[發明專利]智能鉆井工具井下電源實現方法及脈沖驅動方法和電路

有效

• 申請號: 201610124425.2
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105634307B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: H02M7/23
• 分類號: H02M7/23;H02M1/32;H02P9/04
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 馬倩倩

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；

所述驅動電路還連接三相整流濾波電路的輸出端信號；

所述三相整流濾波電路和穩壓電路之間設有消振電路，用于消除負載變化引起的泥漿渦輪發電機的振蕩和失步，減小輸出電壓波動，維持井下電源及脈沖驅動系統輸出電壓的穩定；消振電路采樣三相整流濾波電路的輸出電壓，從中提取出交流波動成分，當該交流波動成分達到設定的消振閾值時，將該振蕩電壓通過消振電阻導入接地端，以防止自激振蕩影響用電負載的正常工作。

2.根據權利要求1所述的智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路，其特征在于：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。

3.根據權利要求1所述的智能鉆井工具井下電源及脈沖驅動電路，其特征在于：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。

4.一種智能鉆井工具井下電源實現方法及脈沖驅動方法，其特征在于包含如下內容：

步驟1：通過渦輪發電機產生低頻三相交流電能；

步驟2：通過三相整流濾波電路對交流電能進行整流濾波；

步驟3：通過電壓保護電路采樣三相整流濾波電路的輸出電壓，通過電流保護電路采樣井下電源系統的回路電流，

當三相整流濾波電路的輸出電壓、井下電源系統的回路電流處于安全閾值范圍內時，通過反激式變壓器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，再由半波整流濾波電路對高頻交流電能進行半波整流和電容濾波，同時通過反饋電路采樣半波整流濾波電路的輸出電壓，送入脈寬調制電路，通過脈寬調制電路調整一個周期內脈沖信號的占空比值，以控制反激式變壓器的電能轉換效率，其中反激式變壓器、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構成穩壓電源；其中當負載需求功率較大，單個穩壓電源不能滿足要求時，采用n個穩壓電源并聯的結構；

當檢測到電壓和電流值處于預先設定的閾值范圍之外時，穩壓電源中的脈寬調制電路停止輸出脈沖信號，反激式變壓器停止工作，穩壓電源無電能輸出；

步驟4：當負載需求功率較大，單個穩壓電源不能滿足要求時，通過均流電路采樣穩壓電源的半波整流濾波電路的輸出電流，輸出調節電壓到反饋電路，與反饋電路一起控制脈寬調制電路輸出脈沖信號的占空比值，一個穩壓電源對應一個均流電路，使n個穩壓電源模塊的輸出電流平均分布；

步驟5：通過探管測量鉆井參數信息及地層信息數據，并在其內部對測量數據進行處理后進行編碼傳輸；穩壓電源對探管供電；

步驟6：通過信號采集電路采樣三相整流濾波電路的輸出電壓、n個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；

步驟7：判斷探管是否上傳有效編碼信號，若沒有上傳，則按設定的采樣時間間隔由信號采集電路繼續采樣；

步驟8：若探管上傳有效編碼信號，則該數據經信號采集電路送入控制電路中的微處理器中；

步驟9：通過控制電路中的微處理器對信號采集電路采集的的輸出電壓和測量數據進行處理，并輸出調整一個周期內脈寬調制波形占空比的脈寬調制波形；

步驟10：通過驅動電路接收微處理器輸出的脈寬調制波形，并驅動脈沖信號發生器產生壓力脈沖，再經鉆井液泥漿傳輸至地面立管處，解碼后顯示在計算機屏幕上；

在步驟3中當檢測到電壓和電流值在安全閾值范圍內，還要判斷是否存在自激振蕩，若存在，通過消振電路中的大功率電阻進行振蕩消除。