技术领域
[0001] 本
发明涉及石油钻井技术领域，尤其涉及一种双电源切换系统及具有其的随钻陀螺测斜装置。
背景技术
[0002] 随钻陀螺测斜系统主要用于石油钻井作业中测量井斜、方位等，其供电主体一般为
电池或发
电机。随钻陀螺测斜系统与常规随钻测斜系统相比，不受磁干扰影响，可在磁环境下工作，应用范围广，但其负载功耗大，若单独采用电池作为其供电主体，则仪器难以长时间在井下工作，势必会导致起下钻次数增加，这会给石油钻井作业带来很大
风险，并且大大增加了钻井成本，且由于随钻陀螺测斜系统的特殊性，要求工作过程中不能断电，因此无法单独使用发电机作为其供电主体。
发明内容
[0003] 本发明提供了一种双电源切换系统及具有其的随钻陀螺测斜装置，能够解决
现有技术中随钻陀螺测斜装置难以长时间在井下工作的技术问题。
[0004] 根据本发明的一方面，提供了一种双电源切换系统，双电源切换系统包括：供电输入单元，供电输入单元包括第一电源和第二电源；监控单元，监控单元用于监测第一电源和第二电源的
电压，根据第一电源和第二电源的电压，监控单元可选择地与第一电源或第二电源连接；其中，当在预设时间内，第一电源的电压大于设定
阈值且第二电源的电压小于或等于设定阈值，监控单元与第一电源连接；当在预设时间内，第二电源的电压大于设定阈值，监控单元与第二电源连接。
[0005] 进一步地，监控单元包括：
控制器，控制器包括电压采集端，电压采集端用于获取第一电源和第二电源的电压；第一
开关电路和第二开关电路，第一电源通过第一开关电路与控制器连接，第二电源通过第二开关电路与控制器连接；其中，控制器根据第一电源和第二电源的电压以控制第一开关电路和第二开关电路的通断。
[0006] 进一步地，第一开关电路包括第一限流
电阻组件和第一晶体管组，第一限流电阻组件和第一晶体管组连接，控制器根据第一电源和第二电源的电压以控制第一晶体管组的导通与截止。
[0007] 进一步地，第一限流电阻组件包括第一电阻和第二电阻，第一晶体管组包括第一晶体管和第二晶体管，第一晶体管、第一电阻、第二晶体管和第二电阻依次连接以构成第一开关电路。
[0008] 进一步地，第二开关电路包括第二限流电阻组件和第二晶体管组，第二限流电阻组件和第二晶体管组连接，控制器根据第一电源和第二电源的电压以控制第二晶体管组的导通与截止。
[0009] 进一步地，第二限流电阻组件包括第三电阻和第四电阻，第二晶体管组包括第三晶体管和第四晶体管，第三晶体管、第三电阻、第四晶体管和第四电阻依次连接以构成第二开关电路。
[0010] 进一步地，设定阈值的范围为26V至30V，预设时间的范围为30s至60s。
[0011] 进一步地，双电源切换系统还包括保护单元，保护单元可选择地与第一电源或第二电源连接，保护单元用于稳定第一电源或第二电源的
输出电压以及防止第一电源或第二电源的
电流反向。
[0012] 进一步地，保护单元包括整流
二极管和多个稳压管，多个稳压管与
整流二极管连接，多个稳压管用于稳定第一电源或第二电源的输出电压，整流二极管用于防止第一电源或第二电源的电流反向。
[0013] 根据本发明的另一方面，提供了一种使用双电源切换系统的随钻陀螺测斜装置，双电源切换系统为上述提供的双电源切换系统。
[0014] 应用本发明的技术方案，当将该双电源切换系统应用于随钻陀螺测斜装置时，可采取电池包作为第一电源，发电机作为第二电源，以将电池包与发电机共同作为随钻陀螺测斜装置的供电主体，并根据实际作业工况进行智能化的电源切换。在仪器配接完成后，可以首先采用电池包作为负载供电主体，为负载提供电源；在仪器下井后，监测发电机输出电压满足要求后，负载电源切换至发电机；在监测到发电机工作不稳定或者处于停
泵状态时，立即将负载电源切换至电池包。此种方式能够有效减少仪器使用电池包的时间，极大地提高了仪器的单次井下工作时间，为石油钻井作业节约大量成本。
附图说明
[0015] 所包括的附图用来提供对本发明
实施例的进一步的理解，其构成了
说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016] 图1示出了根据本发明的具体实施例提供的双电源切换系统的电路原理示意图；
[0017] 图2示出了根据本发明的具体实施例提供的双电源切换系统的电源切换程序
流程图。
[0018] 其中，上述附图包括以下附图标记：
[0019] 10、供电输入单元；11、第一电源；12、第二电源；20、监控单元；21、控制器；22、第一开关电路；221、第一限流电阻组件；222、第一晶体管组；23、第二开关电路；231、第二限流电阻组件；232、第二晶体管组；30、保护单元。
具体实施方式
[0020] 下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
[0021] 在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0022] 如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种双电源切换系统，该双电源切换系统包括供电输入单元10和监控单元20，供电输入单元10包括第一电源11和第二电源12，监控单元20用于监测第一电源11和第二电源12的电压，根据第一电源11和第二电源12的电压，监控单元20可选择地与第一电源11或第二电源12连接；其中，当在预设时间内，第一电源11的电压大于设定阈值且第二电源12的电压小于或等于设定阈值，监控单元20与第一电源11连接；当在预设时间内，第二电源12的电压大于设定阈值，监控单元20与第二电源12连接。
[0023] 应用此种配置方式，通过提供第一电源11和第二电源12，监控单元20根据第一电源11和第二电源12的电压以选择性地与第一电源11或第二电源12连接，从而能够在其中一个电源的工作状况不满足设定条件时，选择另一电源进行供电，极大地提高了系统供电的连续性及工作效率。
[0024] 具体地，当将该双电源切换系统应用于随钻陀螺测斜装置时，可采取电池包作为第一电源11，发电机作为第二电源12，以将电池包与发电机共同作为随钻陀螺测斜装置的供电主体，并根据实际作业工况进行智能化的电源切换。在仪器配接完成后，可以首先采用电池包作为负载供电主体，为负载提供电源；在仪器下井后，监测发电机输出电压满足要求后，负载电源切换至发电机；在监测到发电机工作不稳定或者处于停泵状态时，立即将负载电源切换至电池包。此种方式能够有效减少仪器使用电池包的时间，极大地提高了仪器的单次井下工作时间，为石油钻井作业节约大量成本。进一步地，在本发明中，可将设定阈值的范围设置为26V至30V，预设时间的范围为30s至60s。
[0025] 具体地，在本发明中，为了实现对第一电源11和第二电源12的电压的监测以及控制第一电源11和第二电源12的切换，可将监控单元20配置为包括控制器21、第一开关电路22和第二开关电路23，其中，控制器21包括电压采集端，电压采集端用于获取第一电源11和第二电源12的电压，第一电源11通过第一开关电路22与控制器21连接，第二电源12通过第二开关电路23与控制器21连接，控制器21根据第一电源11和第二电源12的电压以控制第一开关电路22和第二开关电路23的通断。
[0026] 应用此种配置方式，通过控制器21实时采集第一电源11和第二电源12的电压值，从而当在预设时间内，第一电源11的电压大于设定阈值且第二电源12的电压小于或等于设定阈值，控制器21控制第一开关电路22打开，此时第一电源11与控制器21相连接，由第一电源11进行负载供电。当在预设时间内，第二电源12的电压大于设定阈值，控制器21控制第二开关电路23打开，此时第二电源12与控制器21相连接，由第二电源12进行负载供电。
[0027] 具体地，作为本发明的一个具体实施例，当将该双电源切换系统应用于随钻陀螺测斜装置时，可采取电池包作为第一电源11，发电机作为第二电源12，其中，电池包为锂
电池组，发电机为泥浆式发电机，控制器21可根据
软件编程程序以检测电池包及发电机电压，并且控制负载电源的切换。其中，控制器21的型号可采用C8051F120
单片机，为了实现对控制器21的供电，可通过将电池包输出电压经过电源模
块后连接到控制器21，从而为控制器21提供工作电压。在整个系统的工作过程中，控制器21的电压一直由电池包来提供，该部分的功耗很小，可以忽略不计。
[0028] 进一步地，为了保证控制器21的正常工作以及控制第一电源11以输出电压，可将第一开关电路22配置为包括第一限流电阻组件221和第一晶体管组222，第一限流电阻组件221和第一晶体管组222连接，控制器21根据第一电源11和第二电源12的电压以控制第一晶体管组222的导通与截止。
[0029] 具体地，作为本发明的一个具体实施例，第一限流电阻组件221包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一晶体管组222包括第一晶体管V1和第二晶体管V2，第一晶体管V1、第一电阻R1、第二晶体管V2和第二电阻R2依次连接以构成第一开关电路22，第一开关电路22用于控制第一电源11以输出电压。其中，第一电阻R1和第二电阻R2均为限流电阻，第一晶体管V1的型号可选用MJ15025，第二晶体管V2型号可选为BF259。通过在第一开关电路22中设置第一电阻R1和第二电阻R2，从而第一电源11能够在分压后连接到控制器21的电压采集端，为控制器21提供输入
信号。
[0030] 进一步地，为了保证控制器的正常工作以及控制第二电源12输出电压，可将第二开关电路23配置为包括第二限流电阻组件231和第二晶体管组232，第二限流电阻组件231和第二晶体管组232连接，控制器21根据第一电源11和第二电源12的电压以控制第二晶体管组232的导通与截止。
[0031] 具体地，作为本发明的一个具体实施例，第二限流电阻组件231包括第三电阻R3和第四电阻R4，第二晶体管组232包括第三晶体管V3和第四晶体管V4，第三晶体管V3、第三电阻R3、第四晶体管V4和第四电阻R4依次连接以构成第二开关电路23，第二开关电路23用于控制第二电源12以输出电压。其中，第三电阻R3和第四电阻R4均为限流电阻，第三晶体管V3的型号可选用MJ15025，第四晶体管V4型号可选为BF259。通过在第二开关电路23中设置第三电阻R3和第四电阻R4，从而第二电源12能够在分压后连接到控制器21的电压采集端，为控制器21提供
输入信号。
[0032] 在本发明中，为了稳定第一电源11或第二电源12的输出电压以及防止第一电源11或第二电源12的电流反向，可将双电源切换系统配置为还包括保护单元30，保护单元30可选择地与第一电源11或第二电源12连接。
[0033] 具体地，作为本发明的一个具体实施例，保护单元30包括整流二极管和多个稳压管，多个稳压管与整流二极管连接，多个稳压管用于稳定第一电源11或第二电源12的输出电压，整流二极管用于防止第一电源11或第二电源12的电流反向。
[0034] 如图1所示，保护单元30包括五个稳压管V7、V8、V9、V10、V11，三个整流二极管V5、V6、V12以及一个电阻R5，其中，稳压管V7、V8、V9、V10、V11的型号可选为1N5340B，整流二极管V5、V6、V12的型号可选为1N4007，保护单元30的各元件的连接方式具体如图1所示。在工作过程中，当控制器21与第一电源11相连接时，此时，V6、V12用于防止第一电源11的电流反向，稳压管V7、V8、V9、V10、V11用于稳定第一电源11的输出电压，电阻R5用于防止电路
短路。当控制器21与第二电源12相连接时，此时，V5、V12用于防止第二电源12的电流反向，稳压管V7、V8、V9、V10、V11用于稳定第二电源12的输出电压，电阻R5用于防止电路短路。
[0035] 为了对本发明有进一步的了解，下面结合图1和图2对本发明的双电源切换系统的工作过程及电源切换程序进行详细说明。
[0036] 如图1和图2所示，当将该双电源切换系统应用于随钻陀螺测斜装置时，可采取电池包作为第一电源11，发电机作为第二电源12，以将电池包与发电机共同作为随钻陀螺测斜装置的供电主体，并根据实际作业工况进行智能化的电源切换。当使用本发明的双电源切换系统进行井斜仪器的供电时，具体工作过程如下。
[0037] 第一，在井斜仪器配接过程中，电池包输出电压经过电源模块后为控制器21提供工作电压，控制器21开始工作，该过程中控制器21不断监测电池包电压值(由于仪器初始状态发电机不工作，故此时无需监测发电机电压)，在控制器21认为电池包电压输出稳定后，输出
控制信号CTRN_G＝0、CTRN_B＝1，此时第二晶体管V2导通，由于压差的存在，第一晶体管V1导通，电池包输出电压经保护单元30后输出负载所需电压。
[0038] 第二，在开泵过程中，由于泥浆的作用，发电机开始工作，控制器不断监测发电机以及电池包电压值，在控制器认为发电机电压输出稳定后，输出控制信号CTRN_G＝1、CTRL_B＝0，此时第四晶体管V4导通，由于压差的存在，第三晶体管V3导通，同时第二晶体管V2截止，由于不产生压差，第一晶体管V1截止，负载电源即由电池包切换至发电机。若控制器21检测到电池包电压无法满足要求，则立即输出控制信号CTRN_G＝0、CTRL_B＝0，此时第一晶体管V1、第二晶体管V2、第三晶体管V3以及第四晶体管V4均截止，负载断电。
[0039] 第三，在停泵过程中，控制器21不断监测发电机的电压值，若控制器21监测到发电机不稳定，如果此时电池包电压仍满足要求，则输出控制信号CTRN_G＝0、CTRL_B＝1，第二晶体管V2、第一晶体管V1导通且第四晶体管V4、第三晶体管V3截止，负载电源切换至电池。如果此时电池包电压也不满足要求，则输出控制信号CTRN_G＝0、CTRL_B＝0，此时第一晶体管V1、第二晶体管V2、第三晶体管V3以及第四晶体管V4均截止，负载断电。
[0040] 图2示出了本发明的双电源切换程序流程图，作为本发明的一个具体实施例，随钻陀螺测斜装置的启动功率约为15W，正常工作时
平均功率约为8W,所需最
低电压为24V，经过多次试验发现在测斜装置启动的瞬间电池包和发电机的电压均会下降2V至3V，因此为了保证装置的正常工作，电池包选用8节电池(3.6V，24Ah)，设定控制器电压监测值上限27.5V(即设定阈值选为27.5V)，下限24V。发电机为泥浆发电机，最大输出功率30W。
[0041] 仪器在配接过程中，负载不供电，控制器开始工作，监测电池包的电压，待监测值在连续30s(即预设时间选为30s)内均大于27.5V时，此时负载电源由电池包提供。若控制器21监测到发电机的电压在连续30s内均大于27.5V时，此时即认为发电机开始稳定工作，输出控制信号，将负载电源切换至发电机。当控制器21监测到发电机电压低于下限值24V时，若此时电池包电压仍高于27.5V，则立即将电源切换至电池包，若此时电池包电压低于
27.5V，则认为电池包已无法满足系统要求，负载将断电。
[0042] 综上所述，通过应用本发明的双电源切换系统，能够解决随钻陀螺测斜装置电源无法满足石油钻井作业中井斜仪器需长时间稳定工作的要求，同时通过简单的编程设定可以使得控制器监测电池包以及发电机电压，根据监测值判断作业工况，确定负载电源由电池包或发电机提供，此种方式减少了仪器使用电池包的时间，极大地提高了仪器的单次井下工作时间，为石油钻井作业节约大量成本。
[0043] 如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
[0044] 应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
[0045] 这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附
权利要求旨在
覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多
修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
[0046] 本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
