CN102635486B

CN102635486B - 涡轮驱动型井下泥浆发电机

Info

Publication number: CN102635486B
Application number: CN201210128020.8A
Authority: CN
Inventors: 徐秀杰; 徐敏娟
Original assignee: CNPC Xibu Drilling Engineering Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; CNPC Xibu Drilling Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CN102635486A

Abstract

本发明涉及井下泥浆发电机技术领域，是一种涡轮驱动型井下泥浆发电机；其包括筒体、电机线圈定子、电源管理装置、电机磁性转子、连接轴、耦合电磁装置、导流旋转涡轮、导流定轮和打捞头；在筒体的上端和下端分别固定安装有上接头和下接头，在筒体内固定安装有电机线圈定子，在下接头的下端通过螺纹固定连接有电源管理装置并与电机线圈定子通过导线电连接在一起；在电机线圈定子内套装有能转动的电机磁性转子。本发明结构合理而紧凑，使用方便；通过调节涡轮叶片参数和过流面积的大小来调整导流旋转涡轮的转速，从而起到调节输出电流大小的作用；用来满足和支持较大功耗的井下随钻仪器和工具系统长时间工作，实用性强，应用范围广。

Description

涡轮驱动型井下泥浆发电机

技术领域

本发明涉及井下泥浆发电机技术领域，是一种涡轮驱动型井下泥浆发电机。

背景技术

随着石油钻井工程技术的进步和油藏开发难度的增大，石油钻井中使用的井下随钻仪器已经不再是仅仅能测量少量参数的小功耗随钻测量仪器；而是越来越多的采用了旋转导向钻井工具、随钻取芯工具、随钻底层压力测量工具、垂直钻井工具、地质导向钻井工具系统等较大功耗的井下随钻仪器和工具系统，它们的功率消耗一般在百瓦至数百瓦的范围；常规小功率井下泥浆发电机因其拖动能力所限，不能驱动较大功耗的井下随钻仪器、随钻工具系统工作；另外，上述井下随钻仪器、工具系统又受到井眼尺寸和钻具尺寸的限制，只能携带数量有限的高能锂电池组，不能支持较大功耗的井下随钻仪器和工具系统长时间工作，不能完成一个钻头的钻进周期，只能被迫提前起钻，由此反复钻进和提钻，在经济和时间上造成了极大的浪费，工作效率低，十分影响井下工程进度。

发明内容

本发明提供了一种涡轮驱动型井下泥浆发电机，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决常规小功率井下泥浆发电机及采用锂电池组，提供的电流小，驱动力不足，不能支持较大功耗的井下随钻仪器和工具系统长时间工作，从而导致工作效率低，影响井下工程进度的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种涡轮驱动型井下泥浆发电机，包括筒体、电机线圈定子、电源管理装置、电机磁性转子、连接轴、耦合电磁装置、导流旋转涡轮、导流定轮和打捞头；在筒体的上端和下端分别固定安装有上接头和下接头，在筒体内固定安装有电机线圈定子，在下接头的下端通过螺纹固定连接有电源管理装置并与电机线圈定子通过导线电连接在一起；在电机线圈定子内套装有能转动的电机磁性转子；在电机磁性转子内固定安装有连接轴；在上接头的上端安装有耦合电磁装置，连接轴的上端穿过上接头与耦合电磁装置安装在一起；耦合电磁装置的上端安装有连接定位管，在耦合电磁装置与连接定位管的外侧间隔安装有导流筒并形成导流空腔，导流筒外径大于筒体的外径；在上接头上部外侧固定连接有与导流筒外径相对应的上接头悬挂筒，与上接头悬挂筒对应的上接头上圆周分布有至少两个与导流筒内部相通的过流通道；与耦合电磁装置对应的导流空腔下部内安装有能转动的导流旋转涡轮，导流旋转涡轮的外侧固定安装有旋转叶片；在连接定位管外侧固定安装有导流定轮并位于导流空腔上部内，在导流定轮的外侧固定安装有与旋转叶片螺旋方向相反的导向螺旋叶片，导向螺旋叶片与旋转叶片的外径与导流筒的内径相对应；在连接定位管的内部上侧通过螺纹固定连接有打捞头。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述电机线圈定子与下接头之间安装有扶正套筒，在扶正套筒上有用于将导线引出的导线引孔；连接轴的下端与扶正套筒之间通过电机下轴承连接在一起；在连接轴的上部与上接头的下端之间通过电机上轴承连接在一起。

上述耦合电磁装置包括耦合外磁筒和耦合内磁筒；在上接头与连接定位管之间通过螺纹固定连接有耦合抗压管，在耦合抗压管的外侧套装有耦合外磁筒，在耦合外磁筒的外侧固定连接有至少两个导流旋转涡轮；在耦合抗压管的内侧套装有耦合内磁筒并与连接轴固定连接在一起；耦合外磁筒的下端与上接头之间通过下泥浆轴承连接在一起；耦合外磁筒的上端与导流定轮通过上泥浆轴承连接在一起；在耦合外磁筒的外侧固定安装有至少两个导流旋转涡轮。

上述电源管理装置的外侧固定连接有扶正器。

上述导流筒的上方的连接定位管上安装有固定筒，固定筒的下端坐于导流筒的顶部并与导流定轮通过固定销连接在一起；在打捞头的上部有打捞头外凸台，打捞头外凸台的下端坐于固定筒顶部；在打捞头外凸台外侧的固定筒上圆周分布有至少两个能使导流筒的内部与外界相通的过流孔。

上述固定筒上圆周均布有八个弧形的过流孔。

上述筒体的下端内侧与下接头的上部外侧通过螺纹固定连接在一起；筒体的上端内侧与上接头的下部外侧通过螺纹固定连接在一起。

上述电源管理装置与下接头的下部外侧之间固定安装有密封圈；下接头的上部外侧与筒体的下部内侧之间固定安装有密封圈；上接头的下部外侧和筒体的上部内侧之间固定安装有密封圈；上接头的上部内侧与耦合抗压管的下部外侧之间固定安装有密封圈；耦合抗压管上部内侧与连接定位管的下部外侧之间固定安装有密封圈；导流定轮的下部内侧与连接定位管之间分别固定安装有密封圈；打捞头与连接定位管的内部上侧之间固定安装有密封圈。

本发明结构合理而紧凑，使用方便；通过调节涡轮叶片参数和过流面积的大小来调整导流旋转涡轮的转速，从而起到调节输出电流大小的作用；用来满足和支持较大功耗的井下随钻仪器和工具系统长时间工作，实用性强，应用范围广。

附图说明

附图1为本发明上部的主视剖视结构示意图。

附图2为本发明下部的主视剖视结构示意图。

附图3为附图1的俯视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为筒体，2为上接头，3为下接头， 4为电机线圈定子，5为电源管理装，6为导线，7为电机磁性转子，8为连接轴，9为连接定位管，10为导流旋转涡轮，11为导流定轮，12为打捞头，13为扶正套筒，14为电机下轴承，15为导线引孔，16为电机上轴承，17为上接头悬挂筒，18为导流筒，19为固定筒，20为过流通道，21为耦合抗压管，22为耦合外磁筒，23为耦合内磁筒，24为下泥浆轴承，25为上泥浆轴承，26为扶正器，27为固定销，28为密封圈，29为导向螺旋叶片，30为旋转叶片，31为过流孔，32为打捞头外凸台。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如附图1、2所示，该涡轮驱动型井下泥浆发电机包括筒体1、电机线圈定子4、电源管理装置5、电机磁性转子7、连接轴8、耦合电磁装置、导流旋转涡轮10、导流定轮11和打捞头12；在筒体1的上端和下端分别固定安装有上接头2和下接头3，在筒体1内固定安装有电机线圈定子4，在下接头3的下端通过螺纹固定连接有电源管理装置5并与电机线圈定子4通过导线6电连接在一起；在电机线圈定子4内套装有能转动的电机磁性转子7；在电机磁性转子7内固定安装有连接轴8；在上接头2的上端安装有耦合电磁装置，连接轴8的上端穿过上接头2与耦合电磁装置安装在一起；耦合电磁装置的上端安装有连接定位管9，在耦合电磁装置与连接定位管9的外侧间隔安装有导流筒18并形成导流空腔，导流筒18外径大于筒体1的外径；在上接头2上部外侧固定连接有与导流筒18外径相对应的上接头悬挂筒17，与上接头悬挂筒17对应的上接头3上圆周分布有至少两个与导流筒18内部相通的过流通道20；与耦合电磁装置对应的导流空腔下部内安装有能转动的导流旋转涡轮10，导流旋转涡轮10的外侧固定安装有旋转叶片30；在连接定位管9外侧固定安装有导流定轮11并位于导流空腔上部内，在导流定轮11的外侧固定安装有与旋转叶片30螺旋方向相反的导向螺旋叶片29，导向螺旋叶片29与旋转叶片30的外径与导流筒18的内径相对应；在连接定位管9的内部上侧通过螺纹固定连接有打捞头12。通过导流定轮11，使进入固定筒19内的泥浆流体沿着导向螺旋叶片29形成的螺旋通道高速旋转，泥浆冲出通道时，带有较大的冲力和旋转惯性，从而推动导流旋转涡轮10转动，依次带动耦合电磁装置、连接轴8和电机磁性转子7转动，电机磁性转子7在电机线圈定子4内转动，使电机线圈定子4切割磁力线产生电流，从而起到为井下设备提供电能的作用；在使用过程中，通过调节导流旋转涡轮10或导流定轮11的参数、过流面积的大小来调整导流旋转涡轮10的转速，从而调节输出电流的大小，具有一定的可调性，实用性强；同时过流通道20对从导流筒18流出的泥浆起到整流的作用，从而防止旋转的泥浆使发明的外壁磨损。

可根据实际需要，对上述涡轮驱动型井下泥浆发电机作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，在电机线圈定子4与下接头3之间安装有扶正套筒13，在扶正套筒13上有用于将导线6引出的导线引孔15；连接轴8的下端与扶正套筒13之间通过电机下轴承14连接在一起；在连接轴8的上部与上接头2的下端之间通过电机上轴承16连接在一起。连接轴8在旋转过程中，由于电机磁性转子7与耦合电磁装置之间的跨度较大，容易造成连接轴8产生弯曲或偏心的情况，通过电机下轴承14和电机上轴承16分别与扶正套筒13和下接头3连接，对连接轴8起到中心扶正的作用。

如附图1、2所示，耦合电磁装置包括耦合外磁筒22和耦合内磁筒23；在上接头2与连接定位管9之间通过螺纹固定连接有耦合抗压管21，在耦合抗压管21的外侧套装有耦合外磁筒22，在耦合外磁筒22的外侧固定连接有至少两个导流旋转涡轮10；在耦合抗压管21的内侧套装有耦合内磁筒23并与连接轴8固定连接在一起；耦合外磁筒22的下端与上接头2之间通过下泥浆轴承24连接在一起；耦合外磁筒22的上端与导流定轮11通过上泥浆轴承25连接在一起；在耦合外磁筒22的外侧固定安装有至少两个导流旋转涡轮10。在耦合外磁筒22和耦合内磁筒23之间有磁力，通过外侧的耦合外磁筒22旋转可有效的带动耦合内磁筒23旋转；这样的连接形式，可以使耦合内磁筒23与连接轴8等元件受到耦合抗压管21的保护不受泥浆的侵蚀，使整个发电过程不受影响。

如附图2所示，在电源管理装置5的外侧固定连接有扶正器26。扶正器26对本发明的整体起到扶正的作用。

如附图1、3所示，在导流筒18的上方的连接定位管9上安装有固定筒19，固定筒19的下端坐于导流筒的顶部并与导流定轮11通过固定销27连接在一起；在打捞头12的上部有打捞头外凸台32，打捞头外凸台32的下端坐于固定筒19顶部；在打捞头外凸台32外侧的固定筒19上圆周分布有至少两个能使导流筒18的内部与外界相通的过流孔31。过流孔31起到对进入导流筒18的泥浆流体起到整流的作用。

如附图3所示，在固定筒19上圆周均布有八个弧形的过流孔。

如附图1、2所示，筒体1的下端内侧与下接头3的上部外侧通过螺纹固定连接在一起；筒体1的上端内侧与上接头2的下部外侧通过螺纹固定连接在一起。便于筒体1与上接头2之间的安装与拆卸，以及筒体1与下接头3之间的安装与拆卸。

如附图1、2所示，电源管理装置5与下接头3的下部外侧之间固定安装有密封圈28；下接头3的上部外侧与筒体1的下部内侧之间固定安装有密封圈28；上接头2的下部外侧和筒体1的上部内侧之间固定安装有密封圈28；上接头2的上部内侧与耦合抗压管21的下部外侧之间固定安装有密封圈28；耦合抗压管21上部内侧与连接定位管9的下部外侧之间固定安装有密封圈28；导流定轮11的下部内侧与连接定位管9之间分别固定安装有密封圈28；打捞头12与连接定位管9的内部上侧之间固定安装有密封圈28。密封圈28起到增加接触面之间的密封性的作用。

以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

本发明最佳实施例的使用过程：首先，将本发明置于井中，泥浆流体由上至下从导流孔31进入导流空腔内，再通过导流定轮11与导流筒18形成的螺旋通道而旋转下降，泥浆流体在导流空腔内从导流定轮11旋转过渡到导流旋转涡轮10上，导流旋转涡轮10则随流动的泥浆流体转动，从而带动耦合外磁筒22转动，又通过磁力耦合使耦合内磁筒23转动，并使连接轴8旋转带动电机磁性转子7旋转，电机线圈定子4切割磁力线发出电流。

Claims

1.一种涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于包括筒体、电机线圈定子、电源管理装置、电机磁性转子、连接轴、耦合电磁装置、导流旋转涡轮、导流定轮和打捞头；在筒体的上端和下端分别固定安装有上接头和下接头，在筒体内固定安装有电机线圈定子，在下接头的下端通过螺纹固定连接有电源管理装置并与电机线圈定子通过导线电连接在一起；在电机线圈定子内套装有能转动的电机磁性转子；在电机磁性转子内固定安装有连接轴；在上接头的上端安装有耦合电磁装置，连接轴的上端穿过上接头与耦合电磁装置安装在一起；耦合电磁装置的上端安装有连接定位管，在耦合电磁装置与连接定位管的外侧间隔安装有导流筒并形成导流空腔，导流筒外径大于筒体的外径；在上接头上部外侧固定连接有与导流筒外径相对应的上接头悬挂筒，与上接头悬挂筒对应的上接头上圆周分布有至少两个与导流筒内部相通的过流通道；与耦合电磁装置对应的导流空腔下部内安装有能转动的导流旋转涡轮，导流旋转涡轮的外侧固定安装有旋转叶片；在连接定位管外侧固定安装有导流定轮并位于导流空腔上部内，在导流定轮的外侧固定安装有与旋转叶片螺旋方向相反的导向螺旋叶片，导向螺旋叶片与旋转叶片的外径与导流筒的内径相对应；在连接定位管的内部上侧通过螺纹固定连接有打捞头。

2.根据权利要求1所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于电机线圈定子与下接头之间安装有扶正套筒，在扶正套筒上有用于将导线引出的导线引孔；连接轴的下端与扶正套筒之间通过电机下轴承连接在一起；在连接轴的上部与上接头的下端之间通过电机上轴承连接在一起。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于耦合电磁装置包括耦合外磁筒和耦合内磁筒；在上接头与连接定位管之间通过螺纹固定连接有耦合抗压管，在耦合抗压管的外侧套装有耦合外磁筒，在耦合外磁筒的外侧固定连接有至少两个导流旋转涡轮；在耦合抗压管的内侧套装有耦合内磁筒并与连接轴固定连接在一起；耦合外磁筒的下端与上接头之间通过下泥浆轴承连接在一起；耦合外磁筒的上端与导流定轮通过上泥浆轴承连接在一起；在耦合外磁筒的外侧固定安装有至少两个导流旋转涡轮。

4.根据权利要求1或2所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于电源管理装置的外侧固定连接有扶正器。

5.根据权利要求3所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于电源管理装置的外侧固定连接有扶正器。

6.根据权利要求1或2所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于导流筒的上方的连接定位管上安装有固定筒，固定筒的下端坐于导流筒的顶部并与导流定轮通过固定销连接在一起；在打捞头的上部有打捞头外凸台，打捞头外凸台的下端坐于固定筒顶部；在打捞头外凸台外侧的固定筒上圆周分布有至少两个能使导流筒的内部与外界相通的过流孔。

7.根据权利要求5所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于导流筒的上方的连接定位管上安装有固定筒，固定筒的下端坐于导流筒的顶部并与导流定轮通过固定销连接在一起；在打捞头的上部有打捞头外凸台，打捞头外凸台的下端坐于固定筒顶部；在打捞头外凸台外侧的固定筒上圆周分布有至少两个能使导流筒的内部与外界相通的过流孔。

8.根据权利要求7所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于固定筒上圆周均布有八个弧形的过流孔。

9.根据权利要求8所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于筒体的下端内侧与下接头的上部外侧通过螺纹固定连接在一起；筒体的上端内侧与上接头的下部外侧通过螺纹固定连接在一起。

10.根据权利要求9所述的涡轮驱动型井下泥浆发电机，其特征在于电源管理装置与下接头的下部外侧之间固定安装有密封圈；下接头的上部外侧与筒体的下部内侧之间固定安装有密封圈；上接头的下部外侧和筒体的上部内侧之间固定安装有密封圈；上接头的上部内侧与耦合抗压管的下部外侧之间固定安装有密封圈；耦合抗压管上部内侧与连接定位管的下部外侧之间固定安装有密封圈；导流定轮的下部内侧与连接定位管之间分别固定安装有密封圈；打捞头与连接定位管的内部上侧之间固定安装有密封圈。