CN110485922A - 一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法，其电能和光信号在同一介质上传输，系统包括脉冲器、发电机、发电机外筒、过流短节、电子仓本体、电子仓外筒、导电光缆、光电接触环、光电分合器。本发明方法先进，结构合理而紧凑，在将电能与光信号加载到同一传输介质上传输到各个井下节点的过程中，由于其通过光电转换产生光信号，在导光介质中实现井下数据的双向传输，该数据传输方式具有抗干扰能力强和传输速率快，不产生电磁干扰的优点，同时，该导光介质也具有良好导电性，将电能传输到井下各个节点，因此，本发明不受井下发电机和液压模块电机的干扰，信号正常并实时的传输，也不会通过电磁干扰井下其他节点的正常工作。

Description

一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及旋转导向钻井工具配件技术领域，具体涉及一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法。

背景技术

近年来，难动用油藏、特殊油藏的勘探开发对满足适用复杂地层条件、暴露更多储层、以期获得更大产能的钻井井眼轨迹控制提出了更高要求。特别是对水平井技术、大位移钻井技术、薄油层钻水平井的技术、水平分支井等技术提出了越来越复杂的井眼轨迹要求和提高钻井效率、降低昂贵的钻井成本和减少钻井井下作业的风险的需求。常规定向井技术采用弯螺杆定向技术，整个钻具主要以滑动钻进方式工作，具有摩阻与扭矩大、井眼净化效果差、位移延伸能力弱、井眼轨迹平滑度低、轨迹调控难的缺点，导致钻井风险高，油藏整体开发效益低的缺陷。旋转导向技术在旋转的过程中动态控制井眼轨迹，旋转导向钻井系统钻进过程中，钻柱连续旋转减小了摩阻，可钻出更长的水平位移，水平段延伸能力强；清洁井眼，减少卡钻的风险；无需起下钻调整工具面，提高了钻井效率；及时调整作业提高了轨迹控制的精度；导向时可以使用最优钻压值，提高了机械钻速，发挥钻头最佳效能。

目前旋转导向钻井工具的井下动力与双向通讯系统采用的单总线进行电能和双向通讯，使用加载到电源线上的双频载波进行信号半双工双向通讯，其利用电源线作为信号传输载体，该种传输方式的数据传输抗干扰能力差，且受导向头电机负载变化影响大，同时加载到电源线上的高频载波信号也对磁通门的传感器的测量造成干扰，影响井眼轨迹测量精度。多数采用的载波单总线的传输方式，速率较慢(一般为9600bit/s左右)，多节点轮询周期长，导致控制矢量参数调整跟不上旋转变化，造成控制矢量波动大，影响井眼轨迹精度，也增加了电机载荷突变，降低系统寿命。

发明内容

本发明提供了一种井下动力与双向通讯系统及其使用方法，克服了上述现有技术之不足，在旋转导向钻井系统中，井下电子系统采用电能和光信号在同一介质上传输的随钻井下动力与双向通讯方法及系统，使用既能传输电能，又能传输光的传输介质时，其能有效解决现有采用电源线载波的单总线传输方式抗干扰能力低、干扰其他电磁测量仪器及传输速率低的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种井下动力与双向通讯系统，包括脉冲器、发电机、发电机外筒、过流短节、电子仓本体、电子仓外筒、导电光缆、光电接触环、光电分合器；发电机、发电机外筒、电子仓外筒、电子仓本体自上而下依序固定安装在一起；发电机下端通过螺纹连接在过流短节上，发电机出来的电线通过7芯圆插与电子仓本体中的井下动力与双向通讯电路连接，发电机外筒通过螺纹与电子仓本体连接；电子仓外筒固定在发电机外筒与电子仓本体之间的槽内，电子仓外筒其端面和内部有O型密封圈；发电机内引出三相交流电线3根以及过线2根；在发电机外筒上端面有一环形槽，下端内部有接触环槽，发电机外筒上端面环形槽和发电机外筒下端内部的接触环槽分别与电子仓本体中的井下动力与双向通讯电路通过小孔连通，发电机外筒上端面环形槽通过发电机外筒壁上的细长孔与发电机外筒下端内部的接触环槽相通；电子仓本体上部有接触环，电子仓本体下端面有接触环槽，该电子仓本体下端面接触环槽通过小孔与电子仓本体相通；电子仓本体由环形均布的四个上部槽和下部槽构成，上部槽内安装有整流、稳压及滤波电路，滤波输出与下部环槽内的电源管理模块的输入端及导电光缆总线连接，下部环槽内安装的中央控制电路与下传解码板、上传编码电路及光电分合器连接。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述井下动力与双向通讯电路包括整流、稳压及滤波电路，转速信号调理电路，下传解码电路，中央控制电路，上传编码电路，脉冲驱动电路；发电机输出端子与整流、稳压及滤波电路的输入端子链接，整流、稳压及滤波电路的输出端子与电源管理模块的输入端子连接，电源管理模块分别与中央控制电路、下传解码电路、上传编码电路及光电传输模块连接的电源输入端子电连接，发电机转速信号输出端子与转速信号调理电路的输入端子链接，转速信号调理电路的输出端子与下传解码电路输入端子连接，下传解码电路与中央控制电路通过CAN总线连接，中央控制电路的输出通过CAN端子与上传编码电路的输入端子连接，上传编码电路的输出与脉冲驱动电路的输入端子链接，脉冲驱动电路的输出端子与脉冲器的输入端子连接。

上述井下动力与双向通讯系统，在脉冲器与发电机之间密封固定安装有2芯圆形插针，在发电机的下部内侧密封固定安装有7芯圆插针母头，过流短节的上端内侧密封固定安装有7芯圆插针公头，将脉冲器驱动线路、发电机输出线路与整流、稳压及滤波电路和脉冲驱动电路连接在一起。

上述导电光缆包括塑料光缆芯、石墨烯导电层、绝缘层和外保护层，塑料光缆芯的外部包裹石墨烯导电层，石墨烯导电层的外面包裹绝缘层，绝缘层外面包裹保护层；光电接触环包括导电光环、光电插接头、U型绝缘橡胶环，导电光环安装在U型绝缘橡胶环的U型槽内，导电光环通过光电插头与导电光缆连接，将导电光缆安装在发电机外筒侧壁上的小孔内，固定好光电插头的一端，光电接触环安装在发电机外筒上端面环槽内，与导电光缆插接，发电机外筒侧壁小孔内的导电光缆在下部内侧光电接触环与电子仓本体上部光电接触环连接，将导电光缆安装在电子仓本体下部侧壁上的小孔内，固定好光电插头的一端，光电接触环安装在电子仓本体下端面环槽内，与导电光缆插接，导电光缆上端通过小孔与电子仓本体内的电光分合器连接，电光分离后分别通讯模块和电源管理模块连接。

上述电光分合器包括导电光缆接口、光纤端口、电能端口及光电耦合器，光电分合器的导电光缆接口与导电光缆连接，导电光缆接口与光电耦合器和电能端口连接。

上述井下动力与双向通讯系统，通过上端的光电接触环和下端的光电接触环与井下其他需要的连接的测控节点进行连接。

上述井下动力与双向通讯系统还包括平头螺钉、测试孔压板，将测试口插头固定安装在电子仓本体测试孔内限位环台上，将测试口顶盖固定安装在电子仓本体测试孔环台上，过流短节通过内六角圆柱头螺钉与电子仓本体上端面固定安装在一起。

上述井下动力与双向通讯系统，发电机外筒下端内壁与电子仓本体上部外侧之间固定安装有至少一道密封圈和挡圈，在发电机外筒的下端面与铜环之间固定安装有至少一道密封圈，过流短节外部与发电机外筒的下部内侧之间固定安装有至少一道密封圈和挡环，过流短节外部与电子仓本体上端内壁之间至少一道密封圈，电子仓外筒上部端面与第一轴向密封挡环之间固定安装有至少一道密封圈，电子仓外筒上部端面与电子仓本体上部外侧之间固定安装有至少一道密封圈和一个挡圈，电子仓外筒下部端面与第二轴向密封挡环之间固定安装有至少一道密封圈，电子仓外筒下部端面与电子仓本体下部外侧之间固定安装有至少一道密封圈和一个挡圈，电子仓本体下部外侧台肩之间固定安装有至少一道密封圈，电子仓本体本体下部的测试孔与测试口顶盖之间固定安装有至少一道密封圈。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种井下动力与双向通讯系统的使用方法，按下述方法进行：将技术方案一所述的井下动力与双向通讯系统上部通过钻铤与钻柱连接，下部与旋转导向测量短节、导向控制短节和钻头连接；将技术方案一所述的井下动力与双向通讯系统下入井内，发电机发出电能，经过整流、稳压及滤波电路得到电能，电能通过光电分合器加载到导电光缆上，传输给需要电能的节点，下传指令控制器通过在地面分流泥浆的方式，改变发电机的转速信号，经过转速信号调理电路处理后传给下传解码电路，解码传给中央控制电路，中央控制电路将指令通过导电光缆转发给导向主控电路，实现导向控制，同时，中央控制电路通过到导电光缆向所有连接的节点发送或接收数据，中央控制电路将需要上传的数据传送给上传编码电路，通过脉冲驱动电路驱动脉冲器上传数据。

本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，结构合理而紧凑，使用方便，在将电能与光信号在同一介质上传输与井下工具各节点进行双向传输的过程中，由于其通过导电光缆传输电能与光信号，实现井下工具各节点间的数据的传输，该数据传输方式具有抗干扰能力强、传输速率快和对外干扰小的优点，因此本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，不受井下发电机、液压模块电机在和变化的影响，使信号正常并实时的传输，同时不对井下磁场测量器件造成干扰，电能传输过程平稳，在旋转导向系统的钻井施工过程中，井下动力与双向通讯系统提供平稳的电能传输和可靠的测控信号传输，实现安全、便捷、快速的旋转导向钻进作业，保障含气钻井的钻井效益，因此，本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的主视图；

图2为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图一；

图3为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图二；

图4为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图三；

图5为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图四；

图6为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图五；

图7为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图六；

图8为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图七；

图9为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图八；

图10为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图九；

图11为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图十；

图12为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统的局部视图十一；

图13为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统中井下动力与双向通讯电路；

图14为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统中光电接触环主视示意图；

图15为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统中光电接触环剖视示意图；

图16为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统中导电光缆示意图；

图17为本发明实施例提供的井下动力与双向通讯系统中电光分合器示意图。

附图标记说明：

1、O型圈；2、环形槽；3、发电机外筒；4、脉冲器；5、发电机；6、过流短节；7、7芯圆插针母头；8、7芯圆插针公头；9、挡环；10、密封圈；11、密封圈；12、O型圈；13、挡圈；14、光电滑环内环；15、光电滑环外环；16、挡环；17、第一轴向密封挡环；18、密封圈；19、O型圈；20、挡圈；21、电子仓本体；22、电子仓外筒；23、密封圈；24、挡圈；25、第二轴向密封挡环；26、光电接触环；27、密封圈；28、平头螺钉；29、测试口插头；30、测试孔压板；31、内六角圆柱头螺钉；32、测试口顶盖；33、光电接触环；34、整流、稳压及滤波电路；35、导电光缆总线；36、电源管理模块；37、光电分合器；38、中央控制电路；39、下传解码电路；40、上传编码电路；41、脉冲驱动电路；50、电能端口；51、电子端口；52、光电耦合器；53、导电光缆接口；61、外保护层；62、绝缘层；63、石墨烯导电层；64、塑料光缆芯；65、U型绝缘橡胶环；66、石墨烯增强导电膜；67、透明导电环；68、塑料光缆芯；69、光电插头。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1至12所示，该井下动力与双向通讯系统包括脉冲器4、发电机5、发电机外筒3、过流短节6、电子仓本体21、电子仓外筒22。脉冲器4、发电机5、过流短节6、电子仓本体21自上而下依序通过螺纹固定安装在一起。发电机外筒3与电子仓本体21的上端通过螺纹连接在一起。电子仓外筒22固定在发电机外筒21与电子仓本体21之间的环形槽内，发电机外筒3端面上有O型圈1与下端电子仓本体21的O型圈12、挡圈13，隔断外界泥浆产生的高液柱压力，侧壁上有细长孔，联通端面上的环形槽2，细长孔内有导电光缆，上端面环形槽内有光电接触环33，下端面内壁上有光电滑环外环15，脉冲器4的控制线从发电机5中心的过线孔通过，与发电机5的电源输出线一起通过过流短节6内的小孔与电子仓本体21的小孔对接后进入电子仓。电子仓本体21上部有接触环槽，接触环槽通过小孔与电子仓连通，接触环槽内装光电滑环内环14，与电子仓外筒22的光电滑环外环15接触，电子仓本体21下端面有接触环槽装有光电接触环33，通过小孔与电子仓相通，电子仓由环形均布的四个上部槽和下部槽构成，上部槽内安装有整流、稳压及滤波电路34输出与下部槽内的电源管理模块36的输入端及导电光缆总线35连接，下部槽内安装的中央控制电路38与下传解码电路39、上传编码电路40及光电分合器37连接。

脉冲器4、发电机5、电源管理模块36均为现有公知公用的技术，电源管理模块36具有分配电压的作用。

将本实施例所述的井下动力与双向通讯系统通过发电机外筒3与钻柱连接，并通过电子仓本体21与测量短节、导向短节和钻头连接，将本实施例所述的井下动力与双向通讯系统下入井内，在地面泥浆泵循环过程中，井下泥浆涡轮发电机5发出三相交流电，经过整流、稳压及滤波电路34得到直流电能，电能通过光电分合器37加载到导电光缆总线35上，传输给需要电能的节点，通过在地面分流泥浆的方式，改变井下涡轮发电机5的转速信号，转速信号调理传给下传解码电路39，下传解码电路39解码后传给中央控制电路38，中央控制电路38将指令发送给电光分合器37转换为光信号，通过导电光缆总线35转发给非接触传输模块，非接触传输模块传送给导向主控电路，实现导向控制，同时，中央控制电路38通过导电光缆总线35向所有连接的节点发送或接收数据，中央控制电路38将需要上传的数据传送给上传编码电路40，通过脉冲驱动电路41驱动脉冲器4上传数据。

在将电能和通讯信号加载到同一介质上进行单线传输的过程中，由于本实施所述的导电光缆总线系统传输的光信号实现测控数据双向传输，该方式具有抗干扰能力强、传输速率快和不对外造成干扰的优点，因此本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，不受井下发电机、液压模块电机在和变化的影响，使信号正常并实时的传输，同时不对井下磁场测量器件造成干扰，电能传输过程平稳，在旋转导向系统的钻井施工过程中，井下动力与双向通讯系统提供平稳的电能传输和可靠的测控信号传输，实现安全、便捷、快速的旋转导向钻进作业，保障含气钻井的钻井效益，因此，本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法具有广泛的应用前景。

可根据实际需要，对上述井下动力与双向通讯系统作进一步优化或/和改进：

如附图13所示，井下动力与双向通讯电路包括整流、稳压及滤波电路34，转速信号调理电路，下传解码电路39，中央控制电路38，上传编码电路40，脉冲驱动电路41，发电机输出端子与整流、稳压及滤波电路34的输入端子链接，整流、稳压及滤波电路34的输出端子与电源管理模块36的输入端子连接，电源管理模块36分别与中央控制电路38、下传解码电路39、上传编码电路40及光电分合电路37连接的电源输入端子电连接，发电机5转速信号输出端子与转速信号调理电路的输入端子链接，转速信号调理电路的输出端子与下传解码电路39输入端子连接，下传解码电路39与中央控制电路38通过CAN总线连接，中央控制电路38的输出通过CAN端子与上传编码电路40的输入端子连接，上传编码电路40的输出与脉冲驱动电路41的输入端子链接，脉冲驱动电路41的输出端子与脉冲器4的输入端子连接。转速信号接收调理电路、CAN通讯总线和脉冲驱动电路41均为现有公知公用的电路模块。电源管理模块36对输出电压进行变换后，形成多路不同的电压输出，分别给上传编码电路40、中央控制电路38、下传解码电路39、光电分合器37供电。光电分合器37将电能和光信号一同加载到导电光缆总线35上，传输给其他节点，光电分合器37接收时分离出光信号和电能，电能传输给电源管理模块36，从导电光缆总线35接收到信号后转换为电信号，放大滤波后，输出给中央控制电路38进行处理，中央控制电路38将需要发送的数据转变为电信号传给光电分合器37，光电分合器37将电信号转换为光信号传输到总线样的各节点，其他节点上的光电分合器完成自己的电光分离与合成任务。

如附图16所示，上述导电光缆包括塑料光缆芯64、石墨烯导电层63、绝缘层62和外保护层61，塑料光缆芯64的外部包裹石墨烯导电层63，石墨烯导电层63的外面包裹绝缘层62，绝缘层62外面包裹保护层61。如图14和图15所示，光电接触环33包括塑料光缆芯68、透明导电环67、石墨烯增强导电膜66、U型绝缘橡胶环65，塑料光缆68外面包裹透明导电环67、透明导电环67外包裹石墨烯增强导电膜66，外套U型绝缘橡胶环65，透明导电光环67通过光电插头69与导电光缆连接，将导电光缆总线35安装在发电机外筒3侧壁上的小孔内，固定好光电插头的一端，光电接触环33安装在发电机外筒3上端面环槽内，与导电光缆插接，发电机外筒3侧壁小孔内的导电光缆在下部内侧光电滑环外环与电子仓本体21上部光电滑环内环连接，将导电光缆安装在电子仓下部侧壁上的小孔内，固定好光电插头的一端，光电接触环33安装在电子仓下端面环槽内，与导电光缆插接，导电光缆上端通过小孔与电子仓内的电光分合器37连接，电光分离后分别通讯模块和电源管理模块连接，如图17所示，电光分合器37包括导电光缆接口53、电能端口50、电子端口51、光电耦合器52，光电分合器37的导电光缆接口53与导电光缆总线35、电能端口50以电源管理模块36连接，电子端口51中央主控电路38连接，

井下动力与双向通讯系统，通过上端的光电接触环33和下端的光电接触换与井下其他需要的连接的测控节点进行连接。

如附图1至12所示，井下动力与双向通讯系统，还包括平头螺钉28，测试孔压板30，将测试口插头29固定安装在电子仓本体测试孔内限位环台上，内六角圆柱头螺钉31，将测试口顶盖32固定安装在电子仓本体测试孔环台上，过流短节6通过内六角圆柱头螺钉与电子仓本体上端面固定安装在一起。

根据需要，在脉冲器4与发电机5之间密封固定安装有2芯圆形插针，在发电机5的下部内侧密封固定安装有7芯圆插针母头7，过流短节6的上端内侧密封固定安装有7芯圆插针公头8，将脉冲器驱动线路、发电机输出线路与整流、稳压及滤波电路34和脉冲驱动电路41连接在一起。

如附图1至12所示，发电机外筒3下端内壁与电子仓本体21上部外侧之间固定安装有至少一道道的密封圈12、挡圈13，在发电机外筒3的下端面与铜环之间固定安装有至少一道的密封圈1，过流短节6外部与发电机外筒3的下部内侧之间固定安装有至少一道的密封圈10和挡环9，过流短节6外部与电子仓本体21上端内壁之间至少一道的密封圈11，电子仓外筒22上部端面与第一轴向密封挡环17之间固定安装有至少一道的密封圈18，电子仓外筒22上部端面与电子仓本体21上部外侧之间固定安装有至少一道的密封圈18和一个挡圈20，电子仓外筒22下部端面与第二轴向密封挡环25之间固定安装有至少一道的密封圈18，电子仓外筒22下部端面与电子仓本体21下部外侧之间固定安装有至少一道的密封圈23和一个挡圈24，电子仓本体21下部外侧台肩之间固定安装有至少一道的密封圈18，电子仓本体21下部的测试孔与测试口顶盖32之间固定安装有至少一道的密封圈27，从而防止液体等进入连接孔道和电子仓内，防止其对电子部件等造成的损坏。

实施例2：如附图5所示，该井下动力与双向通讯系统的使用方法，按下述方法进行：将实施例1所述的井下动力与双向通讯系统通过在发电机外筒4上端接转换短节与钻柱连接，并通过电子仓本体21下部与旋转导向测量短节、导向控制短节和钻头连接，将实施例1所述的井下动力与双向通讯系统下入井内，钻井流体循环过程中，井下涡轮发电机5发出电能，经过整流、稳压及滤波电路34得到电能，电能通过光电分合器37加载到导电光缆总线35上，传输给需要电能的节点，下传指令控制器通过在地面分流泥浆的方式，改变井下涡轮发电机5的转速信号，经过转速信号调理电路处理后通过光耦传给下传解码电路39，下传解码电路39解码后传给中央控制电路38，中央控制电路38将指令发送给电光分合器37转换为光信号，通过导电光缆总线35转发给非接触传输模块，非接触传输模块传送给导向主控电路，实现导向控制，同时，中央控制电路38通过导电光缆总线35向所有连接的节点发送或接收数据，中央控制电路38将需要上传的数据传送给上传编码电路40，通过脉冲驱动电路41驱动脉冲器上传数据，脉冲器4产生的泥浆压力波信号沿井筒上传到地面，地面接收解码系统将采集到到的泥浆压力脉冲信号还原为井下数据。由于本实施通过导电光缆传输电能与光信号，实现井下工具各节点间的数据的传输，该数据传输方式具有抗干扰能力强、传输速率快和对外干扰小的优点。因此，本实施例所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，不受井下发电机、液压模块电机在和变化的影响，使信号正常并实时的传输，同时不对井下磁场测量器件造成干扰，电能传输过程平稳，在旋转导向系统的钻井施工过程中，井下动力与双向通讯系统提供平稳的电能传输和可靠的测控信号传输，实现安全、便捷、快速的旋转导向钻进作业，保障含气钻井的钻井效益，因此，本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，具有广泛的应用前景。

地面接收解码系统为现有公知技术。

综上所述，本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，结构合理而紧凑，使用方便，在将电能与光信号在同一介质上传输与井下工具各节点进行双向传输的过程中，由于其通过导电光缆传输电能与光信号，实现井下工具各节点间的数据的传输，该数据传输方式具有抗干扰能力强、传输速率快和对外干扰小的优点，因此本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，不受井下发电机、液压模块电机在和变化的影响，使信号正常并实时的传输，同时不对井下磁场测量器件造成干扰，电能传输过程平稳，在旋转导向系统的钻井施工过程中，井下动力与双向通讯系统提供平稳的电能传输和可靠的测控信号传输，实现安全、便捷、快速的旋转导向钻进作业，保障含气钻井的钻井效益。因此，本发明所述的井下动力与双向通讯系统及其使用方法，具有广泛的应用前景。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (9)

1.一种井下动力与双向通讯系统，包括脉冲器、发电机、发电机外筒、过流短节、电子仓本体、电子仓外筒、导电光缆、光电接触环、光电分合器；其特征在于，发电机、发电机外筒、电子仓外筒、电子仓本体自上而下依序固定安装在一起；发电机下端通过螺纹连接在过流短节上，发电机出来的电线通过7芯圆插与电子仓本体中的井下动力与双向通讯电路连接，发电机外筒通过螺纹与电子仓本体连接；电子仓外筒固定在发电机外筒与电子仓本体之间的槽内，电子仓外筒其端面和内部有O型密封圈；发电机内引出三相交流电线以及过线；在发电机外筒上端面有一环形槽，下端内部有接触环槽，发电机外筒上端面环形槽和发电机外筒下端内部的接触环槽分别与电子仓本体中的井下动力与双向通讯电路通过小孔连通，发电机外筒上端面环形槽通过发电机外筒壁上的细长孔与发电机外筒下端内部的接触环槽相通；电子仓本体上部有接触环，电子仓本体下端面有接触环槽，该电子仓本体下端面接触环槽通过小孔与电子仓本体相通；电子仓本体由环形均布的四个上部槽和下部槽构成，上部槽内安装有整流、稳压及滤波电路，滤波输出与下部环槽内的电源管理模块的输入端及导电光缆总线连接，下部环槽内安装的中央控制电路与下传解码板、上传编码电路及光电分合器连接。

2.根据权利要求1所述的井下动力与双向通讯系统，其特征在于，井下动力与双向通讯电路包括整流、稳压及滤波电路，转速信号调理电路，下传解码电路，中央控制电路，上传编码电路，脉冲驱动电路；发电机输出端子与整流、稳压及滤波电路的输入端子链接，整流、稳压及滤波电路的输出端子与电源管理模块的输入端子连接，电源管理模块分别与中央控制电路、下传解码电路、上传编码电路及光电传输模块连接的电源输入端子电连接，发电机转速信号输出端子与转速信号调理电路的输入端子链接，转速信号调理电路的输出端子与下传解码电路输入端子连接，下传解码电路与中央控制电路通过CAN总线连接，中央控制电路的输出通过CAN端子与上传编码电路的输入端子连接，上传编码电路的输出与脉冲驱动电路的输入端子链接，脉冲驱动电路的输出端子与脉冲器的输入端子连接。

3.根据权利要求2所述的井下动力与双向通讯系统，其特征在于，在脉冲器与发电机之间密封固定安装有2芯圆形插针，在发电机的下部内侧密封固定安装有7芯圆插针母头，过流短节的上端内侧密封固定安装有7芯圆插针公头，将脉冲器驱动线路、发电机输出线路与整流、稳压及滤波电路和脉冲驱动电路连接在一起。

4.根据权利要求3所述的井下动力与双向通讯系统，其特征在于，导电光缆包括塑料光缆芯、石墨烯导电层、绝缘层和外保护层，塑料光缆芯的外部包裹石墨烯导电层，石墨烯导电层的外面包裹绝缘层，绝缘层外面包裹保护层；

光电接触环包括导电光环、光电插接头、U型绝缘橡胶环，导电光环安装在U型绝缘橡胶环的U型槽内，导电光环通过光电插头与导电光缆连接，将导电光缆安装在发电机外筒侧壁上的小孔内，固定好光电插头的一端，光电接触环安装在发电机外筒上端面环槽内，与导电光缆插接，发电机外筒侧壁小孔内的导电光缆在下部内侧光电接触环与电子仓本体上部光电接触环连接，将导电光缆安装在电子仓本体下部侧壁上的小孔内，固定好光电插头的一端，光电接触环安装在电子仓本体下端面环槽内，与导电光缆插接，导电光缆上端通过小孔与电子仓本体内的电光分合器连接，电光分离后分别通讯模块和电源管理模块连接。

5.根据权利要求4所述的井下动力与双向通讯系统，其特征在于，电光分合器包括导电光缆接口、光纤端口、电能端口及光电耦合器，光电分合器的导电光缆接口与导电光缆连接，导电光缆接口与光电耦合器和电能端口连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的井下动力与双向通讯系统，其特征在于，通过上端的光电接触环和下端的光电接触环与井下其他需要的连接的测控节点进行连接。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的井下动力与双向通讯系统，其特征在于，还包括平头螺钉、测试孔压板，将测试口插头固定安装在电子仓本体测试孔内限位环台上，将测试口顶盖固定安装在电子仓本体测试孔环台上，过流短节通过内六角圆柱头螺钉与电子仓本体上端面固定安装在一起。

8.根据权利要求7所述的井下动力与双向通讯系统，其特征在于，发电机外筒下端内壁与电子仓本体上部外侧之间固定安装有至少一道密封圈和挡圈，在发电机外筒的下端面与铜环之间固定安装有至少一道密封圈，过流短节外部与发电机外筒的下部内侧之间固定安装有至少一道密封圈和挡环，过流短节外部与电子仓本体上端内壁之间至少一道密封圈，电子仓外筒上部端面与第一轴向密封挡环之间固定安装有至少一道密封圈，电子仓外筒上部端面与电子仓本体上部外侧之间固定安装有至少一道密封圈和一个挡圈，电子仓外筒下部端面与第二轴向密封挡环之间固定安装有至少一道密封圈，电子仓外筒下部端面与电子仓本体下部外侧之间固定安装有至少一道密封圈和一个挡圈，电子仓本体下部外侧台肩之间固定安装有至少一道密封圈，电子仓本体本体下部的测试孔与测试口顶盖之间固定安装有至少一道密封圈。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的井下动力与双向通讯系统，其使用方法如下：将井下动力与双向通讯系统上部通过钻铤与钻柱连接，下部与旋转导向测量短节、导向控制短节和钻头连接；将井下动力与双向通讯系统下入井内，发电机发出电能，经过整流、稳压及滤波电路得到电能，电能通过光电分合器加载到导电光缆上，传输给需要电能的节点，下传指令控制器通过在地面分流泥浆的方式，改变发电机的转速信号，经过转速信号调理电路处理后传给下传解码电路，解码传给中央控制电路，中央控制电路将指令通过导电光缆转发给导向主控电路，实现导向控制，同时，中央控制电路通过到导电光缆向所有连接的节点发送或接收数据，中央控制电路将需要上传的数据传送给上传编码电路，通过脉冲驱动电路驱动脉冲器上传数据。