[實(shí)用新型]用于隨鉆測(cè)量?jī)x器的旋轉(zhuǎn)式無(wú)線電能、信號(hào)傳輸系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420598825.3
• 申請(qǐng)日: 2014-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN204129941U
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李紹輝;馬哲;王海巖;張景良;白大鵬;黃峰;魏慶振;劉郅軒;楊春;郭佳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G08C17/02
• 分類(lèi)號(hào): G08C17/02
• 代理公司: 天津才智專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 王曉紅

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種用于隨鉆測(cè)量?jī)x器的旋轉(zhuǎn)式無(wú)線電能、信號(hào)傳輸系統(tǒng)，特別是涉及一種基于電磁耦合和載波通訊技術(shù)的近鉆頭隨鉆測(cè)量?jī)x器短節(jié)之間非接觸式電能傳輸和信號(hào)交互，屬于石油、天然氣鉆井領(lǐng)域。

背景技術(shù)

石油資源關(guān)系著一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和民生，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展導(dǎo)致對(duì)石油資源的需求不斷增長(zhǎng)，石油開(kāi)采變得日益重要。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，石油勘探、開(kāi)采技術(shù)向著自動(dòng)化、智能化方向持續(xù)發(fā)展。

隨鉆測(cè)量(MWD)和隨鉆測(cè)井(LWD)技術(shù)是目前定向井、大位移水平井、分支井鉆進(jìn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，隨鉆測(cè)量?jī)x器多采用機(jī)電液一體化的短節(jié)式連接方式，由泥漿脈沖發(fā)電機(jī)為井下控制系統(tǒng)和測(cè)量?jī)x器供電，短節(jié)之間的電能傳遞和信息交互采用導(dǎo)線式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接連接方式，電源線與信號(hào)線分立。這種連接方式容易受到腐蝕、水、灰塵和污物的影響，由于存在摩擦和磨損，因接觸、摩擦產(chǎn)生的電火花很容易引起爆炸，造成重大事故，系統(tǒng)的安全性、可靠性及使用壽命較低。對(duì)于不同短節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的隨鉆測(cè)量?jī)x器，傳統(tǒng)的電能、信號(hào)傳輸一般采用密封滑動(dòng)連接方式，這種方式雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但對(duì)滑動(dòng)接觸面的清潔度要求較高，可擴(kuò)展性差，由于鉆井過(guò)程中高溫、高壓、強(qiáng)振動(dòng)沖擊及泥漿的存在，導(dǎo)致滑動(dòng)磨損、接觸火花、碳積和不安全裸露導(dǎo)線等缺點(diǎn)。

如何實(shí)現(xiàn)隨鉆測(cè)量?jī)x器短節(jié)間電能、信號(hào)的安全、穩(wěn)定傳輸成為隨鉆測(cè)量?jī)x器的一個(gè)重要研究方向，針對(duì)導(dǎo)線式和滑環(huán)式連接方式存在的缺陷，設(shè)計(jì)一種基于電磁耦合理論的無(wú)線電能、信號(hào)傳輸方法，成為當(dāng)前智能鉆井領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，解決當(dāng)前隨鉆測(cè)量?jī)x器中短節(jié)間電能、信號(hào)傳輸采用的導(dǎo)線式、滑環(huán)式結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性和穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，基于電磁耦合技術(shù)和載波通訊原理，實(shí)現(xiàn)隨鉆測(cè)量?jī)x器短節(jié)之間非接觸電能、信號(hào)傳輸，提高碎成測(cè)量?jī)x器電能、信號(hào)傳輸?shù)陌踩浴⒎€(wěn)定性和可擴(kuò)展性，降低維修成本。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種用于隨鉆測(cè)量?jī)x器的旋轉(zhuǎn)式無(wú)線電能、信號(hào)傳輸系統(tǒng)，基于電磁耦合技術(shù)和載波通訊理論，在隨鉆測(cè)量?jī)x器短節(jié)連接處構(gòu)建旋轉(zhuǎn)式無(wú)線電能、信號(hào)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)短節(jié)之間安全、穩(wěn)定地進(jìn)行電能傳遞和信息交互，由電能轉(zhuǎn)換電路、載波通訊電路和電磁耦合機(jī)構(gòu)組成。其中，電能轉(zhuǎn)換電路包括整流濾波模塊、DC-DC模塊、高頻逆變模塊、電能拾取模塊和功率變換模塊，整流濾波模塊、DC-DC模塊、高頻逆變模塊放置在電源短節(jié)殼體的密封艙中，電能拾取模塊和功率變換模塊放置在控制短節(jié)殼體的密封艙中，泥漿脈沖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的低頻交流電能經(jīng)整流濾波模塊和DC-DC模塊后產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電能輸出至高頻逆變模塊，高頻逆變模塊將直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能輸出至電磁耦合機(jī)構(gòu)，由電磁耦合機(jī)構(gòu)以非接觸方式傳遞至控制短節(jié)，電能拾取模塊和功率調(diào)節(jié)模塊對(duì)接收到的高頻交流電能進(jìn)行處理，為各類(lèi)負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電能。載波通訊電路包括調(diào)制模塊、解調(diào)模塊、單片機(jī)、監(jiān)控模塊和存儲(chǔ)模塊，放置于電源短節(jié)和控制短節(jié)的密封艙中，由調(diào)制模塊將單片機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制信息調(diào)制到電源線上，輸出至電磁耦合機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳輸，由解調(diào)模塊將電源線上傳遞的信息解調(diào)成二進(jìn)制信息，輸出至單片機(jī)中進(jìn)行處理，由監(jiān)控模塊對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，由存儲(chǔ)模塊對(duì)短節(jié)交互信息和系統(tǒng)狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)短節(jié)之間信息的實(shí)時(shí)交互。電磁耦合機(jī)構(gòu)包括初級(jí)磁芯、初級(jí)繞組、次級(jí)磁芯、次級(jí)繞組，初級(jí)繞組繞制于初級(jí)磁芯上，初級(jí)磁芯固定在電源短節(jié)上，鉆進(jìn)過(guò)程中隨電源短節(jié)一起旋轉(zhuǎn)，次級(jí)繞組繞制于次級(jí)磁芯上，次級(jí)磁芯固定在控制短節(jié)上，鉆進(jìn)過(guò)程中隨控制短節(jié)保持靜止，實(shí)現(xiàn)電能、信號(hào)的旋轉(zhuǎn)式非接觸傳輸。

所述電能轉(zhuǎn)換電路的整流濾波模塊采用三相全橋整流電路和電容濾波方式，實(shí)現(xiàn)泥漿脈沖發(fā)電機(jī)輸出的低頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)電源線輸出至DC-DC模塊。

所述電能轉(zhuǎn)換電路的DC-DC模塊采用反激式開(kāi)關(guān)電源方式，對(duì)整流濾波模塊輸出的直流電能進(jìn)行直流-直流變換，輸出穩(wěn)定的直流電能至高頻逆變模塊，并為電源短節(jié)各短路模塊提供穩(wěn)定的直流電源。

所述電能轉(zhuǎn)換電路的高頻逆變模塊采用電壓型全橋逆變器電路，將DC-DC模塊輸出的穩(wěn)定直流電能轉(zhuǎn)換為高頻交流電能，經(jīng)電源線輸出至電磁耦合機(jī)構(gòu)的初級(jí)繞組側(cè)，同時(shí)作為載波通訊電路的高頻載波信號(hào)輸出至載波通訊電路調(diào)制模塊的輸入端。

所述電能轉(zhuǎn)換電路的電能拾取模塊采用單相全橋型整流電路和電容濾波方式，將電磁耦合機(jī)構(gòu)次級(jí)繞組輸出的高頻交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，經(jīng)電源線輸出至功率調(diào)節(jié)模塊。