專利名稱：一種井下發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種在石油工程中用于井下發(fā)電的裝置，特別涉及一種為 井下儀器和工具提供電能支持的發(fā)電裝置。
技術(shù)背景
現(xiàn)代油氣鉆井技術(shù)涉及到多種不同參數(shù)的井下數(shù)據(jù)測量并通過遙測系統(tǒng)提 供鉆井過程中所需的地層數(shù)據(jù)和鉆井工程信息。在井下測量工具中，安裝在近 鉆頭鉆柱中傳感器獲得的數(shù)據(jù)通過信號遙傳裝置傳輸?shù)降孛?，供地面操作人員 進行分析與判斷。井下測量工具在井下獲得電力有電池組和渦輪發(fā)電機兩種途 徑，由于電池容量有限，大電流工作持續(xù)時間短，且在高溫下其安全性能難以 保證，同時電池材料由于其本身特性，運輸，存儲以及報廢都需要進行專門處 理。在井下測量工具中，測量傳感器和相關(guān)電子線路的電耗通常僅有幾瓦到十 幾瓦，而典型的遙測系統(tǒng)耗電至少需要60瓦，最大可能達到700瓦，為延長工 具在井下的操作時間，國外目前普遍將井下渦輪發(fā)電機作為井下測量工具的標 準配置，以減小電池容量和體積，利用發(fā)電機為電池補充電能及為電子傳感器 組與信號遙測裝置供電，有的產(chǎn)品甚至取消電池，直接由渦輪發(fā)電機提供電力， 我國目前還未有相應(yīng)的井下發(fā)電裝置裝備儀器。隨著油氣井開采深度和水平段 長度的增加，井溫的升高及井下測量工具井下工作時間的延長，以及高耗電的 電磁波數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)的使用，井下測量工具電力系統(tǒng)的容量和可靠性成為制約 井下測量系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵，而井下發(fā)電裝置是解決這一難題的最有效方法， 由于國外公司在井下渦輪發(fā)電機的核心技術(shù)和設(shè)計方面進行保密，近幾年國內(nèi) 有些科研單位也在進行相關(guān)技術(shù)的科技攻關(guān)，但還未見成熟的商業(yè)產(chǎn)品問世。美國專利說明書US5,517,464中公開了一種集成了鉆井液脈沖發(fā)生器與渦 輪發(fā)電機的井下井下測量工具。渦輪發(fā)電機與鉆井液脈沖發(fā)生器集成一體，渦 輪發(fā)電機由渦輪推進器、驅(qū)動軸、變速器(變比14: 1)、三相交流發(fā)電機、轉(zhuǎn) 速測量裝置組成。由于井下空間的限制和葉輪結(jié)構(gòu)的特性，發(fā)電機提供的功率 較小， 一般為幾十瓦，不能滿足大功率要求；系統(tǒng)采用齒輪變速箱實現(xiàn)渦輪和 電機的聯(lián)接，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；軸承及線圈等直接工作于鉆井液中，對鉆井液質(zhì)量、 軸承性能和線圈的絕緣性要求極高，且在井下高溫、強振動惡劣環(huán)境中長期高 速運轉(zhuǎn)極易損壞，從而降低了渦輪發(fā)電機的使用壽命。
中國專利說明書CN1865693A中公開了一種用于隨鉆儀器供電的井下鉆井 液發(fā)動機。鉆井液發(fā)電機由渦輪、驅(qū)動軸、變速器、磁力耦合器、隔套、發(fā)電 機組成，傳動系統(tǒng)采用磁耦合技術(shù)，利用內(nèi)外磁力耦合產(chǎn)生的滑差效應(yīng)及磁力 耦合軟連接技術(shù)保護發(fā)電機。發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸通過磁耦合與變速器連接，避免了 線圈和軸承與鉆井液接觸，但是，其減速器結(jié)構(gòu)和磁耦合結(jié)構(gòu)復(fù)雜，磁耦合滑 動接觸面工作于鉆井液中易磨損，且功率較小。 實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是在于提供一種輸出功率較大、結(jié)構(gòu)簡單的井下發(fā)電裝置。
本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種井下鉆井液發(fā)電裝置，包括驅(qū)動短節(jié)、聯(lián)接短節(jié)和電機短節(jié)，所述的 驅(qū)動短節(jié)中葉輪驅(qū)動軸與電機軸為兩段式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子線圈和定子線圈 均浸泡在電機油中。
所述的兩段式結(jié)構(gòu)是指葉輪驅(qū)動軸與電機軸通過聯(lián)軸裝置聯(lián)接傳遞扭矩。 葉輪驅(qū)動軸靠近葉輪端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)密封。所述的聯(lián)接短節(jié)包括扶正器和堵頭，均安裝在電機短節(jié)的上端。葉輪固定于驅(qū)動短節(jié)的葉輪驅(qū)動軸上，在葉輪的入 口安裝有過濾裝置，葉輪與鉆鋌之間裝有導(dǎo)流筒。葉輪為一級或多級軸流式或 徑流式結(jié)構(gòu)。
本實用新型所述的井下發(fā)電裝置具有的有益效果是，這種結(jié)構(gòu)是將葉輪驅(qū) 動軸與電機軸分成兩段式結(jié)構(gòu)，中間通過可以調(diào)心的聯(lián)軸器相聯(lián)接，從而有效 地降低了軸系的同軸度要求；結(jié)構(gòu)中的葉輪采用特別設(shè)計結(jié)構(gòu)，因而輸出功率 較大，可以達到lkW以上，并且通過優(yōu)化設(shè)計使其受鉆井液排量的影響較??； 電機的轉(zhuǎn)子和定子以及軸承都浸泡在液壓油中，降低了制造難度，增加了工作 可靠性。該實用新型不但可以提供大功率的電能，而且可以在井下穩(wěn)定可靠的 工作。


圖1是井下發(fā)電裝置的簡單示意圖
圖2是井下發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
l.鉆鋌2.葉輪壓帽 3.葉輪4.密封壓蓋 5.旋轉(zhuǎn)密封 6.聯(lián)軸裝置 7.電機驅(qū)動軸 8.永久磁鐵 9.高壓堵頭 IO.浮動活塞 ll.增壓彈 簧12.濾網(wǎng)13.導(dǎo)流筒14.扶正器 15.堵頭 16.葉輪驅(qū)動軸17.定子線 圈 18.電機短節(jié)抗壓筒 19.接頭20.注油塞21.驅(qū)動短節(jié)22.聯(lián)接短節(jié) 23.電機短節(jié)具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合說明書附圖，對本實用新型作進一步描述。
圖1是井下發(fā)電裝置的示意圖。井下發(fā)電裝置包含驅(qū)動短節(jié)21、聯(lián)接短節(jié) 22和電機短節(jié)23。該裝置安裝在鉆鋌l內(nèi)，井下發(fā)電裝置的上部為濾網(wǎng)12，葉 輪3的上部裝有葉輪壓帽2，導(dǎo)流筒13裝在葉輪3和鉆鋌1之間，旋轉(zhuǎn)密封5通過密封壓蓋4壓緊，扶正器14放置在堵頭15的上端，聯(lián)軸裝置6裝在電機 驅(qū)動軸7的上端，與葉輪驅(qū)動軸16的下端彈性聯(lián)接，降低了系統(tǒng)的同軸度要求， 電機短節(jié)23包含浸泡在液壓油中的永久磁鐵8和定子線圈17，永久磁鐵8固定 在電機軸7上，定子線圈17固定在電機短節(jié)抗壓筒18內(nèi)筒壁上。接頭19內(nèi)釆 用增壓彈簧11和浮動活塞10實現(xiàn)油量存儲、壓力補償以及密封效果。接頭19 上同時安裝有注油塞20和高壓堵頭9。
本裝置的工作過程是在鉆進過程中，具有一定排量和壓力的鉆井液通過 裝置的濾網(wǎng)，濾除鉆井液中的大固體，經(jīng)過濾的鉆井液推動葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動葉 輪驅(qū)動軸、聯(lián)軸裝置和電機軸旋轉(zhuǎn)，使得固定在電機轉(zhuǎn)子軸上的永久磁鐵和安 裝在電機短節(jié)內(nèi)筒壁上的定子線圈相互作用，產(chǎn)生所需的電能。裝置通過增壓 彈簧和浮動活塞維持裝置內(nèi)液壓油壓力始終高于鉆井液壓力，保證旋轉(zhuǎn)密封兩 側(cè)的液壓油和鉆井液有一定的正壓差，從而防止鉆井液進入液壓油腔，使得電 機的轉(zhuǎn)子定子及相關(guān)的旋轉(zhuǎn)部件均工作在液壓油內(nèi)，增加了該井下發(fā)電裝置的 工作穩(wěn)定性和可靠性。
權(quán)利要求1、一種井下發(fā)電裝置，其包括驅(qū)動短節(jié)(21)、聯(lián)接短節(jié)(22)和電機短節(jié)(23)，其特征在于驅(qū)動短節(jié)葉輪驅(qū)動軸(16)與電機軸(7)為兩段式結(jié)構(gòu)，永久磁鐵(8)和定子線圈(17)均浸泡在電機油中。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種井下發(fā)電裝置，其特征在于所述的兩段式結(jié) 構(gòu)是葉輪驅(qū)動軸(16)與電機軸(7)通過聯(lián)軸裝置(6)聯(lián)接。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種井下發(fā)電裝置，其特征在于葉輪驅(qū)動軸(16) 靠近葉輪(3)端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)密封(5)。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種井下發(fā)電裝置，其特征在于葉輪(3)固定 于驅(qū)動短節(jié)(21)的葉輪驅(qū)動軸(16)上，在葉輪(3)的入口安裝有過濾裝置(12)，葉輪(3)與鉆鋌(1)之間裝有導(dǎo)流筒(13)。
5、 如權(quán)利要求4所述的一種井下發(fā)電裝置，其特征在于所述的葉輪(3) 為軸流式或徑流式結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種為井下儀器和工具提供電能支持的發(fā)電裝置。其包括驅(qū)動短節(jié)、聯(lián)接短節(jié)和電機短節(jié)三部分。該裝置是將葉輪驅(qū)動軸與電機軸分成兩段式結(jié)構(gòu)，中間通過可以調(diào)心的聯(lián)軸器相聯(lián)接，從而有效地降低了軸系的同軸度要求；該裝置中的葉輪采用特殊設(shè)計結(jié)構(gòu)，因而輸出功率較大，可以達到1kW以上；電機的轉(zhuǎn)子和定子浸泡在液壓油中，降低了制造難度，增加了工作可靠性。本實用新型不但可以提供大功率的電能，而且可以在井下穩(wěn)定可靠的工作。
文檔編號E21B47/00GK201269096SQ200820140169
公開日2009年7月8日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者呂官云, 峰 孫, 王義峰, 威 陳, 哲 馬 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院