一种基于双向通讯的泥浆脉冲发生系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双向通讯的泥浆脉冲发生系统，包括：涡轮定子，其包括至少两个具有预设开口角度的定子开口；涡轮转子，其侧壁通过若干个开口间隔形成至少一个宽叶片和至少一个窄叶片；发电模块，其用于为在涡轮转子的旋转下驱动发电以及为主控装置和井下测控系统供电；主控装置，其用于基于上传信息，通过控制发电模块的动态负载开关而控制宽叶片或窄叶片通过定子开口的相对时间，在定子开口处产生具有可变时间间隔的上行脉冲信号，以及监测发电模块输出的三相交流电压信号并进行解码。本发明专利技术所产生的压力波动脉冲出现的频率远高于传统开关阀式脉冲器脉冲速率，并在实现发生泥浆脉冲的同时，不需要外部供电，且可向外供电。供电。供电。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双向通讯的泥浆脉冲发生系统


[0001]本专利技术涉及石油钻井工程随钻测量
，尤其是涉及一种基于双向通讯的泥浆脉冲发生系统。

技术介绍

[0002]随着随钻测井和地质导向等钻井技术的发展，随钻测量的井下参数越来越多，对测量的实时性要求越来越高，开关阀式负脉冲和正脉冲因传输速率低无法满足大量地质参数的传输，应用受到限制，连续波脉冲传输方式传输速率高，抗干扰能力强，可能成为使用最为广泛、发展潜力极大的数据传输方式。
[0003]现有的连续波泥浆脉冲信号发生器有旋转阀式和剪切阀式两种，其工作原理主要是在转子的上方或下方安装定子，转子在电机单独驱动或电机与泥浆共同作用下旋转，形成定、转子过流面积周期性变化，从而使钻柱内的压力发生连续正压力脉冲，经控制系统编码后转子受控旋转形成一系列的周期性正压力脉冲信号，并传递给地面接收装置，其数据传输速度快，可以达到5
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40bit。另外，常规开关阀式脉冲器虽然具有功耗小的优势，但需要使用电池供电；而且，高速率的连续波脉冲器因驱动转子克服液动力和摩擦扭矩高速旋转或剪切振荡，需要的功率较大，通常配置专用的泥浆发电机供电。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于双向通讯的泥浆脉冲发生系统，包括：涡轮定子，其包括至少两个具有预设开口角度的定子开口；涡轮转子，所述涡轮转子的侧壁通过若干个开口间隔形成至少一个宽叶片和至少一个窄叶片；发电模块，其用于为在所述涡轮转子的旋转下驱动发电以及为主控装置和井下测控系统供电；所述主控装置，其用于基于上行信息，通过控制所述发电模块的动态负载开关而控制所述宽叶片或所述窄叶片通过所述定子开口的相对时间，在所述定子开口处产生具有可变时间间隔的上行脉冲信号，以及监测所述发电模块输出的三相交流电压信号并进行解码。
[0005]优选地，所述预设开口角度满足定子开口角度条件，其中，所述定子开口角度条件为平角角度与所述预设开口角度的比值为整数且该比值大于或等于2。
[0006]优选地，所述涡轮定子的轴向高度利用如下表达式来确定：
[0007][0008]其中，H1表示所述涡轮定子的轴向高度，D1表示所述涡轮定子的最大外圆直径，B表示所述涡轮定子的螺旋角度；所述涡轮转子的轴向高度与所述涡轮定子的轴向高度相同。
[0009]优选地，所述宽叶片对应的圆心角度与所述预设开口角度相同，或者所述宽叶片对应的圆心角度小于且接近于所述预设开口角度。
[0010]优选地，所述窄叶片对应的圆心角度按照如下表达式来确定：
[0011][0012]其中，D2表示所述窄叶片对应的圆心角度，E表示所述宽叶片对应的圆心角度，n表示在所述涡轮转子的截面的半圆范围内至少设置一个窄叶片时当前转子所具有的窄叶片的总个数。
[0013]优选地，所述发电模块采用多极对数的低转速发电机设备，其中，所述发电模块的极对数为圆周角度与所述预设开口角度的比值的2倍。
[0014]优选地，所述主控装置包括：脉冲控制模块，其用于根据对所述发电模块的输出电压的状态监测结果和当前需要向地面传输的上行信息来选择不同的时间间隔编码策略，从而生成所述上行脉冲信号。
[0015]优选地，所述脉冲控制模块，其用于对所述发电模块所输出的三相交流电压的各相信号的波形连续变化状态进行监测，在检测信号状态为第一状态时，控制所述动态负载开关处于断开状态，其中，第一状态的波形是由多个整波时间周期为t1的第一波形和整波时间周期为t2的第二波形组合而成，所述第一波形为由所述窄叶片通过所述定子开口时而形成，所述第二波形和所述上行脉冲信号中的脉冲为由所述宽叶片通过所述定子开口时而形成。
[0016]优选地，所述脉冲控制模块，其还用于识别从所述井下测控系统处获得的所述上行信息，并根据所述上行信息确定相应的时间间隔编码策略组合，而后按照所述时间间隔编码策略组合中指示的各状态元素对应的动态负载开关通断控制方式，使得在涡轮定子处形成所述具有可变时间间隔的上行脉冲信号，从而实现上行信息向地面的传输，其中，所述时间间隔编码策略组合由不同类型的状态元素按照基于所述上行信息生成的指定状态顺序排列而成，所述状态元素包括第一状态和不同类型的第一状态改动状态，所述第一状态改动状态是在由所述脉冲控制模块将所述第一状态波形中出现的一个或多个所述第一波形的位置通过对动态负载进行开通控制而替代时所形成的三相交流电压信号的状态。
[0017]优选地，所述主控装置还包括：解码模块，其用于对所述三相交流电压信号的电压幅值变化特征进行监测，在检测出该电压信号含有下行信息时，对当前三相交流电压信号进行解算并生成相应的下行信息，从而将所述下行信息转发至所述井下测控系统。
[0018]优选地，所述主控装置还包括：整流模块，其与所述发电模块的三相交流输出端连接，用于获取所述发电模块输出的三相交流电压并对其进行整流处理，以为所述发电模块的可控负载供电；直流电压转换模块，其与所述整流模块的输出端连接，用于将整流后的输出电压信号进行直流电压转换处理，生成不同直流电压等级的电源信号，以为所述井下测控系统和所述主控装置内的解码模块及所述脉冲控制模块供电。
[0019]优选地，所述三相交流电压信号的幅度变化通过泥浆排量变化控制来实现。
[0020]与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0021]本专利技术公开了一种基于双向通讯的泥浆脉冲发生系统。该系统采用多极对数的低转速发电机模块，并由具有特定扇形开口的定和带有等距分布的两种截面形状的直叶片的涡轮转子驱动发电，由控制电路对发电机输出信号进行整流，可以向外部系统供电，同时通
过对负载的通断控制，动态调整发电机负载，根据上行信息与特定编码时间规则的对应关系网络，形成发电机负载的特定变化规律，使得涡轮转子在旋转一周过程中，两种截面形式的转子叶片通过涡轮定子开口，产生基于相邻有效脉冲间隔可变的压力脉冲泥浆信号，由于受发电机负载影响使得有效压力脉冲出现的时机与特定编码规则对应，最终形成地面可以接收并解码的压力脉冲序列。另外，受地面系统控制下的排量变化的影响，涡轮转子的转速发生变化，从而使发电机电压输出产生变化，通过地面按照设定的规则对排量进行控制，产生特定排量变化，控制电路检测发电机电压的变化，根据设定的规则解算数据。本专利技术所产生的压力波动脉冲出现的频率由本专利技术中的定子、转子以及发电模块特性共同决定，能够产生远高于传统开关阀式脉冲器脉冲速率，甚至接近或超过连续波脉冲器。并且在实现发生泥浆脉冲的同时，不需要外部供电，且可向外供电。
[0022]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0023]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双向通讯的泥浆脉冲发生系统，包括：涡轮定子，其包括至少两个具有预设开口角度的定子开口；涡轮转子，所述涡轮转子的侧壁通过若干个开口间隔形成至少一个宽叶片和至少一个窄叶片；发电模块，其用于为在所述涡轮转子的旋转下驱动发电以及为主控装置和井下测控系统供电；所述主控装置，其用于基于上行信息，通过控制所述发电模块的动态负载开关而控制所述宽叶片或所述窄叶片通过所述定子开口的相对时间，在所述定子开口处产生具有可变时间间隔的上行脉冲信号，以及监测所述发电模块输出的三相交流电压信号并进行解码。2.根据权利要求1所述的泥浆脉冲发生系统，其特征在于，所述预设开口角度满足定子开口角度条件，其中，所述定子开口角度条件为平角角度与所述预设开口角度的比值为整数且该比值大于或等于2。3.根据权利要求1或2所述的泥浆脉冲发生系统，其特征在于，所述涡轮定子的轴向高度利用如下表达式来确定：其中，H1表示所述涡轮定子的轴向高度，D1表示所述涡轮定子的最大外圆直径，B表示所述涡轮定子的螺旋角度；所述涡轮转子的轴向高度与所述涡轮定子的轴向高度相同。4.根据权利要求1～3中任一项所述的泥浆脉冲发生系统，其特征在于，所述宽叶片对应的圆心角度与所述预设开口角度相同，或者所述宽叶片对应的圆心角度小于且接近于所述预设开口角度。5.根据权利要求4所述的泥浆脉冲发生系统，其特征在于，所述窄叶片对应的圆心角度按照如下表达式来确定：其中，D2表示所述窄叶片对应的圆心角度，E表示所述宽叶片对应的圆心角度，n表示在所述涡轮转子的截面的半圆范围内至少设置一个窄叶片时当前转子所具有的窄叶片的总个数。6.根据权利要求1～5中任一项所述的泥浆脉冲发生系统，其特征在于，所述发电模块采用多极对数的低转速发电机设备，其中，所述发电模块的极对数为圆周角度与所述预设开口角度的比值的2倍。7.根据权利要求1～6中任一项所述的泥浆脉冲发生系统，其特征在于，所述主控装置包括：脉冲控制模块，其用于根据对所述发电模块的输出电压的状态监测结果和当前需要向地面传输的上行信息来选择不同的时间间隔编码策略，从而生成所述上行脉冲信号。8.根据权利要求7所述的泥浆脉冲发生系统，其特征在于，所述脉冲控制模块，其用于对所述发电模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴柏志，陈威，马清明，杨宁宁，侯树刚，肖红兵，李闪，刘庆龙，刘文庭，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司中石化经纬有限公司中石化经纬有限公司地质测控技术研究院，
类型：发明
国别省市：