專利名稱：一種井下定向探管的儲(chǔ)能與電源變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油勘探、開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于無線隨鉆測量井下定向探管的儲(chǔ)能與電源變換裝置。
背景技術(shù)：
目前，在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，隨著定向井和水平井施工越來越多，無線隨鉆測量施工設(shè)備需求增加，MWD無線隨鉆測量儀使用渦輪發(fā)電的泥漿脈沖器，由泥漿驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)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后，由于渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變換較大，容易引起電源電壓的波動(dòng)，直接影響了采集到的定向數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的有效性，特別是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)則完全沒有電壓，這時(shí)就無法完成停泵后靜態(tài)測量定向數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)?，F(xiàn)有技術(shù)的MWD無線隨鉆測量儀的電源裝置存在著測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性低，探管本身的可靠性差，故障率高，對(duì)鉆井定向施工影響大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種井下定向探管的儲(chǔ)能與電源變換裝置，它采用升壓與儲(chǔ)能電路，達(dá)到電源變換與儲(chǔ)能目的，實(shí)現(xiàn)了在停泵后，在無外部電源的靜止?fàn)顟B(tài)下，仍然可以提供測量電路的工作電源，完成靜態(tài)方向數(shù)據(jù)測量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，保證控制測量電路完成正常定向數(shù)據(jù)采集和有效性。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種井下定向探管的儲(chǔ)能與電源變換裝置，包括由整流穩(wěn)壓電路、過載保護(hù)電路和DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路組成的電源變換裝置，整流穩(wěn)壓電路的輸出與過載保護(hù)電路的輸入連接，過載保護(hù)電路的輸出與DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路的輸入連接，其特點(diǎn)是該電源變換裝置上設(shè)有升壓與儲(chǔ)能電路和控制電路，升壓與儲(chǔ)能電路的輸入與過載保護(hù)電路的輸出連接，升壓與儲(chǔ)能電路的輸出與DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路的另一輸入端連接，控制電路分別與升壓與儲(chǔ)能電路和DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路連接；由泥漿驅(qū)動(dòng)的渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電接入整流穩(wěn)壓電路，三相交流電經(jīng)整流穩(wěn)壓電路的全波整流和穩(wěn)壓后為電壓V1輸出一級(jí)直流電源并接入過載保護(hù)電路，過載保護(hù)電路對(duì)輸人的電壓V1進(jìn)行箝位和限流保護(hù)后以電壓V2輸出，升壓與儲(chǔ)能電路對(duì)輸入的電壓V2進(jìn)行升壓和儲(chǔ)能后由控制電路自動(dòng)切換以電壓V3向DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路提供備用電源，DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路對(duì)輸入的電壓V2或電壓V3進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換成電壓V4輸出，電壓V4為隨鉆儀器停泵或開泵測量提供直流工作電源。所述升壓與儲(chǔ)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(wěn)壓管D11正極并接，穩(wěn)壓管D11負(fù)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的一端并接；控制器U8的1腳與電阻R19的一端和電容C12的另一端并接；控制器U8的8腳與電阻R25和電容C16的一端并接；控制器U8的4腳與電阻R25的另一端和電容C18的一端并接；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的一端并接，電阻R21的另一端與電阻I^23的一端和MOS管T1的S端并接；MOS管T1的G端與電阻R24, R20并接；MOS管T1的D端與電感L15的另一端和二極管D12 正極并接，二極管D12負(fù)極與二極管D13正極、電容C14正極和電阻R16的另一端并接；二極管 D13負(fù)極和電容C14負(fù)極與電容組C并接；電容組C和電容C14的負(fù)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(shù)個(gè)電容(；并聯(lián)而成，其中η=2(Γ44。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有無外部電源的靜止?fàn)顟B(tài)下仍可以提供測量電路的工作電源，完成靜態(tài)方向數(shù)據(jù)測量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，尤其在渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變換較大且容易引起電源電壓的波動(dòng)情況下，確保了控制測量電路完成正常定向數(shù)據(jù)采集，大大提高了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性和可靠性。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為升壓與儲(chǔ)能電路示意圖。
具體實(shí)施例方式參閱附圖1，本發(fā)明由整流穩(wěn)壓電路1、過載保護(hù)電路2、升壓與儲(chǔ)能電路3、DC/DC 電源轉(zhuǎn)換電路4和控制電路5組成，整流穩(wěn)壓電路1的輸出與過載保護(hù)電路2的輸入連接， 過載保護(hù)電路2的輸出分別與DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4和升壓與儲(chǔ)能電路3的輸入連接，控制電路5分別連接升壓與儲(chǔ)能電路3和DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4。參閱附圖2，升壓與儲(chǔ)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(wěn)壓管D11正極并接，穩(wěn)壓管D11負(fù)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的一端并接；控制器U8的1腳與電阻R19的一端和電容C12 的另一端并接；控制器U8的8腳與電阻R25和電容C16的一端并接；控制器U8的4腳與電阻R25的另一端和電容C18的一端并接；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的一端并接，電阻Ii21的另一端與電阻I^23的一端和MOS管T1 的S端并接；MOS管T1的G端與電阻1 24、1 2(|并接；MOS管T1的D端與電感L15的另一端和二極管D12正極并接，二極管管D12負(fù)極與二極管D13正極、電容C14正極和電阻Rni的另一端并接；二極管D13負(fù)極和電容C14負(fù)極與電容組C并接，電容組C由數(shù)個(gè)電容Cn并聯(lián)而成，其中 η=2(Γ44 ；電容組C和電容C14的負(fù)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。以下將通過渦輪發(fā)電的泥漿脈沖器工作的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述
實(shí)施例1
MWD隨鉆測量儀，在使用渦輪發(fā)電的泥漿脈沖器時(shí)，泥漿泵開啟時(shí)，桿內(nèi)泥漿推動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)磁鐵帶動(dòng)從動(dòng)磁鐵及固定連接在其上的主軸及旋轉(zhuǎn)斜盤轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)斜盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使柱塞泵的柱塞產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)泵的工作，發(fā)電線圈產(chǎn)生隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的三相交流電接入整流穩(wěn)壓電路1，三相交流電經(jīng)整流穩(wěn)壓電路 1的全波整流和穩(wěn)壓后為電壓A輸出一級(jí)直流電源，電壓V1接入過載保護(hù)電路2，過載保護(hù)電路2對(duì)輸人的電壓V1進(jìn)行箝位和限流保護(hù)后以電壓V2輸出正常工作電源，電壓V2分別接入升壓與儲(chǔ)能電路3和DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4，由泥漿驅(qū)動(dòng)的渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電接入整流穩(wěn)壓電路1，三相交流電經(jīng)整流穩(wěn)壓電路1的全波整流和穩(wěn)壓后為電壓V1輸出一級(jí)直流電源并接入過載保護(hù)電路2，過載保護(hù)電路2對(duì)輸人的電壓V1進(jìn)行箝位和限流保護(hù)后，以電壓V2輸出正常工作電源，過載保護(hù)電路2可保護(hù)后續(xù)電路不因過壓、過流而損壞；升壓與儲(chǔ)能電路3對(duì)接入電壓V2的直流電源進(jìn)行升壓與變換，將輸入的電能儲(chǔ)存到電容組C，并由電容組C在停泵后即渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)輸出電壓V3,升壓與儲(chǔ)能電路3對(duì)輸入的電壓V2進(jìn)行升壓和儲(chǔ)能后，由控制電路5自動(dòng)切換以電壓V3向DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路 4提供備用直流電源，DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4對(duì)輸入的電壓V2或電壓V3進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換成電壓V4輸出，電壓V4為無線隨鉆測量儀停泵或開泵測量提供直流工作電源。電壓V2連接穩(wěn)壓二極管D11, 二極管D11的另一端接PWM控制器U8的7腳，其7腳同時(shí)接去耦電容C11到電源地，控制器U8的5腳接電源地；
電壓V2同時(shí)連接儲(chǔ)能電感L1,電感L1的另一端接肖特基二極管D12的正極和MOS管T1 的D端漏極，二極管D12的負(fù)極接肖特基二極管D13的正極，同時(shí)接極性電容C14的正極，電容 C14的負(fù)極接電源地；
電容C14的正極接分壓電阻禮6的一端，電阻禮6的另一端接分壓電阻I^22和控制器U8的 2腳(誤差放大器的反相輸入端)，控制器U8的2腳同時(shí)連接電阻R19到控制器U8的1腳(誤差放大器的輸出端)用作環(huán)路補(bǔ)償；電容C12和電阻Ii19并聯(lián)；電阻Ii22的另一端接電源地； 控制器U8的4腳連接電阻Ii25和電容C18，電阻Ii25的另一端接控制器U8的8腳，控制器U8的8腳同時(shí)接電容C16，電容C16的另一端接電源地；電容C18的另一端接電源地；電阻R25和電容Cw決定振蕩器的輸出頻率和占空比；
控制器U8的6腳接電阻1 2(|，電阻R2tl的另一端接MOS管T1的G端柵極，MOS管T1的 G端柵極接電阻&4，電阻I^24的另一端接電源地；
MOS管T1的S端源極接電阻Ii23和1 21，電阻Ii23的另一端接電源地，電阻R21的另一端接控制器U8的3腳(電流取樣端)，正比于電感電流的電壓接至該引腳，控制器U8的3腳同時(shí)接電容C17，電容C17的另一端接電源地；
電容組C由M個(gè)440uF的電容并聯(lián)而成，C20, C21到C44，電容容量為10560uF，電容組 C的正極與肖特基二極管D13的負(fù)端和升壓儲(chǔ)能電路3的電壓輸出V3并接；
由控制器U8控制MOS管T1的導(dǎo)通與斷開，電感L1在MOS管T1的D端漏極電壓升高，通過兩級(jí)肖特基二極管D12和D13的單向傳輸?shù)椒答伻雍蛢?chǔ)能電容電路，完成升壓儲(chǔ)能功能， 最終輸出電壓V3為60伏。DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4將輸入的兩路電壓V2和V3,轉(zhuǎn)換成無線隨鉆測量儀停泵或開泵測量提供直流工作電源v4，正常發(fā)電時(shí)，由電壓V2向DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4提供工作電源，停泵或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，由升壓與儲(chǔ)能電路3提供的電壓V3向DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4 提供備用的工作電源，升壓與儲(chǔ)能電路3對(duì)輸入的電壓V2進(jìn)行升壓和儲(chǔ)能后，由控制電路5 自動(dòng)切換以電壓V3向DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路提供備用直流電源，DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4對(duì)輸入的電壓V2或電壓V3進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換成電壓V4輸出，電壓V4為無線隨鉆測量儀停泵或開泵測量提供直流工作電源。在泥漿驅(qū)動(dòng)的渦輪發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，本發(fā)明輸出測量和驅(qū)動(dòng)電路所需的工作電源，在泥漿泵停泵后即渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)仍然可以提供定向測量電路工作電源。在正常鉆進(jìn)時(shí)，泥漿泵工作，泥漿驅(qū)動(dòng)的渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)過整流穩(wěn)壓電路1的全波整流并穩(wěn)壓成電壓νι=30伏的一級(jí)直流電源輸出，(其電壓大小與渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān))，過載保護(hù)電路3對(duì)整流穩(wěn)壓電路1輸出的電壓V1進(jìn)行箝位和限流保護(hù)后以電壓V2S^伏電源輸出，以保護(hù)后續(xù)電路不因過壓、過流而損壞。升壓與儲(chǔ)能電路 3對(duì)輸入的電壓V2進(jìn)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(zhuǎn)移到電容組C的儲(chǔ)能組件上，升壓與儲(chǔ)能電路3以電壓V3=60伏的直流電源輸出，電壓V2 ^ 28伏和電壓V3=60伏的兩路直流電源分別接入DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4，DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4對(duì)其中一路輸入的電壓V2轉(zhuǎn)換成無線隨鉆測量儀采集所需電壓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(dòng)斷開，升壓與儲(chǔ)能電路3則進(jìn)行升壓、充電和儲(chǔ)能。當(dāng)井場定向施工時(shí)，需要停泵或由于泥漿流量的變化發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低于800轉(zhuǎn)/分， 此時(shí)由升壓與儲(chǔ)能電路3和DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4受控制電路5的自動(dòng)切換，向DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4提供備用電源V3,保證DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路4為無線隨鉆測量儀提供采集工作電壓V4，升壓與儲(chǔ)能電路3進(jìn)行升壓提高其儲(chǔ)能容量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算分析表明，電壓從 U1 降到 U2 放電時(shí)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(shí)時(shí)間可以滿足停泵后對(duì)定向靜態(tài)數(shù)據(jù)的測量和存儲(chǔ)，相比未停泵或停泵過程中的動(dòng)態(tài)條件下，測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性得到增強(qiáng)和提高。以上只是對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，并非用以限制本專利，凡為本發(fā)明等效實(shí)施， 均應(yīng)包含于本專利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種井下定向探管的儲(chǔ)能與電源變換裝置，包括由整流穩(wěn)壓電路、過載保護(hù)電路和 DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路組成的電源變換裝置，整流穩(wěn)壓電路的輸出與過載保護(hù)電路的輸入連接，過載保護(hù)電路的輸出與DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路的輸入連接，其特征在于該電源變換裝置上設(shè)有升壓與儲(chǔ)能電路和控制電路，升壓與儲(chǔ)能電路的輸入與過載保護(hù)電路的輸出連接， 升壓與儲(chǔ)能電路的輸出與DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路的另一輸入端連接，控制電路分別與升壓與儲(chǔ)能電路和DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路連接；由泥漿驅(qū)動(dòng)的渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電接入整流穩(wěn)壓電路，三相交流電經(jīng)整流穩(wěn)壓電路的全波整流和穩(wěn)壓后為電壓V1輸出一級(jí)直流電源并接入過載保護(hù)電路，過載保護(hù)電路對(duì)輸人的電壓V1進(jìn)行箝位和限流保護(hù)后以電壓V2輸出，升壓與儲(chǔ)能電路對(duì)輸入的電壓V2進(jìn)行升壓和儲(chǔ)能后由控制電路自動(dòng)切換以電壓V3向 DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路提供備用電源，DC/DC電源轉(zhuǎn)換電路對(duì)輸入的電壓V2或電壓V3進(jìn)行直流/直流轉(zhuǎn)換成電壓V4輸出，電壓V4為隨鉆儀器停泵或開泵測量提供直流工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述井下定向探管的儲(chǔ)能與電源變換裝置，其特征在于所述升壓與儲(chǔ)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(wěn)壓管D11 正極并接，穩(wěn)壓管D11負(fù)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 的一端并接；控制器U8的1腳與電阻R19的一端和電容C12的另一端并接；控制器U8的8腳與電阻Rm和電容C16的一端并接；控制器U8的4腳與電阻Ii25的另一端和電容C18的一端并接；控制器U8的6腳與電阻1 2(|、R24串接；控制器U8的3腳與電阻R21的一端和電容C17的一端并接，電阻&的另一端與電阻&的一端和MOS管T1的S端并接；MOS管T1的G端與電阻R24、R2(1并接；MOS管T1的D端與電感L15的另一端和二極管D12正極并接，二極管D12負(fù)極與二極管D13正極、電容C14正極和電阻R16的另一端并接；二極管D13負(fù)極和電容C14負(fù)極與電容組C并接；電容組C和電容C14的負(fù)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(jù)權(quán)利要求2所述井下定向探管的儲(chǔ)能與電源變換裝置，其特征在于所述電容組 C由數(shù)個(gè)電容Cn并聯(lián)而成，其中η=2(Γ44。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種井下定向探管的儲(chǔ)能與電源變換裝置，其特點(diǎn)是該裝置由整流穩(wěn)壓電路依次串接過載保護(hù)電路、升壓與儲(chǔ)能電路、電源轉(zhuǎn)換電路和控制電路組成，升壓與儲(chǔ)能電路對(duì)輸入的電壓進(jìn)行升壓和儲(chǔ)能后，由控制電路自動(dòng)切換向電源轉(zhuǎn)換電路提供備用直流電源，為無線隨鉆測量儀停泵或開泵測量提供可靠的直流工作電源。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)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(tài)方向數(shù)據(jù)測量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，大大提高了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性和可靠性。
文檔編號(hào)H02M3/06GK102291012SQ20111020809
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者倪初明, 彭文, 禹榮 申請人:上?？朴褪蛢x器制造有限公司