CN102306947A - 井下自充电电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种井下自充电电源，包括：管体分为中间流体通道和位于流体通道外围的外空腔两部分空间；叶轮部设置在流体通道的内壁上；叶轮部包括：叶轮保护块、叶轮和两条流道；叶轮保护块中设有叶轮腔，用于放置所述叶轮；两条流道与叶轮腔相连通，用于注入、排出流体，以推动叶轮转动；充电部设置包括：发电机定子、发电机转子、充电电路和充电电池；发电机转子与叶轮相轴连，随叶轮带动而转动；发电机定子与发电机转子相对应固定设置；发电机定子与充电电路电连接；充电电路与充电电池相连接。该井下自充电电源用以为油气井井下智能设备供电。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，特别是一种用于为油气井井下智能设备供电的井下自充电电源。
背景技术
随着油气开发生产的日益现代化和智能化，油气井井下智能设备也得到了迅猛发展。贝克休斯公司的InCharge智能完井系统采用了全电子设计，使用井下电控滑套和电动井下湿式解锚系统。目前许多研究机构对油气井井下无线通讯技术展开研究，依靠该技术实现井下监测数据和控制信号的传递。在注水井上使用的可遥控注水阀，可通过电缆控制注水阀门的大小以调节注水量。另外如油气井井下测量仪器、智能堵水阀等智能设备。这些设备目前或使用电池，或者用电缆将动力输送至井下。电池的使用寿命始终有限，电缆输送动力增加了作业费用和施工难度，因而对井下电源的需求也越来越受到重视。
专利200620123884.0提供了一种采用抽油杆的上下运动进行发电的方法。该方法把部分抽油杆改造成永久磁铁，在对应位置的抽油管上放置有电线绕组的线圈管，在抽油杆做往复运动时切割磁力线进行发电。该专利的局限在于：①仅适用于抽油泵井；②发电设备的位置固定不能移动，而井下智能设备在井筒内的位置不定。若抽油泵距井下智能设备过远，则需要电缆进行连接，从而增加了作业难度和产生较大的电力损耗，距实际应用有相当大的距离。
专利02279110.8中提到的井下发电机配置在地平面之下的外管与内管之间的环状腔体中；发电机的转子通过键被固定在内管的外壁上，定子经外壳被镶嵌在外管的内壁中；内管与上部钻杆相连，下部与钻头相连；发电机的输出端经整流稳压装置输至电子控制装置。它能为自动垂直钻具提供足够容量的稳定的直流电源，使钻具成为一种完整的闭环自动垂直钻探的地下系统，它是一种成本低，工作寿命长、安全可靠的地下电源设备。该专利主要应用于钻井中，利用钻杆的转动进行发电，但是并不适宜应用在油气生产井中。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种用于为油气井井下智能设备供电的井下自充电电源。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：
井下自充电电源，其特征在于，包括：管体、至少一叶轮部和至少一充电部；
所述管体呈直管型，该管体分为中间流体通道和位于流体通道外围的外空腔两部分空间；
所述叶轮部设置在所述流体通道的内壁上；该叶轮部包括：叶轮保护块、叶轮和两条流道；该叶轮保护块中设有叶轮腔，用于放置所述叶轮；所述两条流道分别从叶轮保护块的两端与叶轮腔相连通，用于注入、排出流体，以推动叶轮转动；
所述充电部设置于所述外空腔内；该充电部包括：发电机定子、发电机转子、充电电路和充电电池；所述发电机转子与所述叶轮相轴连，随叶轮带动而转动；所述发电机定子与发电机转子相对应固定设置；该发电机定子与充电电路电连接；所述充电电路与充电电池相连接。
所述发电机定子为永久性磁铁。
所述充电电路经过整流、保护电路对充电电池进行充电。
所述充电电池设有输出端，用以为井下智能设备供电。
在所述叶轮与发电机转子之间串接有变速齿轮对。
在所述管体的上下开口处还设有接头，用以与油管相连接。
本发明的有益效果是：
(1)该井下自充电电源的叶轮部沿流体通道的管壁径向设计，而充电部各个设备均放置在外空腔13中。保证了井下自充电电源内部有足够的空间，使得用于测量或修井的井下作业工具可以顺利通过井下自充电电源并到达油管内部的任意位置；
(2)该井下自充电电源的叶轮仅靠流体的流动驱动而不依赖于井下的其它动力源，因此井下自充电电源可以任意的放置在完井管道上的任意位置，不受其它限制。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为井下自充电电源的结构示意图；
图2为叶轮部A-A截面示意图；
图3为井下自充电电源的应用示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1为井下自充电电源的结构示意图。如图所示，该井下自充电电源包括：管体、至少一叶轮部和至少一充电部。
所述管体呈直管型，该管体分为中间流体通道12和位于流体通道12外围的外空腔13两部分空间。
所述叶轮部设置在所述流体通道12的内壁上。图2为叶轮部A-A截面示意图。如图所示，该叶轮部包括：叶轮保护块14、叶轮2和两条流道11。叶轮保护块14中设有叶轮腔，用于放置所述叶轮2，并起到保护叶轮2的作用。所述两条流道11分别从叶轮保护块14的两端与叶轮腔相连通，用于注入、排出流体，以推动叶轮2转动。
所述充电部设置于所述外空腔13内。该充电部包括：发电机定子3、发电机转子4、充电电路6和充电电池7。所述发电机转子4与所述叶轮2相轴连，随叶轮2带动而转动。所述发电机定子3与发电机转子4相对应固定设置。该发电机定子3为永久性磁铁。与叶轮2轴连的发电机转子4随叶轮转动，切割与之对应的固定在外空腔13上的发电机定子3所发出的磁力线而产生电势。该发电机定子3通过连接导线5与充电电路6相连接，将所产生的电能输送至充电电路6。所述充电电路6与充电电池7相连接，经过整流、保护等系列电路对充电电池7进行充电。该充电电池7通过输出导线9与井下智能设备相连接，为其供电。
在使用时，使用者可以将上述结构的井下自充电电源串接在井下管道中，成为井下管道线路的一部分。当进行油气开采或注水作业时，管道内流体(如高压气体、原油、注入水等)流经该井下自充电电源，流体通过所述流道11推动叶轮2转动，进而带动发电机转子4最终产生电能储存于充电电池7内，以供井下智能设备使用。该设计的好处在于：(1)叶轮部沿流体通道的管壁径向设计，而充电部各个设备均放置在外空腔13中。保证了井下自充电电源内部有足够的空间，使得用于测量或修井的井下作业工具可以顺利通过井下自充电电源并到达油管内部的任意位置；(2)由于叶轮仅靠流体的流动驱动而不依赖于井下的其它动力源，因此井下自充电电源可以任意的放置在完井管道上的任意位置，不受其它限制。
若叶轮2的转速过低，则发电机转子4与发电机定子3之间的相对转速较慢，无法充分发挥发电机的发电效能。针对这一问题，如图1所示，我们还可以在叶轮2与发电机转子4之间串接有变速齿轮对8。通过该变速齿轮对8，可以提高发电机转子4的转速，保证发电机转子4与发电机定子3之间的相对转速。
另外，在所述管体的上下开口处还设有接头1、10，以方便与油管相连接。
如前所述，在一个井下自充电电源中可以设置多对叶轮部和充电部，以提高该井下自充电电源的发电效率。不仅如此，如图3所示，在必要的时候还可以在完井管道上连入多个井下自充电电源，以满足多个井下智能设备的用电需要。
综上所述，本发明提供了一种用于为油气井井下智能设备供电的井下自充电电源。该井下自充电电源的叶轮部沿流体通道的管壁径向设计，保证了井下自充电电源内部有足够的空间，使得用于测量或修井的井下作业工具可以顺利通过井下自充电电源并到达油管内部的任意位置；并且叶轮仅靠流体的流动驱动而不依赖于井下的其它动力源，可以放置在完井管道上的任意位置。本领域基于上述所举具体实施方式，在此基础上所做任何不具有创造性的改造，均应视为在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.井下自充电电源，其特征在于，包括：管体、至少一叶轮部和至少一充电部；
所述管体呈直管型，该管体分为中间流体通道和位于流体通道外围的外空腔两部分空间；
所述叶轮部设置在所述流体通道的内壁上；该叶轮部包括：叶轮保护块、叶轮和两条流道；该叶轮保护块中设有叶轮腔，用于放置所述叶轮；所述两条流道分别从叶轮保护块的两端与叶轮腔相连通，用于注入、排出流体，以推动叶轮转动；
所述充电部设置于所述外空腔内；该充电部包括：发电机定子、发电机转子、充电电路和充电电池；所述发电机转子与所述叶轮相轴连，随叶轮带动而转动；所述发电机定子与发电机转子相对应固定设置；该发电机定子与充电电路电连接；所述充电电路与充电电池相连接。
2.如权利要求1所述的井下自充电电源，其特征在于：所述发电机定子为永久性磁铁。
3.如权利要求1所述的井下自充电电源，其特征在于：所述充电电路经过整流、保护电路对充电电池进行充电。
4.如权利要求1所述的井下自充电电源，其特征在于：所述充电电池设有输出端，用以为井下智能设备供电。
5.如权利要求1所述的井下自充电电源，其特征在于：在所述叶轮与发电机转子之间串接有变速齿轮对。
6.如权利要求1所述的井下自充电电源，其特征在于：在所述管体的上下开口处还设有接头，用以与油管相连接。
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