CN110847820A - 一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种随钻信号与供电短传系统，属于石油钻探领域，具体是涉及一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统。包括：旋转变压器，其转子绕组和定子绕组分别连接于旋转导向工具的转动部件和固定部件上；所述转子绕组通过逆变器与直流电源相连，所述定子绕组通过整流器连接近钻头传感器和/或控制设备。因此，本发明相对于现有技术具备以下优点：使用旋转变压器实现仪器钻铤向近钻头传感器及控制设备供电并实现信号短传，不仅能够实现大电流供电，并且还能实现双向通信以获得测量数据和控制命令同时传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种随钻信号与供电短传系统，属于石油钻探领域，具体是涉及一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统。
背景技术
旋转导向钻井工具有摩阻小、钻速高、时效高、井眼清洁、轨迹光滑和井眼延伸能力强等显著技术优势。在旋转导向工具应用时，为了能更及时、更准确的获得工程参数和地质参数，提高导向能力，需要尽可能的靠近钻头的位置安装传感器，由于连接钻头的输出轴和仪器钻铤都是不同转速转动的，致使仪器钻铤无法向近钻头传感器供电和数据通信。目前近钻头传感器及控制设备多是采用电池供电，仅能供传感器使用，随着技术进步，近钻头采用大功率控制设备，所用电池不能满足电能需要。并且现有条件，仪器钻铤和近钻头设备通信多是单向通信，即只单向传输近钻头传感器设备数据，随着近钻头控制设备增加，单向通信无法获得控制命令。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的所述的技术问题，提供了一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统。该系统使用旋转变压器实现仪器钻铤向近钻头传感器及控制设备供电并实现信号短传。
为解决上述问题，本发明的方案是：
一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，包括：
旋转变压器，其转子绕组和定子绕组分别连接于旋转导向工具的转动部件和固定部件上；
所述转子绕组通过逆变器与直流电源相连，所述定子绕组通过整流器连接近钻头传感器和/或控制设备。
优选的，上述的一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，所述转子绕组和所述定子绕组分别通过转子出线和定子出线连接到电路仓的电路中。
优选的，上述的一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，所述旋转变压器定子安装在电机减速器的壳体上，其转子固连在电机减速器输出轴上并与输出轴一起旋转，所述定子绕组的出线和所述转子绕组的出线通过壳体上的工艺孔引出连接至电子电路仓体中的电路板上。
优选的，上述的一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，还包括：
原边调制解调单元，其隔离变压器原边绕组连接于旋转变压器转子绕组，其隔离变压器副边设置有连接上位机控制器的副边接收绕组和副边发送绕组；
副边调制解调单元，其原边绕组连接于定子绕组，其副边设置有连接近钻头传感器及控制设备的副边接收绕组和副边发送绕组。
优选的，上述的一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，所述调制解调单元隔离变压器副边接收绕组和副边发送绕组分别连接限幅滤波解调模块和调制放大模块后再连接于其它装置。
因此，本发明相对于现有技术具备以下优点：使用旋转变压器实现仪器钻铤向近钻头传感器及控制设备供电并实现信号短传，不仅能够实现大电流供电，并且还能实现双向通信以获得测量数据和控制命令同时传输。
附图说明
并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
图1是旋转变压器结构图；
图2是信号调制/解调单元图；
图3是本发明供电及信号短传原理方框图；
图4是本发明旋转变压器等效电路图。
将参照附图描述本发明的实施例，图中，101-转轴，102-转子，103-定子，104-螺钉a，105-螺钉b，106-转子出线，107-定子出线，201-限幅/滤波/解调模块、202-副边接收绕组、203-原边绕组、204-调制/放大模块、205-副边发送绕组、301-直流电源、302-逆变器、303-旋转变压器、304-整流器、305-近钻头传感器、306-上位机控制器、307-原边调制解调单元、308-副边调制解调单元、401-原边绕组线圈、402-副边绕组线圈。
具体实施方式
实施例
如图1所示为本发明所用旋转变压器结构图，所述旋转变压器由转子和定子组成，所述旋转变压器定子安装在电机减速器的壳体上，其转子固连在电机减速器输出轴上并与输出轴一起旋转,所述旋转变压器转子和定子分别有转子出线和定子出线，所述的转子出线和定子出线分别连接到相应电子电路仓中的电路上。
本发明实施例中，所述旋转变压器应用于指向式旋转导向工具，旋转变压器安装在电机减速器输出轴。旋转变压器转子套接在电机减速器输出轴上，并用螺钉固联于转轴，与转轴一起运动；旋转变压器定子通过螺钉固联于减速器壳体；旋转变压器定子出线和旋转变压器转子出线通过壳体上的工艺孔引出，最终引到电子电路仓体中的电路板上。
如图4所示为旋转变压器等效电路图，转子绕组为旋转变压器原边，定子绕组为旋转变压器副边。
如图2所示为本发明信号调制/解调单元图示，包括三部分组成：用于接收信号的限幅/滤波/解调模块、用于信号发送的调制/放大模块和隔离变压器，所述隔离变压器由原边绕组、副边接收绕组和副边发送绕组组成。
如图3所示为本发明供电及信号短传原理图，所述仪器钻铤直流电源经过逆变器将直流电源逆变为交流电输出，所述交流电输出接入所述旋转变压器原边，经电磁耦合将电能传输到所述旋转变压器副边输出，所述旋转变压器副边输出经整流器整流为所述的近钻头传感器及控制设备供电。至此完成了供电短传。
所述的上位机控制器命令数据发送至原边调制解调单元，经所述的原边调制解调单元调制放大模块调制成模拟信号并放大后将信号输出到所述原边调制解调单元的隔离变压器副边发送绕组，再耦合至所述原边调制解调单元隔离变压器原边绕组输出，所述原边绕组输出信号同所述的逆变器输出的交流电叠加，所述叠加信号接入所述旋转变压器原边再耦合到所述的所述旋转变压器副边，经所述的副边调制/解调单元原边绕组并耦合到副边接收绕组，所述的副边接收绕组输出经限幅/滤波/解调模块解调出数据，并把数据传输给所述的近钻头传感器及控制设备执行。至此完成了所述上位机控制器到近钻头传感器及控制设备数据短传。
所述的近钻头传感器及控制设备所采集的数据，经所述的副边调制解调单元调制放大模块调制成模拟信号并放大后将信号输出到所述副边调制解调单元的隔离变压器副边发送绕组，再耦合至所述副边调制解调单元隔离变压器原边绕组输出，所述原边绕组输出信号接入所述的旋转变压器副边并耦合到所述的旋转变压器的原边，经所述的原边调制/解调单元原边绕组耦合到副边接收绕组，所述的副边接收绕组输出经限幅/滤波/解调模块解调出数据，并把数据传输给所述的上位机控制器接收处理。至此完成了上位机控制器和近钻头传感器及控制设备数据双向短传。
本发明的有益效果在于，利用旋转变压器实现旋转导向工具随钻信号与供电短传，实现旋转导向工具仪器钻铤给对近钻头传感器及控制设备供电、以及之间数据双向传输。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (5)
1.一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，其特征在于，包括：
旋转变压器，其转子绕组和定子绕组分别连接于旋转导向工具的转动部件和固定部件上；
所述转子绕组通过逆变器与直流电源相连，所述定子绕组通过整流器连接近钻头传感器和/或控制设备。
2.根据权利要求1所述的一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，其特征在于，所述转子绕组和所述定子绕组分别通过转子出线和定子出线连接到相应电路仓的电路中。
3.根据权利要求1所述的一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，其特征在于，所述旋转变压器定子安装在电机减速器的壳体上，其转子固连在电机减速器输出轴上并与输出轴一起旋转，所述定子绕组的出线和所述转子绕组的出线通过壳体上的工艺孔引出连接至相应电子电路仓体中的电路板上。
4.根据权利要求1所述的一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，其特征在于，还包括：
原边调制解调单元，其隔离变压器原边绕组连接于转子绕组，其隔离变压器副边设置有连接上位机控制器的副边接收绕组和副边发送绕组；
副边调制解调单元，其隔离变压器原边绕组连接于定子绕组，其隔离变压器副边设置有连接近钻头传感器及控制设备的副边接收绕组和副边发送绕组。
5.根据权利要求4所述的一种用于旋转导向工具的随钻信号与供电短传系统，其特征在于，所述副边接收绕组和副边发送绕组分别连接限幅滤波解调模块和调制放大模块后再连接于其它装置。
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