[发明专利]一种基于宽带电力线载波通信的油井通信系统

说明书

本发明公开了一种基于宽带电力线载波通信模块、中压整流电源模块、充电电池组构成的油井通信系统。该系统用于油田1140V电力线的钻井电机远程控制系统中，该系统通过改造现有的电力线载波模拟前端电路、耦合电路以及后端PA功率放大电路，提高电力线载波通信的载波频率，进而提高载波通信速率和稳定性，降低时延。另外，通过改进原有系统对井下载波模块的供电方式，避免高频电源带来的高次谐波噪声干扰，也对载波通信的实时性和稳定性有很大的提升。基于本系统的设计，大幅度提升了石油钻井平台系统电力线载波通信性能。

技术领域

本发明专利涉及一种基于宽带电力载波通信技术的油井通信系统在石油钻井平台中的运用，提升石油钻井平台系统电力线载波通信性能；主要应用于石油钻井平台电力线载波通信领域。

背景技术

新一代研制的石油钻井平台采用的是同步电动钻机，为了实现对井下电机的同步实时控制，需要建立起井下电机与井上控制平台的油井通信系统，将井下电机的实时参数(如电机旋转角度位置信号、当前的压力数据和当前电机内部转子及定子的温度数据)，上传至井上控制平台；并要求通信时延小于3ms，且必须保证通信的实时性和稳定性。

由于钻井平台只能允许A/B/C三相电力线连接井下电机和井上控制平台，为井下电机提供1140V交流变频电源，频率范围为20Hz～80Hz；而无法增加更多的通信数据线；故在原有的油井通信系统中，采用的是窄带电力线载波通信技术。

现有的钻井平台系统图见附图1，其中井下电力线载波模块、井下电源模块安装在井下电机内的仪器仓里。

现有的窄带电力线载波通信模块的载波频率范围为200KHz-2MHz，信号传输时延约3ms。一般包括耦合电路、模拟前端电路、基带处理器、及微控制器，见附图2。井下电机的实时参数经电机内部数据线传输至井下电力线载波模块，数据经微控制器处理后，再传输至窄带基带处理器中调制好，再经过由数模转换器、及功放组成的模拟前端电路，再通过由耦合器、隔离电容组成的耦合电路，注入到电力线中。当接收载波信号时，信号通过耦合电路从电力线中提取出来，并经过可配置增益放大器、及模数转换电路组成的模拟前端电路，输出给基带处理器进行解调，进而还原出接收数据。微控制器在这里负责电力线载波通信设备和其他外设接口之间的协议转换。整个石油钻井平台电力线载波通信模块是并联于石油钻井平台电力线中。

现有的钻井平台的供电电源系统设计中，采用双电源系统并存的供电方式，即在A/B/C三相电力线中传输电机工作所需要的变频交流电源，并利用在A/B两相电力线的低频交流电源中同时叠加23KHz/400V高频载波交流电源，在井下的通信仪器仓内增加高频载波交流电源整流模块，将23KHz/400V交流电整流为560V直流电，再通过DC-DC降压模块，将560V直流电降至24V，为井下载波通信模块提供供电电源。

故现有石油钻井平台电力线通信信道中，存在23KHz的高频交流电源(～260V-～500V)，由其产生的高次谐波干扰，见附图3，高次谐波干扰经过隔离电容和耦合器进入到电力线载波模块的发送端和接收端，干扰到电力线载波发送端和接收端的正常工作，严重影响电力线载波的通信质量，严重影响石油钻井平台电力线载波通信的实时性和稳定性。

发明内容

本发明提出了一种基于宽带电力线载波通信的油井通信系统，通过增加宽带载波模块和井下中压整流电源模块，避免高次谐波干扰，实现电力线载波通信的实时性和稳定性。

本发明的技术方案是这样实现的：