基于纵向振动的井下供电和数据传输的方法及系统与流程

本发明涉及井下数据监测领域，具体为一种基于纵向振动的井下供电和数据传输的方法及系统。

背景技术：

井下压力温度永久监测系统的供电一般包括两部分：一是井下一次仪表供电；二是井上二次仪表供电。井上二次仪表从控制柜直接取电，井下一次仪表由于其工作环境的特殊性不能采用平常的供电方式。从成本及技术考虑不可能为一次仪表增加专用供电电缆，一般采用电源电缆与信号电缆共用方式，井下一次仪表通过电缆获得电源，在井下作业时，电缆被束缚在油管外壁，随油管一起下入井中,由于此方法施工操作复杂、要求严格，施工期间电缆容易损坏，而且使用年度长久后由于腐蚀等原因造成漏电流情况，对于数据传输的稳定性、准确性等方面存在较多问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于纵向振动的井下供电和数据传输的方法及系统，能够有效解决井下监测设备的用电问题，节省数据传输电缆，提高数据传输稳定性及施工速度。

本发明所述井下供电和数据传输方法的技术方案如下：

所述供电方法为在抽油杆上套设动子，在动子外围设置定子，抽油杆有规律的上下运动带动动子切割磁感线产生电流，给井下设备供电；

所述数据传输方法为井下CPU根据仪器数据计算出传输所需编码，控制调制器按编码规律改变可变负载的电流大小，产生有规律的电流变化，以引起抽油杆上发电所需动力在纵向方向上快速改变，造成油杆振动，井口设置检波器检测抽油杆振动，并将振动信号传送给井上CPU计算出传输编码。

本发明所述井下供电和数据传输系统的技术方案为：包括抽油杆、定子、动子、第一CPU、第二CPU、一次仪表、调制器、检波器及可变负载，所述动子套设于抽油杆上，定子环绕在动子外围，固定在抽油杆外部的油管内壁，所述第一CPU、一次仪表、调制器及可变负载与定子构成电流回路，所述检波器分别连接抽油杆上端及第二CPU。

作为上述方案的优选，所述定子包括定子铁芯和线圈，所述线圈有两路输出端，分别连接可变负载和整流器，所述整流器分别与一次仪表、第一CPU及调制器连接，所述第一CPU同时连接一次仪表及调制器，调制器连接可变负载。

作为上述方案的优选，所述第二CPU设于地面控制柜内，检波器设于井口处的抽油杆上，所述油管内壁设固设有井下仪器密封保护管，所述第一CPU、一次仪表、调制器及可变负载设于井下仪器密封保护管内。

作为上述方案的优选，所述定子铁芯为圆筒状结构，内侧面沿轴向均匀设有多个同轴的环形槽体，每个所述环形槽体内嵌装所述线圈，相邻环形槽体内的线圈串联。

作为上述方案的优选，所述动子包括多个磁轭和多个磁环，所述磁环套设在抽油杆上，相邻磁环之间设置所述磁轭，所述磁环的厚度与定子铁芯内侧面相邻两个环形槽体之间的间距相同。

上述技术方案的有益效果在于：

1、无需为井下一次仪表增加专用供电电缆，直接利用抽油杆的纵向运动切割磁感线发电，为井下监测设备供电，能够有效节约制造成本，降低施工难度。

2、装置不易损坏，数据传输稳定性好，使用寿命长。

3、施工时不再需要捆扎电缆，降低施工难度，节约施工时间。

附图说明

图1为本发明所述的井下供电系统的结构示意图。

图2为图1中动子和定子耦合的结构示意图。

图3为本发明所述的井下数据传输系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的实施例。

在本实施例中，先详细描述本发明所述的井下供电和数据传输系统的技术方案，再结合该技术方案描述其井下供电和数据传输的方法，如图1、图2、图3所示。

上述井下供电和数据传输系统的技术方案包括抽油杆1、定子2、动子3、第一CPU、第二CPU、一次仪表、调制器、检波器及可变负载，所述动子3套设于抽油杆1上，定子2环绕在动子3外围，固定在抽油杆1外部的油管4内壁，所述第一CPU、一次仪表、调制器及可变负载与定子构成电流回路，所述检波器分别连接抽油杆1上端及第二CPU。

在本实施例中，所述定子2包括定子铁芯201和线圈202，所述线圈202有两路输出端，其中一路连接可变负载，另一路连接整流器，所述整流器分别与一次仪表、第一CPU及调制器连接，所述第一CPU同时连接一次仪表及调制器，调制器连接可变负载。

在本实施例中，所述第二CPU设于地面控制柜内，检波器设于抽油杆上端位于井口的部位，所述油管4内壁设固设有井下仪器密封保护管5，所述第一CPU、一次仪表、调制器及可变负载设于井下仪器密封保护管5内。

在本实施例中，所述定子铁芯201为圆筒状结构，内侧面沿轴向均匀设有多个同轴的环形槽体，每个所述环形槽体内嵌装所述线圈202，相邻环形槽体内的线圈串联。

在本实施例中，所述动子3包括多个磁轭301和多个磁环302，所述磁环302套设在抽油杆1上，相邻磁环302之间设置所述磁轭301，所述磁环302的厚度与定子铁芯201内侧面相邻两个环形槽体之间的间距相同。

上述实施例是将动子固定在抽油杆上，在油管内壁固定定子，动子随着抽油杆纵向有规律的运动切割磁感线，根据法拉第电磁感应原理，定子线圈内产生感应电动势，加载到负载时形成电流回路，该回路同时也接入到滤波回路中，为井下一次仪表等设备提供电源，同时也为可变负载供电。

井下设备，如一次仪表，测量到井下压力、温度等地层和设备数据变化，经过放大、滤波处理后，传送至第一CPU，第一CPU计算出传输所需编码，而后通过调制器调制可变负载的电流大小与频率，产生有规律的电流变化，根据电磁作用原理，可变负载的变化通过整流器整流后，通过定子线圈和动子的耦合反映到固定在油杆上的动子上，引起抽油杆上的纵向力的快速变化，当调制频率合适并快于半个抽油杆运动周期时，调制引起油杆的载荷变化，形成一个变化较快的微振动，振动波沿油杆纵向传输，直达地面井口，地面井口上安装微振动检波器，监测振动信号并通过放大器放大，滤波后解码输出数据到第二CPU，即完成井下数据的传输。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。