智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路制造技术

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术具有以下优势：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】

本技术属于石油、天然气钻井
，尤其是涉及一种智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路。
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 数据丢失的风险。
技术实现思路
有鉴于此，本技术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，本技术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，本技术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。附图说明构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术实施例所述智能钻井工具井下电源及脉冲驱动系统结构图。图2为本技术实施例所述智能钻井工具井下电源及脉冲驱动系统工作流程图。图3为本技术实施例所述智能钻井工具井下电源及脉冲驱动系统一实施例的输入-输出效率试验曲线。图4为本技术实施例所述智能钻井工具井下电源及脉冲驱动系统一实施例的另一输入-输出效率试验曲线。图5为本技术实施例所述智能钻井工具井下电源及脉冲驱动系统一实施例的高温测试曲线。图6为本技术实施例所述智能钻井工具井下电源及脉冲驱动系统一实施例的另一高温测试曲线。图7为本技术实施例所述智能钻井工具井下电源及脉冲驱动系统一实施例的另一高温测试曲线。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。一种智能钻井工具井下电源及脉冲驱动电路，如图1所示，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，所述泥浆涡轮发电机产生低频三相交流电能，用于为智能钻井工具供电；所述三相整流滤波电路，对泥浆涡轮发电机输出的低频三相交流电能进行二极管全桥整流和电容滤波，输出粗直流电能；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的输出端信号，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；所述半波整流滤波电路对高频交流电能进行二极管半波整流和电容滤波后输出给探管；反馈电路采样半波整流滤波电路的输出电压，脉宽调制电路根据 反馈电路的采样值调整一个周期内输出脉冲信号的占空比值，用于控制反激式变压器的电能转换效率，达到稳定输出电压的目的；其中，n为大于等于1的自然数，n的值由驱动负载所需的功率大小决定，实现根据负载需求将粗直流电能转换成稳定的精细直流电能；所述探管用于测量包括井斜、方位等钻井参数信息及电阻率，还有伽马等地层信息，在内部对测量数据进行处理后进行编码传输；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和探管的输出端信号；用于采集三相整流滤波电路的输出电压、各独立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；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，还包括与微处理器连接的存储电路、监控电路和计算机，微处理器接收信号采集电路的采样信号，进行A/D转换和计算后，由存储电路进行保存，还产生脉宽调制波形；监控电路监控微处理器的运行状态，当微处理器工作异常时，由监控电路进行复位操作，通过串行通信接口，微处理器和计算机之间可实现信息交互；所述驱动电路还连接三相整流滤波电路的输出端信号，驱动电路在控制电路的脉宽调制波形的控制下，驱动脉冲信号发生器动作，将探管编码的测量数据以压力波的形式传输至地面立管处；所述探管编码的测量数据经信号采集电路进入控制电路中的微处理器中，在微处理器接收到有效测量信号后，在信号有效的时间段内，微处理器根据信号采集电路采集到的当前三相整流滤波电路的输出电压值调节输出脉冲波形的占空比值，驱动电路由三相整流滤波电路输出的宽范围粗直流电能供电，在脉宽调制波形的控制下，驱动电路为脉冲信号发生器提供稳定的 驱动电流，保证在探管编码的测量数据到来时，脉冲信号发生器的针阀正常动作产生压力脉冲，经钻井液泥浆传输到地面立管处，解码后显示在计算机屏幕上，供地面人员进行本文档来自技高网...

【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...

【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：新型
国别省市：天津;12