松耦合技术在旋转导向钻井中的研究与应用

论文摘要

旋转导向钻井系统的核心是导向工具,导向工具由3个互成120°角的翼肋及其驱动液缸组成,目前液压动力来源于钻井液泥浆循环的环空压差。由于动力源受制于环空压差,所以采用电机泵作为液压动力,电机泵由井下涡轮发电机供电。电机泵安装在不旋转套上,发电机安装在旋转的主轴上,因此,这就涉及到了在相对转动的条件下电能的传输问题。本论文引入了松耦合电能传输,解决了相对转动时能量的传输问题。松耦合电能传输系统是一种新型的电能传输技术,通过感应电磁耦合向负载提供电能。本论文在国内外研究成果的基础上,从实际出发,设计了松耦合电能传输系统,包括逆变电源、松耦合变压器、稳压系统等关键部件。着重对松耦合变压器进行了ANSYS仿真,总结出了影响松耦合电能系统传输效率的因素,并且对电路补偿进行了详细的理论推导。最后通过实验,验证了该松耦合电能传输系统在原有基础上,电能传输效率得到了大幅提高。通过本课题的研究,搭建出了松耦合电能传输系统,并且总结出了提高系统的电能传输效率的方法,对解决用电机泵作为液压动力直接驱动翼肋的能量传输问题有很大的研究价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 项目背景及意义
• 1.3 松親合技术国内外研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容及展开步骤
• 1.4.1 论文研究的主要内容
• 1.4.2 论文研究的展开步骤
• 1.5 本章小结
• 第二章 松耦合电能传输系统的构成及工作原理
• 2.1 松耦合电能传输系统的构成
• 2.2 涡轮发电机
• 2.3 直流稳压系统
• 2.3.1 整流电路
• 2.3.2 稳压电路
• 2.4 高频逆变电路
• 2.5 松耦合变压器
• 2.6 松耦合变压器的补偿电路
• 2.7 本章小结
• 第三章 松耦合电能传输系统的电源设计研究
• 3.1 松耦合电能系统电源部分的组成
• 3.2 松耦合电能传输系统的逆变电路
• 3.2.1 逆变器大功率开关管的选择
• 3.2.2 脉冲宽度控制电路
• 3.2.3 MOSFET的驱动电路
• 3.3 全桥高频逆变电路仿真与实现
• 3.3.1 全桥高频逆变电路设计
• 3.3.2 全桥高频逆变电路仿真
• 3.3.3 全桥高频逆变电路试验结果分析
• 3.4 功率因素校正电路设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 旋转导向钻井中松耦合变压器的设计与实现
• 4.1 松耦合变压器概况
• 4.2 松耦合变压器磁芯材料的选取
• 4.3 松耦合变压器的ANSYS仿真
• 4.3.1 ANSYS有限元分析软件介绍
• 4.3.2 松祸合变压器的ANSYS仿真
• 4.3.3 影响松耦合变压器传输效率因素的仿真与分析
• 4.4 松耦合变压器补偿电路的研究
• 4.4.1 补偿电路拓扑结构
• 4.4.2 次级补偿电容的选择
• 4.4.3 初级补偿电容的选择
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 松耦合电能传输系统的试验分析
• 5.1.1 频率变化对高频逆变电路传输效率的影响
• 5.1.2 气隙变化对松耦合电能传输系统的影响
• 5.1.3 负载变化对松耦合电能传输系统的影响
• 5.1.4 补偿电路对松耦合电能传输系统的影响
• 5.2 松耦合电能传输系统总体测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要