CN202839282U

CN202839282U - 用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器

Info

Publication number: CN202839282U
Application number: CN 201220467755
Authority: CN
Inventors: 张连成
Original assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Drilling Research Institute Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Engineering Technology R&D Co Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2022-09-13

Abstract

本实用新型公开了一种用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，包括初级线圈、次级线圈、磁芯、内筒和外筒；初级线圈的两端作为电能的输入端用于连接井下发电机或者井下用高温电池；或者作为信号的输入端用于连接测试信号的两端；次级线圈的两端作为电能的输出端用于连接到整流稳压系统；磁芯安装在所述内筒的外侧，初级线圈固定绕制在磁芯的外侧；所述外筒套装在所述初级线圈的外侧，外筒和初级线圈之间留有设有间隙，外筒能够绕着初级线圈旋转；次级线圈固定绕制在外筒的外侧。本实用新型可实现电能的高效传输和数据信号的交换传递，安装方便、体积小巧、而且具有耐钻井液的冲刷、抗高冲击、高震动的优点。

Description

用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器

技术领域

本实用新型属于石油开采领域，特别涉及一种用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器。

背景技术

在石油钻井工程中、很多钻井设备、测量工具都需要电力供应和信号在不同设备之间的传递。例如：各种地质参数测量设备、石油钻井井下状态监测设备等。以及将来可能用到的电子、电气设备为了完成相关工作内容，也需要电能和信号交换等。因此需要用到电源。

对于感应式电源，申请号为200510019773.5的中国发明专利，发明名称：松耦合感应电源，提出了一种松耦合感应电源，旨在提供一种非接触供电装置，克服了传统导线直接供电的弊端，能为固定在旋转轴上的测量仪器仪表提供稳定的电源。所述旋转电源变换装置由松耦合变压器副边线圈、副边补偿电容、整流稳压电路以及负载相互连接而成，所述副边线圈绕在一个卡在旋转轴上的绝缘盘上。本发明的主要用途是为测量旋转轴上的各种参数的测量仪器仪表长时间的提供电源。这种松耦合感应电源由于其结构上不具备高抗震、要求输入电源为220V交流电源、导磁材料说明不明确、输出功率小（仅有2-10W），不能同时传输信号等方面的缺陷，所以不适合在钻井工程中应用。

现有的旋转装置供电和信号传输方法主要还是停留在滑环摩擦接触的方式。在这种传输方式中、由于固定部分与旋转部分之间存在接触电阻，在石油钻井工程中，由于强烈的震动和钻井液的冲刷，极大缩短滑环的寿命，使得工作可靠性大幅降低。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，不仅可以实现电能的高效传输，同时可以实现数据信号的交换传递，而且具有耐钻井液的冲刷、抗高冲击、高震动的优点。

为了实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：

一种用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，包括初级线圈、次级线圈、磁芯、内筒和外筒；

所述初级线圈的两端作为电能的输入端用于连接井下发电机或者井下用高温电池；或者作为信号的输入端用于连接测试信号的两端；

所述次级线圈的两端作为电能的输出端用于连接到整流稳压系统；

所述磁芯安装在所述内筒的外侧，所述初级线圈固定绕制在磁芯的外侧；

所述外筒套装在所述初级线圈的外侧，所述外筒和初级线圈之间设有间隙，所述外筒能够绕着初级线圈旋转；

所述次级线圈固定绕制在外筒的外侧。

所述磁芯由软磁材料制成。

所述磁芯的材质为钴基非晶合金、低剩磁纳米晶铁芯、铁镍基非晶铁芯或坡莫合金。

所述磁芯是环形、长条状或圆弧形，所述磁芯贴在内筒的外壁上。

所述外筒的材质为聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、工程塑料、聚氨酯或钢陶瓷;所述内筒的材质为高强度金属。

所述次级线圈外侧设有金属仪器仓。

本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果是：本实用新型是一种基于感应供电方式的松耦合变压器，不仅可以实现电能的高效传输，同时可以实现数据信号的交换传递，不仅安装方便、体积小巧、而且具有耐钻井液的冲刷、抗高冲击、高震动的结构特点，完全适合于钻井工程中非接触供电和信号传递的工作要求、彻底摒弃了滑环等物理接触供电的缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面所列附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器的横向剖面图；

图2是本实用新型实施例提供的用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器的纵向剖面图；

图3是本实用新型实施例提供的用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器的工作原理图。

附图中，各标号所代表的组件列表如下：

201内筒，202磁芯，203初级线圈，204间隙，205外筒，206次级线圈，207金属仪器仓。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1和图2，一种用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，包括初级线圈203、次级线圈206、磁芯202、内筒201和外筒205；

初级线圈203的两端作为电能的输入端用于连接井下发电机或者井下用高温电池；或者作为信号的输入端用于连接测试信号的两端；

次级线圈206的两端作为电能的输出端用于连接到整流稳压系统；

磁芯202安装在内筒201的外侧，初级线圈203固定绕制在磁芯202的外侧；

外筒205套装在初级线圈203的外侧，外筒205和初级线圈203之间留有间隙204，外筒205能够绕着初级线圈203旋转；间隙204可以是毫米级的，可以保证外筒205任意转动；

次级线圈206固定绕制在外筒205的外侧。

本实用新型可以同时传送电能和电信号，具有能量传输效率高、信号传输实时性好，内筒和外筒之间可以随意转动，不必有物理连接限制的优点。

作为优选，磁芯202由软磁材料制成，为一高灵敏度磁芯；

磁芯202的选用材料包括为钴基非晶合金、低剩磁纳米晶铁芯、铁镍基非晶铁芯或坡莫合金。优选由钴基非晶CF84制成；

磁芯202可以是环形、长条状或圆弧形，磁芯202贴在内筒201的外壁上。

外筒由具有良好弹性与强度耐磨性的聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、工程塑料、聚氨酯或钢陶瓷等可塑性化学材料浇注制成，所述内筒的材质为高强度金属。

本实用新型用于随钻测量的非接触能量传输与信号传递系统，连接在内筒201和外筒205之间.高强度金属内筒201是钻铤的一部分，可以在内筒201安置随钻发电机或电池等电源系统，也可以在内筒201安置随钻测量的仪器等装置，内筒201也可以称为芯轴；在高灵敏磁芯202外侧绕制初级线圈203，再通过高强度有机材料塑模将初级线圈203固定和密封高灵敏磁芯202的外侧；初级线圈203的外侧套装外筒205，次级线圈206绕制在高强度有机材料外筒205的外侧，再通过高强度有机材料塑模固定和密封次级线圈206，并且将固定和密封好的次级线圈206内侧抛光成圆柱形，同时引出次级线圈206的两根端线，其中，高强度有机材料选自聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、工程塑料、聚氨酯或钢陶瓷中的一种。本实用新型只有一组磁芯202，次级线圈206与初级线圈203共用一组磁芯202。次级线圈206外侧设有金属仪器仓207。在高强度有机材料外筒205的外侧套装高强度金属材料制作的金属仪器仓207，用于放置随钻测量的仪器、地层参数测量系统和整流稳压系统。

参见图3，当高频交流电电流流过初级线圈203时，这部分电流在包围的高灵敏度磁芯202里产生方向和大小都交变的磁场，由于这个交变的磁场也穿过次级线圈206，所以在次级线圈206里就会感应出频率一样的交变电压，变压器次级线圈206感应到高频交流电能后，经过整流稳压系统，变换成外部测量系统需要的电压等级。

本实用新型用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器主要有如下特点：

1)可以在随钻条件下在内筒与外筒之间实时传输电能与信号；

2)用途广泛，可以用于泥浆、空气、氮气、天然气等多种介质的随钻测量系统中；

3)能量传输效率高，功率大；

4）同时可以相同结构传输各种测试信号，信号传输效率高，实时性好、不失真。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，其特征在于，包括初级线圈、次级线圈、磁芯、内筒和外筒；

所述次级线圈固定绕制在外筒的外侧。

2.根据权利要求1所述的用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，其特征在于，所述磁芯由软磁材料制成。

3.根据权利要求1所述的用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，其特征在于：所述磁芯的材质为钴基非晶合金、低剩磁纳米晶铁芯、铁镍基非晶铁芯或坡莫合金。

4.根据权利要求1所述的用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，其特征在于：所述磁芯是环形、长条状或圆弧形，所述磁芯贴在内筒的外壁上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，其特征在于：所述外筒的材质为聚氯乙烯树脂、酚醛树脂、工程塑料、聚氨酯或钢陶瓷;所述内筒的材质为高强度金属。

6.根据权利要求5所述的用于随钻测量的非接触能量传输系统中的松耦合变压器，其特征在于：所述次级线圈外侧设有金属仪器仓。