CN101364757B - 一种井下发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井下发电装置，该井下发电装置设置在井下钻井系统中，其中钻井系统包括有用于驱动钻头转动的驱动轴和套设在驱动轴外的导向支撑旋转套，该井下发电装置包括发电机，该发电机安装在驱动轴与导向支撑旋转套之间的空间内，并具有机体和转子轴，其中发电机的机体固定安装在导向支撑旋转套上，所述的发电机的转子轴与钻井系统的驱动轴之间连接有传动机构，该传动机构用于将驱动轴的转动动力传递给转子轴。本发明的井下发电装置不但能够在井下钻井系统中提供大功率的电能，而且能随着钻井作业的进行而在井下无时间限制的工作。

Description

一种井下发电装置

技术领域

本发明涉及一种发电装置，具体地讲，涉及一种用于石油，矿山，地质勘探等用于随钻测量或随钻测井的“垂直钻井系统”和“旋转导向钻井系统”中，为井下系统提供电力的井下发电装置。

背景技术

现有的井下“垂直钻井系统”或“旋转导向钻井系统”中主体结构一般由两部分组成，第一部分是旋转钻进驱动系统主要由驱动轴、钻头靴等组成，钻头靴与驱动轴连为一体，钻头安装在钻头靴上；第二部分是导向支撑套系统主要由导向支撑旋转套、导向推支块等组成，其中导向推支块一般分布在导向支撑旋转套外周上，并环圆周均匀分布三个或四个。当系统按照预定设计的井筒轨迹钻进时系统中的传感器不断检测钻头的姿态，如果要修正钻头的姿态，就需要导向支撑旋转套上的导向推支块在某一方向上推支在井壁，而某一方向上则收缩推支块，以此调整钻头的钻进方向。此时，导向支撑旋转套不再随驱动轴转动，而驱动轴带着钻头继续旋转钻进。

推支块推出或收缩是通过电磁阀或电动机控制液压机构执行的，而电磁阀或电动机所用的电力目前通常采用以下两种方式提供，一种是通过安装在导向支撑旋转套上的电池提供，另一种是通过无接触变压器将驱动轴上的电力传送到安装在导向支撑旋转套的电磁阀或电动机上。但是，这两种方式都存在缺陷。对于电池供电的方式，由于电池的电量有限，在钻井作业中，一旦电池耗尽，就需要起钻更换电池，影响了钻井的作业效率。而对于采用无接触变压器的方式，由于构成无接触变压器的磁路一半在驱动轴上另一半在导向支撑旋转套上，驱动轴与导向支撑旋转套间的环空间隙给无接触变压器的磁路构成很大的磁阻，所以造成无接触变压器转换效率低下。

因此，有必要提供一种井下发电装置，来解决现有井下供电装置存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种井下发电装置，不但能够在井下钻井系统提供大功率的电能，而且能随着钻井作业的进行而在井下无时间限制的工作。

本发明的上述目的可采用如下技术方案来实现，一种井下发电装置，该井下发电装置设置在井下钻井系统中，其中钻井系统包括有用于驱动钻头转动的驱动轴和套设在驱动轴外的导向支撑旋转套，该井下发电装置包括发电机，该发电机安装在驱动轴与导向支撑旋转套之间的空间内，并具有机体和转子轴，其中发电机的机体固定安装在导向支撑旋转套上，所述的发电机的转子轴与钻井系统的驱动轴之间连接有传动机构，该传动机构用于将驱动轴的转动动力传递给转子轴。

这样，由于在钻井系统的驱动轴与导向支撑旋转套之间安装有发电机，在导向钻进需要调整钻具姿态时，导向支撑旋转套上的某一导向推支块伸出推靠在井壁上，此时导向支撑旋转套不再随驱动轴转动，而驱动轴带着钻头继续旋转钻进，从而驱动轴与导向支撑旋转套发生相对转动，而由于发电机的机体固定在导向支撑旋转套上，通过传动机构的传递，驱动轴带动发电机的转子轴转动，使发电机发电而输出电能。该发电机输出的电能可以直接提供给导向支撑旋转套上的电动机、电磁阀及控制电路，也可以给可充电电池补充电量，进行电量储备。由于本发明是利用驱动轴与导向支撑旋转套在钻具调整姿态时的相对转动而使发电机发电的，其电能可以随着钻井系统的工作而产生，因而不存在电量有限而需要提起钻具影响钻井作业效率的问题，并且由于是采用发电机直接发电，避免了现有的无接触变压器转换效率低下的问题，从而能够根据需要提供大功率的电能。

在本发明的一个可选实施方式，所述的传动机构为齿轮传动机构。该齿轮传动机构可具体包括：套装在驱动轴上的第一齿轮和套装在转子轴上并与第一齿轮相啮合的第二齿轮。

在本发明中，所述的发电机可具有两个以上，该两个以上的发电机的机体沿周向固定安装在导向支撑旋转套上，每一个发电机的转子轴均通过传动机构连接于所述驱动轴。

在本发明中，所述的导向支撑旋转套内侧突出设置有环形安装台，所述的发电机的机体固定安装在该安装台上，从而与导向支撑旋转套固定安装在一起。

在本发明中，所述发电机的电力输出端可连接于一充电电池，以同时给充电电池进行充电，进行电量储备。

在本发明中，所述的发电装置可安装于垂直钻井系统或旋转导向钻井系统中。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而并不代表以任何方式来限制本发明公开的范围的意图。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明的钻井系统的安装位置示意图；

图2为本发明的发电装置的结构示意图；

图3为本发明的发电装置具有多个发电机的齿轮传动机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方式的细节。但是，需要说明的是，下面的描述本质上仅为示例性的，而不意图限制本发明公开、应用或使用。

在描述中，在此所使用的某些术语仅用于参照，因此并不意味着进行限制。例如，诸如“上”、“下”、“顶”和“底”等术语是指所参照的附图中的方向。类似地，除非文中明确指出，涉及结构的术语“第一”、“第二”及其它此类数词不暗示顺序或次序。

如图1-图3所示，本发明提供了一种设置在井下钻井系统10中的井下发电装置20。如图1所示，其中的钻井系统10连接在钻井设备100的钻柱11下端，该井下发电装置20设置在钻井系统10中，其中钻井系统1可以例如是垂直钻井系统或旋转导向钻井系统等。如图2所示，该钻井系统1的主体结构包括旋转钻进驱动系统和导向支撑套系统。其中旋转钻进驱动系统包括驱动轴101和连接在驱动轴101下端的钻头靴102，该钻头靴102可具体与驱动轴101连接为一体，钻头103安装在钻头靴102上，从而由驱动轴101驱动该钻头103旋转钻进。导向制成套系统包括套设在驱动轴101外的导向支撑旋转套104，在该导向支撑旋转套104的外周上环圆周分布有多个导向推支块105，例如可环圆周均匀分布有三个或四个。如图2所示，在导向支撑旋转套104上设置有电路仓106，通过该电路仓106能够将电力提供给导向支撑旋转套104的动力单元的电磁阀、电动机、控制电路等(图中未示出)。当钻井系统1按照预定设计的井筒轨迹钻进时，钻井系统1中的传感器(图中未示出)不断检测钻头103的姿态，如果需要修正钻头103的姿态，则导向支撑旋转套104上的导向推支块105就会在电路仓106内的动力单元作用下在某一方向上推支在井壁，而在某一方向上则收缩导向推支块105，以此调节钻头103的钻进方向。此时导向支撑旋转套105不再随驱动轴101转动，驱动轴101与导向支撑旋转套104就会产生相对转动。

如图2所示，在钻井系统10的驱动轴101和导向支撑旋转套104之间设置有滑动轴承107和滚动轴承108，滑动轴承107安装在驱动轴101上，在导向钻进时对导向支撑旋转套104其轴向支撑滑动的作用；滚动轴承108的轴承内环安装在驱动轴101上，外环安装在导向支撑旋转套104上，使驱动轴101和导向支撑旋转套104可以相对转动。

如图2所示，本发明的发电装置20包括安装在驱动轴101与导向支撑旋转套104之间的空间内的发电机201，该发电机201的结构与现有发电机相同，主要具有与定子固定连接的机体和与转子连接的转子轴，通过转子轴的转动，使转子相对于定子转动，从而产生电能，其所产生的电能通过电力输出端的电力输出线2013导出，该发电机201的具体结构(例如转子、定子及具体连接关系等)与现有发电机相同，在此不再详细描述。其中，该发电机201的机体固定安装在导向支撑旋转套104上，所述的发电机201的转子轴与钻井系统10的驱动轴101之间连接有传动机构202，该传动机构202用于将驱动轴101的转动动力传递给转子轴。

这样，在钻井系统10导向钻进需要调整钻具姿态时，导向支撑旋转套104上的导向推支块105向某一方向伸出推靠在井壁上，此时导向支撑旋转套104不再随驱动轴101转动，而驱动轴101带着钻头103继续旋转钻进，从而驱动轴101与导向支撑旋转套104发生相对转动，由于发电机201的机体固定在导向支撑旋转套104上，通过传动机构202的动力传递，该钻井系统10的驱动轴101带动发电机201的转子轴转动，使发电机201发电而输出电能。该发电机201电力输出端的电力输出线2013引入到导向支撑旋转套104的电路仓106中，为导向支撑旋转套104上的电磁阀、电动机、控制电路等提供电力。同时该发电机201所产生的电力还可以给可充电电池补充电量，进行电量储备。

由于本发明是利用钻井系统10的驱动轴101与导向支撑旋转套104在钻具调整姿态时的相对转动而使发电机201发电的，其电能可以随着钻井系统10的工作而产生，因而不存在电量有限而需要提起钻具影响钻井作业效率的问题，并且由于是采用发电机201直接发电，避免了现有的无接触变压器转换效率低下的问题，从而能够根据需要提供大功率的电能。

在本发明中，根据需要，所述的发电机201可具有两个以上(含两个)，该两个以上的发电机201的机体沿周向固定安装在导向支撑旋转套104，每一个发电机201的转子轴均通过传动机构202连接于所述驱动轴101，从而通过传动机构202的传动，使驱动轴101带动该多个发电机201的多个转子轴转动，而使该多个发电机201同时发电。该发电机201的设置数量可以根据所需要的电量而设定，导向支撑旋转套104上实用的电动机和电磁阀的数量越多，相应的所需要的发电机201的数量也越多。作为示例，如图3所示，采用了5台小型发电机201，单台发电机的输出功率为10W。

在本发明中，连接在驱动轴101和发电机201的转子轴2011之间的传动机构可以采用现有多种传动方式，只要能够将驱动轴101的转动传递给转子轴，由驱动轴101带动转子轴转动即可，其具体结构可不作限制。在本发明的一个可选实施方式，如图2所示，所述的传动机构202可为齿轮传动机构。作为一个具体的示例，如图2、图3所示，该齿轮传动机构可具体包括相啮合传动的第一齿轮2021和第二齿轮2022，其中第一齿轮2021套装在驱动轴101上，第二齿轮2022套装在转子轴上，从而在驱动轴101与导向支撑旋转套104相对转动时，通过该第一齿轮2021与第二齿轮2022的啮合传动将转动动力传递给转子轴，使转子轴带动发电机201的转子转动而发电。如图2、图3所示，对于设置有多个发电机201的情况，该第二齿轮2022也同样设置有多个，每一个套装在一个发电机201的转子轴上，并与驱动轴101上套装的第一齿轮2021相啮合。这样，如图3所示，该第一齿轮2021与多个第二齿轮2022形成为多个第二齿轮2022行星环设在第一齿轮2011周围的布置方式。根据所需功率的需要，每增加一个发电机201就会相应增加一个与第一齿轮2021啮合的第二齿轮2022。

在本发明中，如图2所示，在所述导向支撑旋转套104内侧可突出设置有环形安装台1041，所述的发电机201的机体可固定安装在该安装台1041上，从而与导向支撑旋转套104固定安装在一起。

本发明的描述仅为示例性的属性，因此没有偏离本发明要旨的各种变形理应在本发明公开的范围之内。这些变形不应被视为偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种井下发电装置，该井下发电装置设置在井下钻井系统中，其中钻井系统包括有用于驱动钻头转动的驱动轴和套设在驱动轴外的导向支撑旋转套，其特征在于，该井下发电装置包括发电机，该发电机安装在驱动轴与导向支撑旋转套之间的空间内，并具有机体和转子轴，其中发电机的机体固定安装在导向支撑旋转套上，所述的发电机的转子轴与钻井系统的驱动轴之间连接有传动机构，该传动机构用于将驱动轴的转动动力传递给转子轴。

2.如权利要求1所述的一种井下发电装置，其特征在于，所述的传动机构为齿轮传动机构。

3.如权利要求1所述的一种井下发电装置，其特征在于，所述的发电机具有两个以上，该两个以上的发电机的机体沿周向固定安装在导向支撑旋转套上，每一个发电机的转子轴均通过传动机构连接于所述驱动轴。

4.如权利要求2所述的一种井下发电装置，其特征在于，所述的齿轮传动机构包括套装在驱动轴上的第一齿轮和套装在所述发电机转子轴上并与第一齿轮相啮合的第二齿轮。

5.如权利要求1或3所述的一种井下发电装置，其特征在于，所述的导向支撑旋转套内侧突出设置有环形安装台，所述的发电机的机体固定安装在该安装台上，从而与导向支撑旋转套固定安装在一起。

6.如权利要求1所述的一种井下发电装置，其特征在于，所述发电机的电力输出端连接于一充电电池。

7.如权利要求1所述的一种井下发电装置，其特征在于，所述的井下发电装置安装于垂直钻井系统或旋转导向钻井系统中。

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