[发明专利]用于泥浆脉冲遥测装置的大容量电容器充电电路

说明书

本文公开了用于对大容量能量储存电容器充电(诸如用于在井下工具中致动螺线管)的方法和设备。可能以泥浆为动力的发电机提供与其旋转速度成比例的整流电压。将所述整流电压提供到单端初级电感转换器，所述单端初级电感转换器进而在跨大容量电容器(16)的电压降低到介于预定较高与较低设置点之间时对所述大容量电容器充电。一旦使所述大容量电容器放电，诸如来自用于形成泥浆压力脉冲的电磁阀的致动，控制逻辑还导致所述转换器停止对所述大容量电容器(16)充电以提高电路效率和性能。也可提供电池以经由限流器来对所述大容量电容器充电，并且断开电路防止所述电池在所述发电机正经由所述转换器对所述大容量电容器充电时对所述大容量电容器充电。

技术领域

本公开大体涉及油田设备，并且具体来说涉及井下工具。

背景技术

各种井下工具使用泥浆脉冲遥测技术以在钻井操作期间传输信息。一种公知方法使用泥浆脉冲发生器以在钻孔中形成负压脉冲。螺线管用于在系统中打开和关闭产生进入钻井泥浆的压力脉冲的阀。这些脉冲对应于曼彻斯特或其它编码系统以使得信号能够从钻孔底部传输到表面。

现有布置通常由高电容的大容量电容器(例如，7600μF)驱动电磁阀，该大容量电容器储存所需电能并且提供高的放电能力以快速致动螺线管。通过在螺线管致动的实例之间使用较低电流额定直流固定电压电源，大容量电容器与其放电的情况相比，充电更加缓慢。

例如，大容量电容器可由一个或多个电池(诸如一系列90V电池)通过线性限流电路充电。限流器的目的是防止电池在电容器充电过程中由于过量的电流而受损。然而，线性限流器效率较低。例如，虽然大容量电容器在700mA下从60V充电到90V，但每个充电周期所损失的平均功率为10.5瓦特。

替代地，由泥浆流提供动力的发电机可以用于对大容量电容器充电。由于发电机输出电压与泥浆流(其可变)成比例，因此在发电机下游使用经过调整的直流电源电路以对大容量电容器充电。经过调整的电源往往较大、增加了复杂性并且具有有限的输入电压范围和操作温度极限。因此，期望提供直流电源电路，该直流电源电路配合在井下工具的有限可用空间内、延长了发电机的操作范围并且在较高温度下操作。

另外，期望提供直流电源电路，该直流电源电路允许由电池或以泥浆为动力的发电机对大容量电容器充电。

附图说明

在下文参照附图详细描述了实施方案，附图中：

图1是根据优选实施方案的随钻测量系统的块级示意图，示出了用于在地下钻出钻孔的钻柱和钻头以及设置在钻柱中的泥浆脉冲遥测工具，该泥浆脉冲遥测工具合并有图2的大容量电容器充电电路；

图2是根据优选实施方案的大容量电容器充电电路的简化的块级示意图，示出了用于经由转换器对电容器充电的发电机；

图3是图2的大容量电容器充电电路的详细的示意图，示出了改进型单端初级电感转换器的细节；

图4是示出了由图3的大容量电容器充电电路实现的逻辑的流程图；

图5是图2的大容量充电电路的简化的块级示意图，该大容量充电电路通过电池和电池控制电路扩充以允许由转换器或由电池堆大容量电容器充电；

图6是根据实施方案的图5的大容量电容器充电电路的详细的示意图；以及

图7是示出了由图6的大容量电容器充电电路所实施的电池连接逻辑的流程图。

具体实施方式

将注意力转向图1，其示出了本公开的随钻测量(MWD)或随钻测井(LWD)系统。概括地说，图1所示的系统一般由标号20标识。

MWD系统20可以包括陆地钻机22。然而，本公开的教导可以令人满意地结合以下各项使用：海上平台；半潜式平台；钻井船；以及任何其它令人满意地用于形成延伸穿过一个或多个井下岩层的井筒的钻井系统。