无刷直流电机在旋转式井壁取芯仪中应用

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1、石油仪器20l3年第27卷第6期PETRoLEUMINSTRUMENIS·开发设计·无刷直流电机在旋转式井壁取芯仪中的应用宗世伟徐东后李伟班志强(中海油田服务股份有限公司油田技术事业部北京)摘要：文章简要介绍了旋转式井壁取芯仪的工作原理及技术特点，无刷直流电机的工作及控制原理，最后总结了无刷直流电机在新型旋转式井壁取芯仪应用中的特点和优势。关键词：井壁取芯仪；无刷直流电机；液压马达中图法分类号：P631．81文献标识码：B文章编号：1004—9134(2013)06—0005-02在地面能够全程监控取芯过程，精确测量收获的0引言岩芯长度，如果在某个

2、层位取芯没有成功，可以重新定位，再次钻取岩芯。旋转式井壁取芯仪经过多年的研究、制造和使1．2应用特点用，取得了巨大进步，已经能够批量生产，仪器功能满足现场使用要求，得到了各油田甲方的肯定。但这种取芯方式适用于全井段各种地层，特别是硬地层的井壁取芯。取芯施工简便、成本低、取芯收获是，目前所使用的井壁取芯仪规格单一、对不同地层、不同钻井液、不同温度的适应能力仍有不少提升率高、所取岩芯规则、岩芯呈圆柱状，可直观进行岩性含油性观察，直接进行岩性、电性、物性和含油性空间。采用双相电机驱动，电压高、电流大，阻碍了仪器的推广应用，井壁取芯仪在井下工作时，钻头旋分

3、析化验，求取饱和度、孔隙度和渗透率等储层参数。旋转式井壁取芯兼有钻井取芯和爆炸撞击式井壁转速度、前进速度等关键参数无法调节，在地面无法取芯优点的取芯技术，在石油勘探开发中得到广泛的根据地层特性来改变井下仪器的工作状态，对提高仪运用。器的取芯成功率和取芯效率有较大的影响。采用最新的无刷直流电机驱动技术与液压传动技2无刷直流电机工作和控制原理术，通过地面控制系统软件，实现了对仪器的关键参数进行调节，提高了仪器对不同井况、不同地层的适2．1无刷直流电机优点应能力，有效地提高了仪器的取芯成功率及取芯效无刷直流电机具有结构简单、体积小、重量轻、率。无刷直流电

4、机以其优越的可控制性及其较高的工效率高、启动扭矩大、转动惯性小和响应快、调速性作效率在旋转式井壁取芯器中获得了较好的应用效果。能好等其它种类电机无法比拟的特性；并且采用电子换向器替代了传统直流电机的机械换向装置，从而克l旋转式井壁取芯仪的工作原理服了电刷和换向器所引起的噪声、火花、电磁干扰、寿命短等一系列弊病。1．1工作原理2．2无刷直流电机工作原理采用液压传动技术，使金刚石空心钻头垂直钻进井壁获取岩芯。在取芯作业时，首先在取芯井段测量无刷直流电机系统由电子换向开关电路、驱动电路、无刷直流电机和转子位置传感器四部分组成。其跟踪自然伽马曲线，对所需钻

5、取的每颗岩芯进行深度工作原理如图1所示。校对定位，通过地面控制面板控制井下仪器的工作状态，有序进行一系列机械动作，完成取芯作业。电机：直流电源启动后带动液压系统工作，在各电磁阀的有序控制下，依次完成推靠仪器使之贴紧井壁、液压马达带动空心钻头高速旋转、钻头钻进、折芯、退钻、收推靠图1无刷直流电机工作原理图臂、推芯、储芯等一系列取芯动作。第一作者简介：宗世伟，男，1972年生，2009年毕业于石油大学(华东)，现在中海油田服务股份有限公司油田技术事业部从事技术支持工作。邮编：101149石油仪器·6·PETRoLEUMINSTRUMENIS2013年1

6、2月直流电源通过电子换向开关电路和驱动电路向无直流电源电机驱动l刷直流电机的定子绕组供电，提供励磁电流，位置传位置译码及换及过流保广1流电机感器随时检测到转子位置，并根据转子的位置信号来相控制电路护电路l—T控制开关管的导通和截止，从而实现电子换向。转子位置信号随着电机永磁体转子的转动，作用于三个位置传感器HALLl、HALL2、HALL3的磁场N—S极发生变图3无刷直流电机控制与驱动电路框图换，使位置传感器产生相位差为120。的六状态编码信MCU采用AD公司的ADuC831芯片，其主要完号，来控制功率开关电路中的开关功率器件MOSFET成与主控板

7、的通讯接口、信号采集和处理工作，电机管，按一定顺序两两导通的控制信号。这样转子每转的三相霍耳反馈信号经译码电路译码后送电机驱动芯过一转，6个功率开关电路及按固定组合成的6种状片IR2233S，产生驱动电机正常运转的6路PWM信态依次导通，来保证电机的正常运转，如图2所示。号，再经过功率芯片IXFN38N100Q2驱动输出使电机正常转动起来。当电机的电流超过设定的预置电流时，MCU发出指令使电机停止转动，从而保护电机不被烧坏。电机的起停控制和正反转控制由MCU接受主控板的命令后作出相应的输出来实现，运放AD627对温度传感器信号进行放大后经过MCU的

8、转换，计通讯电路算出电机的温度。转速检测电路通过MCU来测量霍_I一一．耳信号的频率来实现，电机的各种工作信息经通讯接及制