[实用新型]用于随钻测量仪器的旋转式无线电能、信号传输系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于随钻测量仪器的旋转式无线电能、信号传输系统，特别是涉及一种基于电磁耦合和载波通讯技术的近钻头随钻测量仪器短节之间非接触式电能传输和信号交互，属于石油、天然气钻井领域。

背景技术

石油资源关系着一个国家的经济、国防和民生，经济高速发展导致对石油资源的需求不断增长，石油开采变得日益重要。随着科学技术的进步，石油勘探、开采技术向着自动化、智能化方向持续发展。

随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)技术是目前定向井、大位移水平井、分支井钻进过程中的关键技术，随钻测量仪器多采用机电液一体化的短节式连接方式，由泥浆脉冲发电机为井下控制系统和测量仪器供电，短节之间的电能传递和信息交互采用导线式点对点直接连接方式，电源线与信号线分立。这种连接方式容易受到腐蚀、水、灰尘和污物的影响，由于存在摩擦和磨损，因接触、摩擦产生的电火花很容易引起爆炸，造成重大事故，系统的安全性、可靠性及使用寿命较低。对于不同短节相对运动的随钻测量仪器，传统的电能、信号传输一般采用密封滑动连接方式，这种方式虽然结构简单、易于实现，但对滑动接触面的清洁度要求较高，可扩展性差，由于钻井过程中高温、高压、强振动冲击及泥浆的存在，导致滑动磨损、接触火花、碳积和不安全裸露导线等缺点。

如何实现随钻测量仪器短节间电能、信号的安全、稳定传输成为随钻测量仪器的一个重要研究方向，针对导线式和滑环式连接方式存在的缺陷，设计一种基于电磁耦合理论的无线电能、信号传输方法，成为当前智能钻井领域的研究焦点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，解决当前随钻测量仪器中短节间电能、信号传输采用的导线式、滑环式结构所带来的结构复杂、安全性和稳定性差等缺点，基于电磁耦合技术和载波通讯原理，实现随钻测量仪器短节之间非接触电能、信号传输，提高碎成测量仪器电能、信号传输的安全性、稳定性和可扩展性，降低维修成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于随钻测量仪器的旋转式无线电能、信号传输系统，基于电磁耦合技术和载波通讯理论，在随钻测量仪器短节连接处构建旋转式无线电能、信号传输系统，实现短节之间安全、稳定地进行电能传递和信息交互，由电能转换电路、载波通讯电路和电磁耦合机构组成。其中，电能转换电路包括整流滤波模块、DC-DC模块、高频逆变模块、电能拾取模块和功率变换模块，整流滤波模块、DC-DC模块、高频逆变模块放置在电源短节壳体的密封舱中，电能拾取模块和功率变换模块放置在控制短节壳体的密封舱中，泥浆脉冲发电机产生的低频交流电能经整流滤波模块和DC-DC模块后产生稳定的直流电能输出至高频逆变模块，高频逆变模块将直流电能转换为高频交流电能输出至电磁耦合机构，由电磁耦合机构以非接触方式传递至控制短节，电能拾取模块和功率调节模块对接收到的高频交流电能进行处理，为各类负载提供稳定的直流电能。载波通讯电路包括调制模块、解调模块、单片机、监控模块和存储模块，放置于电源短节和控制短节的密封舱中，由调制模块将单片机发出的二进制信息调制到电源线上，输出至电磁耦合机构进行传输，由解调模块将电源线上传递的信息解调成二进制信息，输出至单片机中进行处理，由监控模块对单片机运行状态进行实时监控，由存储模块对短节交互信息和系统状态信息进行实时存储，实现短节之间信息的实时交互。电磁耦合机构包括初级磁芯、初级绕组、次级磁芯、次级绕组，初级绕组绕制于初级磁芯上，初级磁芯固定在电源短节上，钻进过程中随电源短节一起旋转，次级绕组绕制于次级磁芯上，次级磁芯固定在控制短节上，钻进过程中随控制短节保持静止，实现电能、信号的旋转式非接触传输。

所述电能转换电路的整流滤波模块采用三相全桥整流电路和电容滤波方式，实现泥浆脉冲发电机输出的低频交流电能转换为直流电能，经电源线输出至DC-DC模块。

所述电能转换电路的DC-DC模块采用反激式开关电源方式，对整流滤波模块输出的直流电能进行直流-直流变换，输出稳定的直流电能至高频逆变模块，并为电源短节各短路模块提供稳定的直流电源。

所述电能转换电路的高频逆变模块采用电压型全桥逆变器电路，将DC-DC模块输出的稳定直流电能转换为高频交流电能，经电源线输出至电磁耦合机构的初级绕组侧，同时作为载波通讯电路的高频载波信号输出至载波通讯电路调制模块的输入端。

所述电能转换电路的电能拾取模块采用单相全桥型整流电路和电容滤波方式，将电磁耦合机构次级绕组输出的高频交流电能转换为直流电能，经电源线输出至功率调节模块。