一種井下定向探管的儲能與電源變換裝置的製作方法

2023-12-11 19:32:17 1

專利名稱：一種井下定向探管的儲能與電源變換裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及石油勘探、開採技術領域，尤其是一種用於無線隨鑽測量井下定向探管的儲能與電源變換裝置。
背景技術：
目前，在石油勘探開發領域，隨著定向井和水平井施工越來越多，無線隨鑽測量施工設備需求增加，MWD無線隨鑽測量儀使用渦輪發電的泥漿脈衝器，由泥漿驅動渦輪發電機發電，提供儀器所需電源，沒有更換電池的麻煩。然而存在的問題是在停泵過程中或停泵後，由於渦輪發電機的轉速變換較大，容易引起電源電壓的波動，直接影響了採集到的定向數據和存儲數據的有效性，特別是發電機轉速為零時則完全沒有電壓，這時就無法完成停泵後靜態測量定向數據和實時數據的存儲。現有技術的MWD無線隨鑽測量儀的電源裝置存在著測量數據的準確性低，探管本身的可靠性差，故障率高，對鑽井定向施工影響大。

實用新型內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足而設計的一種井下定向探管的儲能與電源變換裝置，它採用升壓與儲能電路，達到電源變換與儲能目的，實現了在停泵後，在無外部電源的靜止狀態下，仍然可以提供測量電路的工作電源，完成靜態方向數據測量和實時數據的存儲，保證控制測量電路完成正常定向數據採集和有效性。本實用新型的目的是這樣實現的一種井下定向探管的儲能與電源變換裝置， 包括由整流穩壓電路、過載保護電路和DC/DC電源轉換電路組成的電源變換裝置，整流穩壓電路的輸出與過載保護電路的輸入連接，過載保護電路的輸出與DC/DC電源轉換電路的輸入連接，其特點是該電源變換裝置上設有升壓與儲能電路和控制電路，升壓與儲能電路的輸入與過載保護電路的輸出連接，升壓與儲能電路的輸出與DC/DC電源轉換電路的另一輸入端連接，控制電路分別與升壓與儲能電路和DC/DC電源轉換電路連接。所述升壓與儲能電路由控制器U8、MOS管T1和電容組C組成，控制器U8的7腳與電容C11和穩壓管D11正極並接，穩壓管D11負極接電感L1的一端；控制器U8的2腳與電阻 R16> R19> R22和電容C12的一端並接；控制器U8的1腳與電阻R19的一端和電容C12的另一端並接；控制器U8的8腳與電阻R25和電容C16的一端並接；控制器U8的4腳與電阻R25的另一端和電容C18的一端並接；控制器U8的6腳與電阻R20, R24串接；控制器U8的3腳與電阻 R21的一端和電容C17的一端並接，電阻R21的另一端與電阻I^23的一端和MOS管T1的S端並接；MOS管T1的G端與電阻R24, R20並接；MOS管T1的D端與電感L15的另一端和二極體D12 正極並接，二極體D12負極與二極體D13正極、電容C14正極和電阻R16的另一端並接；二極體 D13負極和電容C14負極與電容組C並接；電容組C和電容C14的負極、電容C11、C12, C16, C17, C18 C14的另一端、控制器U8的5腳、電阻&2、R23> R24的另一端共接電源地。所述電容組C由數個電容(；並聯而成，其中η=2(Γ44。[0008]本實用新型與現有技術相比具有無外部電源的靜止狀態下仍可以提供測量電路的工作電源，完成靜態方向數據測量和實時數據的存儲，尤其在渦輪發電機轉速變換較大且容易引起電源電壓的波動情況下，確保了控制測量電路完成正常定向數據採集，大大提高了測量數據的準確性、有效性和可靠性。

圖1為本實用新型結構示意圖；圖2為升壓與儲能電路示意圖。
具體實施方式
參閱附圖1，本實用新型由整流穩壓電路1、過載保護電路2、升壓與儲能電路3、 DC/DC電源轉換電路4和控制電路5組成，整流穩壓電路1的輸出與過載保護電路2的輸入連接，過載保護電路2的輸出分別與DC/DC電源轉換電路4和升壓與儲能電路3的輸入連接，控制電路5分別連接升壓與儲能電路3和DC/DC電源轉換電路4。參閱附圖2，升壓與儲能電路3由控制器U8、MOS管T1和電容組C組成，控制器U8 的7腳與電容C11和穩壓管D11正極並接，穩壓管D11負極接電感L1的一端；控制器U8的2 腳與電阻R16> R19> R22和電容C12的一端並接；控制器U8的1腳與電阻R19的一端和電容C12 的另一端並接；控制器U8的8腳與電阻R25和電容C16的一端並接；控制器U8的4腳與電阻R25的另一端和電容C18的一端並接；控制器U8的6腳與電阻R20^R24串接；控制器U8的3 腳與電阻I^21的一端和電容C17的一端並接，電阻Ii21的另一端與電阻I^23的一端和MOS管T1 的S端並接；MOS管T1的G端與電阻1 24、1 2(|並接；MOS管T1的D端與電感L15的另一端和二極體D12正極並接，二極體管D12負極與二極體D13正極、電容C14正極和電阻Rni的另一端並接；二極體D13負極和電容C14負極與電容組C並接，電容組C由數個電容Cn並聯而成，其中 η=2(Γ44 ；電容組C和電容C14的負極、電容C11、C12、C16、C17、C18 C14的另一端、控制器U8的5 腳、電阻I^22、R23> R24的另一端共接電源地。參閱附圖1，本實用新型是這樣工作的MWD隨鑽測量儀，在使用渦輪發電的泥漿脈衝器時，泥漿泵開啟時，杆內泥漿推動發電機的轉子葉片旋轉，從而帶動驅動磁鐵旋轉， 驅動磁鐵帶動從動磁鐵及固定連接在其上的主軸及旋轉斜盤轉動，旋轉斜盤的轉動使柱塞泵的柱塞產生往復運動，實現泵的工作，發電線圈產生隨轉子轉速變化的三相交流電接入整流穩壓電路1，三相交流電經整流穩壓電路1的全波整流和穩壓後為電壓V1輸出一級直流電源，電壓V1接入過載保護電路2，過載保護電路2對輸人的電壓V1進行箝位和限流保護後以電壓V2輸出正常工作電源，電壓V2分別接入升壓與儲能電路3和DC/DC電源轉換電路4，由泥漿驅動的渦輪發電機產生的三相交流電接入整流穩壓電路1，三相交流電經整流穩壓電路1的全波整流和穩壓後為電壓V1輸出一級直流電源並接入過載保護電路2，過載保護電路2對輸人的電壓V1進行箝位和限流保護後，以電壓V2輸出正常工作電源，過載保護電路2可保護後續電路不因過壓、過流而損壞；升壓與儲能電路3對接入電壓V2的直流電源進行升壓與變換，將輸入的電能儲存到電容組C，並由電容組C在停泵後即渦輪發電機轉速為零時輸出電壓V3，升壓與儲能電路3對輸入的電壓V2進行升壓和儲能後，由控制電路5自動切換以電壓V3向DC/DC電源轉換電路4提供備用直流電源，DC/DC電源轉換電路4對輸入的電壓V2或電壓V3進行直流/直流轉換成電壓V4輸出，電壓V4為無線隨鑽測量儀停泵或開泵測量提供直流工作電源。在正常鑽進時，泥漿泵工作，泥漿驅動的渦輪發電機產生的三相交流電經過整流穩壓電路1的全波整流並穩壓成電壓νι=30伏的一級直流電源輸出，其電壓大小與渦輪發電機的轉速有關，過載保護電路2對整流穩壓電路1輸出的電壓V1進行箝位和限流保護後以電壓V2 < 28伏電源輸出，以保護後續電路不因過壓、過流而損壞。升壓與儲能電路3對輸入的電壓V2進行直流電源的升壓變換，其升壓的開啟由控制電路5控制其電能轉移到電容組C的儲能組件上，升壓與儲能電路3以電壓V3=60伏的直流電源輸出，電壓V2S觀伏和電壓V3=60伏的兩路直流電源分別接入DC/DC電源轉換電路4，DC/DC電源轉換電路4對其中一路輸入的電壓V2轉換成無線隨鑽測量儀採集所需電壓V4=+12伏的工作電源和控制電路5所用的+5伏電源，另一路輸入的電壓V3則自動斷開，升壓與儲能電路3則進行升壓、 充電和儲能。當井場定向施工時，需要停泵或由於泥漿流量的變化發電機轉速低於800轉/分， 此時由升壓與儲能電路3和DC/DC電源轉換電路4受控制電路5的自動切換，向DC/DC電源轉換電路4提供備用電源V3,保證DC/DC電源轉換電路4為無線隨鑽測量儀提供採集工作電壓V4，升壓與儲能電路3進行升壓提高其儲能容量。試驗數據與計算分析表明，電壓從 U1 降到 U2 放電時間T=C* ( 2- 2)/2P，假定電壓從 60V 降到 12V，P=O. 6W，C=10560 uf， 則T=57. 6S。延時時間可以滿足停泵後對定向靜態數據的測量和存儲，相比未停泵或停泵過程中的動態條件下，測量數據的準確性與可靠性得到增強和提高。以上只是對本實用新型作進一步的說明，並非用以限制本專利，凡為本實用新型等效實施，均應包含於本專利的權利要求範圍之內。
權利要求1.一種井下定向探管的儲能與電源變換裝置，包括由整流穩壓電路(1)、過載保護電路(2 )和DC/DC電源轉換電路(4 )組成的電源變換裝置，整流穩壓電路(1)的輸出與過載保護電路(2)的輸入連接，過載保護電路(2)的輸出與DC/DC電源轉換電路(4)的輸入連接， 其特徵在於該電源變換裝置上設有升壓與儲能電路(3)和控制電路(5)，升壓與儲能電路 (3)的輸入與過載保護電路(2)的輸出連接，升壓與儲能電路(3)的輸出與DC/DC電源轉換電路(4)的另一輸入端連接，控制電路(5)分別與升壓與儲能電路(3)和DC/DC電源轉換電路(4)連接。
2.根據權利要求1所述井下定向探管的儲能與電源變換裝置，其特徵在於所述升壓與儲能電路(3)由控制器U8、M0S管T1和電容組C組成，控制器U8的7腳與電容C11和穩壓管 D11正極並接，穩壓管D11負極接電感L1的一端；控制器U8的2腳與電阻R16, R19, R22和電容 C12的一端並接；控制器U8的1腳與電阻R19的一端和電容C12的另一端並接；控制器U8的 8腳與電阻Ii25和電容C16的一端並接；控制器U8的4腳與電阻R25的另一端和電容C18的一端並接；控制器U8的6腳與電阻R20^R24串接；控制器U8的3腳與電阻R21的一端和電容C17 的一端並接，電阻R21的另一端與電阻I^23的一端和MOS管T1的S端並接；MOS管T1的G端與電阻I 24、R2(1並接；MOS管T1的D端與電感L15的另一端和二極體D12正極並接，二極體D12 負極與二極體D13正極、電容C14正極和電阻禮6的另一端並接；二極體D13負極和電容C14負極與電容組C並接；電容組C和電容C14的負極、電容Cn、C12、C16、C17、(^ C14的另一端、控制器U8的5腳、電阻Ii22、R23> R24的另一端共接電源地。
3.根據權利要求2所述井下定向探管的儲能與電源變換裝置，其特徵在於所述電容組 C由數個電容Cn並聯而成，其中η=2(Γ44。
專利摘要本實用新型公開了一種井下定向探管的儲能與電源變換裝置，其特點是該裝置由整流穩壓電路依次串接過載保護電路、升壓與儲能電路、電源轉換電路和控制電路組成，升壓與儲能電路對輸入的電壓進行升壓和儲能後，由控制電路自動切換向電源轉換電路提供備用直流電源，為無線隨鑽測量儀停泵或開泵測量提供可靠的直流工作電源。本實用新型與現有技術相比具有無外部電源的情況下仍可以提供測量電路的工作電源，完成靜態方向數據測量和實時數據的存儲，大大提高了測量數據的準確性、有效性和可靠性。
文檔編號H02M3/06GK202145623SQ20112026323
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月25日 優先權日2011年7月25日
發明者倪初明, 彭文, 禹榮 申請人:上海科油石油儀器製造有限公司