一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，屬于石油鉆井、開采或者地礦勘探【技術(shù)領(lǐng)域】。電源單元連接無線電磁波發(fā)射單元，無線電磁波發(fā)射單元連接電流檢測單元和電壓檢測單元，電流檢測單元連接功率計算單元和發(fā)射天線，電壓檢測單元連接功率計算單元，功率計算單元連接電流控制單元和電壓控制單元，電流控制單元和電壓控制單元連接電源單元；本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)無線電磁波電能的高效發(fā)射，同時可以最大限度地抑制不同電阻率地層和不同電阻率鉆井介質(zhì)對無線電磁波信號的衰減，實現(xiàn)電源系統(tǒng)能以較大輸出能力驅(qū)動無線電磁波發(fā)射器，從而在地面接收系統(tǒng)中獲得較好的接收效果。
【專利說明】一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，屬于石油鉆井、開采或者地礦勘探【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油鉆井工程或者地礦勘探中、在定向鉆井或水平鉆井、欠平衡井中經(jīng)常需要使用無線電磁波地質(zhì)導向工具。目前國內(nèi)、國外比較成熟的無線電磁波地質(zhì)導向工具在現(xiàn)場都有廣泛應(yīng)用。在隨鉆儀器中放置地質(zhì)導向單元，儀器以鉆鋌為電極向地層發(fā)射無線電磁波信號，用于向地面接收設(shè)備發(fā)送地質(zhì)參數(shù)和鉆頭位置等隨鉆參數(shù)。這些產(chǎn)品無論是使用電池供電還是井下發(fā)電機系統(tǒng)供電，都無一例外的會受到不同地層電阻率和鉆井介質(zhì)電阻率的影響，在某些地層電阻率特別低或者地層電阻率特別高的環(huán)境下，由于無線電磁波信號過度衰減，那么電磁波傳送到地面的信號就會十分微弱，當信號強度低于地面接收系統(tǒng)要求的最小值的時候，地面接收系統(tǒng)就無法正確識別無線電磁波信號，導致數(shù)據(jù)解調(diào)的失敗。如果在隨鉆測量的電磁波地質(zhì)導向工具中采用自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，就可以非常好的避免這種影響。
[0003]對于無線電磁波地質(zhì)導向工具，申請?zhí)枮?，967，201的美國發(fā)明專利，發(fā)明名稱:Wireless subterranean signaling method。還有申請?zhí)枮?7，477，162 的美國發(fā)明專利，發(fā)明名稱:ffireless electromagnetic telemetry system and method for bottom holeassembly都只是工具結(jié)構(gòu)上提出了應(yīng)該怎樣在地層中發(fā)射低頻無線電磁波才能建立電磁信道，并沒有具體描述如何從電路的角度去實現(xiàn)和克服不同地層和不同鉆井介質(zhì)情況下，無線電磁波的衰減對地面接收的結(jié)果造成的不利影響。
[0004]現(xiàn)有普遍使用的無線電磁波隨鉆測量工具，也都只是依靠電池的最大自然放電電流來供電的，沒有考慮到采用井下發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)大功率供電時，如何避免不同地層電阻率可能影響的電流過載或超輕載的現(xiàn)象。例如，當?shù)貙与娮杪驶蛘咩@井介質(zhì)的電阻率非常低的時候，如果不采取控制措施，就會導致發(fā)射電流急劇增加，電源出現(xiàn)過載，而地面接收到的無線電磁波信號卻極其微弱的情況。
[0005]相反，如果地層電阻率或者鉆井介質(zhì)的電阻率非常高的時候，由于電源電壓有限，導致輸出電流非常小，地面接收信號也是非常微弱，甚至完全檢測不到無線電磁波信號。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種用于隨鉆測量的電磁波地質(zhì)導向工具在不同電阻率地層和使用不同電阻率鉆井介質(zhì)的情況下采用自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)電能的高效利用，同時可以加強地面檢測系統(tǒng)對無線電磁波數(shù)據(jù)的接收強度，可以極好抑制不同電阻率地層和不同電阻率工作介質(zhì)對無線電磁波信號的衰減。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0009]一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，電源單元連接無線電磁波發(fā)射單元,無線電磁波發(fā)射單元連接電流檢測單元和電壓檢測單元，電流檢測單元連接功率計算單元和發(fā)射天線，電壓檢測單元連接功率計算單元，功率計算單元連接電流控制單元和電壓控制單元，電流控制單元和電壓控制單元連接電源單元；
[0010]所述的電流檢測單元置于無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)和發(fā)射天線之間，用于檢測無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電流；
[0011 ] 所述的電流信號控制單元置于功率控制單元和輸出電壓電流可調(diào)整的電源單元之間，用于響應(yīng)功率計算單元的指令；同時調(diào)整電源的輸出電流，以滿足功率計算單元的要求；
[0012]所述的電壓檢測單元置于無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)和功率計算單元之間，用于檢測無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電壓；可以通過高溫電壓互感器、或者分壓電阻，分壓電容、且不局限于以上方式，實現(xiàn)無線電磁波發(fā)射電壓的檢測；
[0013]所述的電壓控制單元置于功率計算單元和輸出電壓電流可調(diào)整的電源之間，用于控制輸出電壓電流可調(diào)整的電源時時改變輸出電壓；改變電源輸出電壓的方式有多種方式、包括使用可調(diào)整的開關(guān)電源、直流斬波、直流分壓、直流升壓、直流降壓、直流升降壓多種電路拓撲結(jié)構(gòu)；
[0014]所述電流檢測單元可以將檢測到的電流信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調(diào)制或者不調(diào)制的方式，輸入到功率計算單元中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據(jù)；
[0015]所述的電壓控制單元可以將檢測到的電壓信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調(diào)制或者不調(diào)制的方式，輸入到功率計算單元中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據(jù)；
[0016]所述的功率計算單元依據(jù)電流檢測單元提供的無線電磁波發(fā)射電流信號和電壓檢測單元提供的無線電磁波發(fā)射電壓信號時時計算發(fā)射功率是否達到電源的額定功率；
[0017]所述的功率計算單元通過相應(yīng)電壓、電流參數(shù)計算了無線電磁波發(fā)射功率后，依照如下步驟指令給電壓控制單元和電流控制單元:
[0018]如果無線電磁波發(fā)射電流沒有達到電源的額定電流，則升高電源輸出電流，以提高發(fā)射功率；
[0019]如果無線電磁波發(fā)射電流受地層電阻率或者鉆井介質(zhì)電阻率的影響不能繼續(xù)增加時，功率計算單元就指令電壓控制單元提高輸出電壓，以增加電源輸出功率，直到達到電源的額定輸出功率；
[0020]如果無線電磁波發(fā)射電流已經(jīng)超過電源的額定電流，則降低電源輸出電壓，以保證電源安全，直到達到電源的額定輸出功率；
[0021]如果無線電磁波發(fā)射電流沒有達到額定電流，在不斷升高電源輸出電壓后，在某個規(guī)定電壓值下，仍然不能使電源達到額定輸出功率，則設(shè)定此時電流為極限電壓下的最大電流值，不再提高無線電磁波的發(fā)射電壓。
[0022]本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)無線電磁波電能的高效發(fā)射，同時可以最大限度地抑制不同電阻率地層和不同電阻率鉆井介質(zhì)對無線電磁波信號的衰減，實現(xiàn)電源系統(tǒng)能以較大輸出能力驅(qū)動無線電磁波發(fā)射器，從而在地面接收系統(tǒng)中獲得較好的接收效果。同時，各部分的電子原件均采用高溫、超高溫等級，完全適合于鉆井工程中隨鉆測量工具的工作要求、排除了因不同電阻率地層或者不同電阻率鉆井介質(zhì)影響井下發(fā)電系統(tǒng)工作在較低效率或者電流過載的缺點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]當結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定，如圖其中:
[0024]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
【具體實施方式】
[0027]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0028]實施例1:如圖1、圖2所示，
[0029]—種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，包括:輸出電壓電流可調(diào)整的電源單元1、無線電磁波發(fā)射單元2、電流檢測單元3、電壓檢測單元4、功率計算單元5、電流控制單元6、電壓控制單元7 ；
[0030]所述的電流檢測單元3置于無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)2和發(fā)射天線8之間，用于檢測無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電流；具體使用的材料是適合井下高溫工作環(huán)境的金屬、或者合金、或者其他用于檢測電流的高溫、超高溫電子元器件或材料；
[0031 ] 所述的電流信號控制單元6置于功率控制單元5和輸出電壓電流可調(diào)整的電源單元I之間，用于響應(yīng)功率計算單元的指令；同時調(diào)整電源的輸出電流，以滿足功率計算單元的要求；
[0032]所述的電壓檢測單元4置于無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)2和功率計算單元5之間，用于檢測無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電壓；可以通過高溫電壓互感器、或者分壓電阻，分壓電容等、且不局限于以上方式，實現(xiàn)無線電磁波發(fā)射電壓的檢測；
[0033]所述的電壓控制單元7置于功率計算單元5和輸出電壓電流可調(diào)整的電源之間，用于控制輸出電壓電流可調(diào)整的電源時時改變輸出電壓；改變電源輸出電壓的方式有多種方式、包括使用可調(diào)整的開關(guān)電源、直流斬波、直流分壓、直流升壓、直流降壓、直流升降壓等多種電路拓撲結(jié)構(gòu)；
[0034]所述電流檢測單元3可以將檢測到的電流信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調(diào)制或者不調(diào)制的方式，輸入到功率計算單元5中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據(jù)；
[0035]所述的電壓控制單元7可以將檢測到的電壓信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調(diào)制或者不調(diào)制的方式，輸入到功率計算單元5中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據(jù)；
[0036]所述的功率計算單元5依據(jù)電流檢測單元3提供的無線電磁波發(fā)射電流信號和電壓檢測單元4提供的無線電磁波發(fā)射電壓信號時時計算發(fā)射功率是否達到電源的額定功率；
[0037]所述的功率計算單元5通過相應(yīng)電壓、電流參數(shù)計算了無線電磁波發(fā)射功率后，依照如下步驟指令給電壓控制單元7和電流控制單元6:
[0038]如果無線電磁波發(fā)射電流沒有達到電源的額定電流，則升高電源輸出電流，以提高發(fā)射功率；
[0039]如果無線電磁波發(fā)射電流受地層電阻率或者鉆井介質(zhì)電阻率的影響不能繼續(xù)增加時，功率計算單元就指令電壓控制單元7提高輸出電壓，以增加電源輸出功率，直到達到電源的額定輸出功率；
[0040]如果無線電磁波發(fā)射電流已經(jīng)超過電源的額定電流，則降低電源輸出電壓，以保證電源安全，直到達到電源的額定輸出功率；
[0041]如果無線電磁波發(fā)射電流沒有達到額定電流，在不斷升高電源輸出電壓后，在某個規(guī)定電壓值下，仍然不能使電源達到額定輸出功率，則設(shè)定此時電流為極限電壓下的最大電流值，不再提高無線電磁波的發(fā)射電壓；
[0042]通過以上調(diào)整方式，不僅可以最大程度降低井下不同電阻率地層和不同電阻率工作介質(zhì)對無線電磁波衰減的影響，同時發(fā)揮電源系統(tǒng)的最大工作效率，以保證地面接收系統(tǒng)可以收到最強的無線電磁波信號。
[0043]實施例2:如圖1、圖2所不,一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出裝置，輸出電壓電流可調(diào)整的電源單元I連接無線電磁波發(fā)射單元2，無線電磁波發(fā)射單元2連接電流檢測單元3和電壓檢測單元4,電流檢測單元3連接功率計算單元5和發(fā)射天線
8,電壓檢測單元4連接功率計算單元5,功率計算單元5連接電流控制單元6和電壓控制單元7,電流控制單元6和電壓控制單元7連接電源單元I。
[0044]所述的電流檢測單元3置于無線電磁波發(fā)射單元2和發(fā)射天線8之間，用于檢測無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電流；具體使用的材料是適合井下高溫工作環(huán)境的金屬、或者合金、或者其他用于檢測電流的高溫、超高溫電子元器件或材料；
[0045]所述的電流信號控制單元6置于功率控制單元5和輸出電壓電流可調(diào)整的電源單元I之間，用于響應(yīng)功率計算單元的指令；同時調(diào)整電源的輸出電流，以滿足功率計算單元的要求；
[0046]所述的電壓檢測單元4置于無線電磁波發(fā)射單元2和功率計算單元5之間，用于檢測無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電壓；可以通過高溫電壓互感器、或者分壓電阻，分壓電容等、且不局限于以上方式，實現(xiàn)無線電磁波發(fā)射電壓的檢測；
[0047]所述的電壓控制單元7置于功率計算單元5和輸出電壓電流可調(diào)整的電源之間，用于控制輸出電壓電流可調(diào)整的電源時時改變輸出電壓；改變電源輸出電壓的方式有多種方式、包括使用可調(diào)整的開關(guān)電源、直流斬波、直流分壓、直流升壓、直流降壓、直流升降壓等多種電路拓撲結(jié)構(gòu)；
[0048]所述電流檢測單元3可以將檢測到的電流信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調(diào)制或者不調(diào)制的方式，輸入到功率計算單元5中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據(jù)；
[0049]所述的電壓控制單元7可以將檢測到的電壓信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調(diào)制或者不調(diào)制的方式，輸入到功率計算單元5中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據(jù)；
[0050]所述的功率計算單元4依據(jù)電流檢測單元3提供的無線電磁波發(fā)射電流信號和電壓檢測單元4提供的無線電磁波發(fā)射電壓信號時時計算發(fā)射功率是否達到電源的額定功率；
[0051]所述的功率計算單元5通過相應(yīng)電壓、電流參數(shù)計算無線電磁波發(fā)射功率后，依照如下步驟指令給電壓控制單元7和電流控制單元6:
[0052]功率計算單元5判斷是否達到電源額定功率，達到電源額定功率，連接電源單元I ;若未達到電源額定功率:
[0053]步驟I ;判斷電壓是否達到限定值，達到限定值，則修改極限電壓下電流值；未達到限定值，則連接電流控制單元6 ；
[0054]步驟2 ;對于電流未達到額定值，則提高電壓，連接電壓控制單元7 ;對于電流超過額定值，則降低電壓，連接電壓控制單元7。
[0055]以恒定功率發(fā)射無線電磁波是時時的；
[0056]所述無線電磁波發(fā)射功率不以地層電阻率變化和工作介質(zhì)的電阻率變化而變化；無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電壓是通過電路系統(tǒng)自動計算并自動調(diào)整的；無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電流是通過電路系統(tǒng)自動計算并自動調(diào)整的。
[0057]可應(yīng)用于不同電阻率地層和不同電阻率的鉆井介質(zhì)。
[0058]可應(yīng)用于不同電阻率的鉆井介質(zhì)包括鉆井液、清水、空氣、氮氣等，且不局限于上述鉆井介質(zhì)。
[0059]通過以上調(diào)整方式，不僅可以最大程度降低井下不同電阻率地層和不同電阻率工作介質(zhì)對無線電磁波衰減的影響，同時發(fā)揮電源系統(tǒng)的最大工作效率，以保證地面接收系統(tǒng)可以收到最強的無線電磁波信號。
[0060]如上所述，對本發(fā)明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點及效果可以有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，電源單元連接無線電磁波發(fā)射單元，無線電磁波發(fā)射單元連接電流檢測單元和電壓檢測單元，電流檢測單元連接功率計算單元和發(fā)射天線，電壓檢測單元連接功率計算單元，功率計算單元連接電流控制單元和電壓控制單元，電流控制單元和電壓控制單元連接電源單元； 所述的電流檢測單元置于無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)和發(fā)射天線之間，用于檢測無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電流；所述的電流信號控制單元置于功率控制單元和輸出電壓電流可調(diào)整的電源單元之間，用于響應(yīng)功率計算單元的指令；同時調(diào)整電源的輸出電流，以滿足功率計算單元的要求；所述的電壓檢測單元置于無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)和功率計算單元之間，用于檢測無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電壓；可以通過高溫電壓互感器、或者分壓電阻，分壓電容、且不局限于以上方式，實現(xiàn)無線電磁波發(fā)射電壓的檢測； 所述的電壓控制單元置于功率計算單元和輸出電壓電流可調(diào)整的電源之間，用于控制輸出電壓電流可調(diào)整的電源時時改變輸出電壓；改變電源輸出電壓的方式有多種方式、包括使用可調(diào)整的開關(guān)電源、直流斬波、直流分壓、直流升壓、直流降壓、直流升降壓多種電路拓撲結(jié)構(gòu)； 所述電流檢測單元可以將檢測到的電流信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調(diào)制或者不調(diào)制的方式，輸入到功率計算單元中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據(jù)； 所述的電壓控制單元可以將檢測到的電壓信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調(diào)制或者不調(diào)制的方式，輸入到功率計算單元中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據(jù)； 所述的功率計算單元依據(jù)電流檢測單元提供的無線電磁波發(fā)射電流信號和電壓檢測單元提供的無線電磁波發(fā)射電壓信號時時計算發(fā)射功率是否達到電源的額定功率； 所述的功率計算單元通過相應(yīng)電壓、電流參數(shù)計算了無線電磁波發(fā)射功率后，依照如下步驟指令給電壓控制單元和電流控制單元: 如果無線電磁波發(fā)射電流沒有達到電源的額定電流，則升高電源輸出電流，以提高發(fā)射功率； 如果無線電磁波發(fā)射電流受地層電阻率或者鉆井介質(zhì)電阻率的影響不能繼續(xù)增加時，功率計算單元就指令電壓控制單元提高輸出電壓，以增加電源輸出功率，直到達到電源的額定輸出功率； 如果無線電磁波發(fā)射電流已經(jīng)超過電源的額定電流，則降低電源輸出電壓，以保證電源安全，直到達到電源的額定輸出功率； 如果無線電磁波發(fā)射電流沒有達到額定電流，在不斷升高電源輸出電壓后，在某個規(guī)定電壓值下，仍然不能使電源達到額定輸出功率，則設(shè)定此時電流為極限電壓下的最大電流值，不再提高無線電磁波的發(fā)射電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，其特征在于， 不同電阻率的地層和工作介質(zhì)均以電源所能提供的最大額定功率向外發(fā)射無線電磁波； 以恒定功率發(fā)射無線電磁波是時時的； 所述無線電磁波發(fā)射功率不以地層電阻率變化和工作介質(zhì)的電阻率變化而變化；無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電壓是通過電路系統(tǒng)自動計算并自動調(diào)整的；無線電磁波發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射電流是通過電路系統(tǒng)自動計算并自動調(diào)整的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，其特征在于，可應(yīng)用于不同電阻率地層和不同電阻率的鉆井介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨鉆測量電磁波地質(zhì)導向工具的自適應(yīng)功率輸出系統(tǒng)，可應(yīng)用于不同電阻率的鉆井介質(zhì)包括鉆井液、清水、空氣、氮氣等，且不局限于上述鉆井介質(zhì)。
【文檔編號】E21B47/13GK104213909SQ201310219338
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】張連成 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院