本申請涉及泥漿脈沖發生器領域，尤其涉及一種基于模塊化低功耗驅動的mwd脈沖器控制系統。

背景技術：

1、隨著油氣勘探向更深、更復雜地層延伸，對井下測量與實時傳輸技術提出了更高要求。測井隨鉆（measurement?while?drilling，mwd）技術可在鉆頭附近安裝一系列傳感器，用于測量井斜、方位、地層壓力、井底溫度等關鍵參數，并在鉆進過程中實時將這些數據通過泥漿脈沖傳輸到地面，為地面決策提供支持。具體地，通過在井下脈沖器內開啟或關閉電磁閥，使得鉆井液在泥漿管道內產生周期性的壓力脈沖，地面數據處理中心捕捉到這些脈沖后再進行解調。在鉆井測量過程中，井下設備需在極端高溫、高壓及高振動環境下穩定工作，而井下電源往往依賴于電池或受限的發電裝置，對系統的能量利用效率提出了極高要求，其直接關系到mwd系統的工作時長。

2、傳統設計中對電磁閥線圈的驅動一般采用單一mosfet或少數驅動器件直接切換，這種方式在高頻脈沖或大負載條件下容易出現驅動效率低、靜態損耗高的情況。特別是在驅動電路長時間工作時，器件處于非理想狀態，會出現持續的漏電流和驅動損耗，使得系統整體功耗居高不下。

3、此外，現有脈沖器多數采用固定脈沖寬度與幅度的控制方案，未能針對井下環境變化進行自適應調整。在井下工作環境中，電磁閥線圈吸合和釋放的實際需求受溫度、壓力、流體特性等多種因素影響，固定控制參數在許多場合下會導致能量過剩或不足，進一步造成功耗不匹配和能源浪費。

4、針對上述問題，目前業界暫未提出較佳的技術解決方案。

技術實現思路

1、本申請提供一種基于模塊化低功耗驅動的mwd脈沖器控制系統，用以至少解決目前相關技術中脈沖器的能量供應不匹配和能源浪費的問題。

2、本申請實施例提供一種基于模塊化低功耗驅動的mwd脈沖器控制系統，包括電源管理模塊、脈沖生成與自適應控制模塊和可重構驅動模塊；所述電源管理模塊采用三端可調正電壓穩壓器，用于將輸入電壓調節至穩定的工作電壓；脈沖生成與自適應控制模塊包含算法控制器和自適應脈沖生成器，所述算法控制器用于根據自適應控制算法計算與輸入觸發數據相匹配的目標脈沖寬度，所述輸入觸發數據包含井斜測量參數、井下環境參數、電磁閥線圈工作狀態；所述自適應脈沖生成器包含基礎脈沖生成器和數字控制單元，以用于生成對應所述目標脈沖寬度的目標脈沖控制信號；所述可重構驅動模塊采用包含多驅動通道的并聯mosfet陣列結構，用于生成所述目標脈沖控制信號所對應的通道驅動數量，并激活對應所述通道驅動數量的至少一個目標mosfet通道同步驅動電磁閥線圈。

3、通過本申請提供的一種基于模塊化低功耗驅動的mwd脈沖器控制系統，通過多模塊協同工作，顯著提升了mwd脈沖器在極端井下環境中的能量利用率和工作穩定性，并具體能夠產生如下的技術效果：

4、（1）電源管理模塊利用三端可調正電壓穩壓器，將波動的輸入電壓調節為穩定工作電壓，有效隔離了井下供電的不穩定性，還降低了因電壓波動導致的能量損耗。

5、（2）脈沖生成與自適應控制模塊內的算法控制器，依據實時接收的井斜、環境參數及電磁閥狀態，智能計算出目標脈沖寬度，再由自適應脈沖生成器產生精準脈沖信號。由此，能夠根據井下溫度、壓力及流體特性等多變因素動態調整脈沖參數，有效避免傳統固定參數方案中出現的能量過剩或不足，確保了電磁閥線圈吸合與釋放的能量供給匹配，提高系統能效。

6、（3）相比傳統單一mosfet直接驅動方案，可重構驅動模塊采用多驅動通道并聯的mosfet陣列結構，能夠根據目標脈沖控制信號靈活激活多個驅動通道，分攤了高頻脈沖或大負載下的驅動負荷，顯著降低了器件漏電流和靜態損耗問題，從而減少了長時間工作下的能耗積累，提升了整體驅動效率與系統可靠性。

7、通過本技術方案，通過電源穩定、智能自適應控制以及高效并聯驅動架構，能夠在極端井下高溫、高壓和高振動環境中實現精準、低功耗的脈沖信號生成和傳輸，在保障測井隨鉆數據的實時性和準確性的前提下，大幅降低系統能耗，延長mwd脈沖器系統的井下工作時長。

技術特征：

1.一種基于模塊化低功耗驅動的mwd脈沖器控制系統，其特征在于，包括電源管理模塊、脈沖生成與自適應控制模塊和可重構驅動模塊；

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述三端可調正電壓穩壓器包含調節端子、輸入端子和輸出端子；

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，各個所述mosfet通道串聯設置低阻分流電阻；所述可重構驅動模塊還用于執行以下操作：

4.根據權利要求1或3所述的系統，其特征在于，所述算法控制器還用于接收電磁閥響應數據，并根據所述電磁閥響應數據生成脈沖驅動偏差信息；所述電磁閥響應數據包含電磁閥的吸合時間、釋放時間和峰值電流：

5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述基礎脈沖生成器采用單穩多諧振蕩器，所述數字控制單元用于通過數模轉換器生成對應所述目標脈沖寬度的可變閾值電壓，并根據所述可變閾值電壓調整所述單穩多諧振蕩器中rc網絡的等效阻抗，以調整所述單穩多諧振蕩器的輸出脈沖的脈沖寬度；

6.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述自適應控制算法采用anfis模型，針對所述anfis模型預設有條模糊規則，每條模糊規則采用takagi-sugeno型規則；

技術總結
本申請公開了一種基于模塊化低功耗驅動的MWD脈沖器控制系統，涉及泥漿脈沖發生器領域，該系統包括電源管理模塊、脈沖生成與自適應控制模塊和可重構驅動模塊；電源管理模塊用于將輸入電壓調節至穩定的工作電壓；脈沖生成與自適應控制模塊包含算法控制器和自適應脈沖生成器，算法控制器用于根據自適應控制算法計算與輸入觸發數據相匹配的目標脈沖寬度；自適應脈沖生成器用于生成對應目標脈沖寬度的目標脈沖控制信號；可重構驅動模塊采用包含多驅動通道的并聯MOSFET陣列結構，用于生成目標脈沖控制信號所對應的通道驅動數量，并激活對應通道驅動數量的至少一個目標MOSFET通道同步驅動電磁閥線圈。由此，能夠有效延長MWD脈沖器系統的井下工作時長。

技術研發人員：王金海,胡巖,史經宣,趙夫剛,張英武
受保護的技術使用者：克拉瑪依派特羅爾能源服務有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28