述信号采集电路的输入端连接整流滤波电路的输出端信号、稳压电路的输出端信号、探管的输出端信号；所述控制电路包括微处理器，所述微处理器连接信号采集电路的输出端；所述驱动电路还连接三相整流滤波电路的输出端信号。

【技术特征摘要】
1.智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，其特征在于：包括依次连
接的泥浆涡轮发电机、三相整流滤波电路、稳压电路、探管、信号采集电路、
控制电路和驱动电路，
所述稳压电路为n个独立的稳压电源的并联结构，每个所述稳压电源均
包括由反激式变压器、半波整流滤波电路、反馈电路、脉宽调制电路依次连
接构成的回路电路，所述反激式变压器的输入端连接三相整流滤波电路，所
述半波整流滤波电路的输出端连接探管；其中，n为大于等于1的自然数；
所述信号采集电路的输入端连接整流滤波电路的输出端信号、稳压电路
的输出端信号、探管的输出端信号；
所述控制电路包括微处理器，所述微处理器连接信号采集电路的输出
端；
所述驱动电路还连接三相整流滤波电路的输出端信号。
2.根据权利要求1所述的智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，其
特征在于：所述三相整流滤波电路和稳压电路的脉宽调制电路之间设有保护
电路，所述保护电路包括电压保护电路和电流保护电路，电压保护电路包括
欠压保护电路和过压保护电路。
3.根据权利要求1所述的智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，其
特征在于：每个所述半波整流滤波电路和探管之间均设有均流电路，所述均
流电路连接信号采集电路和反馈电路。
4.根据权利要求1所述的智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，其
特征在于：所述三相整流滤波电路和稳压电路之间设有消振电路，消振电路
可将采样的振荡电压通过消振电阻导入接地端。
5.一种智能钻井工具井下电源实现方法及脉冲驱动方法，其特征在于

\t包含如下内容：
步骤1：通过涡轮发电机产生低频三相交流电能；
步骤2：通过三相整流滤波电路对交流电能进行整流滤波；
步骤3：通过电压保护电路采样三相整流滤波电路的输出电压，通过电
流保护电路采样井下电源系统的回路电流，
当三相整流滤波电路的输出电压、井下电源系统的回路电流处于安全阈
值范围内时，通过反激式变压器将三相整流滤波电路输出的粗直流电能转换
成高频交流电能，再由半波整流滤波电路对高频交流电能进行半波整流和电
容滤波，同时通过反馈电路采样半波整流滤波电路的输出电压，送入脉宽调
制电路，通过脉宽调制电路调整一个周期内脉冲信号的占空比值，以控制反
激式变压器的电能转换效率，其中反激式变压器、半波整流滤波电路、反馈
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绍辉，魏春明，汝大军，王海岩，马哲，韩晓文，魏庆振，郭佳，白大鹏，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12