CN106911178B - 一种基于井下压差的封闭自发电充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于井下压差的封闭自发电充电装置，其包括：密封壳体、充电单元及储电单元；密封壳体包弹性密封套管及充气室；弹性密封套管设置在充气室上部开口处，在抽油杆的上、下冲程中，弹性密封套管承受不同压力，其体积随着压力改变而变化；充电单元包括齿条杆、齿轮传动模块及发电模块；齿条杆一端穿过充气室上部开口与弹性密封套管顶部内侧壁固定连接，另一端与齿轮传动模块啮合；弹性密封套管体积变化时带动齿轮条做直线运动，齿轮条在做直线运动时带动齿轮传动模块做旋转运动，齿轮传动模块与发电模块连接，齿轮传动模块做旋转运动时驱动发电模块发电；储电单元与所述发电模块连接，用于储电。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种基于井下压差的封闭自发电充电装置。
背景技术
在油田开发生产过程中，通过井下测试仪器对井筒内的温度、压力、流量、动液面、载荷等各类参数信息进行实时采集非常重要，是油井动态分析、生产调整的重要依据。
目前现场普遍使用带电缆的有线测试技术，利用电缆将测试设备放入井中，但是电缆和油套管之间会发生摩擦、作业过中电缆容易发生卡断等现象，导致测量失效，特别在斜井、水平井中尤为明显，且有线测试存在生产成本高、作业工作量大等问题。
无线测试技术是近年来发展的方向，井下传感器发射和接收信号，利用声波作为传输介质，实现井下测试和控制。但是，井下电源是其关键技术，目前使用的井下电池寿命短、续航能力差，是无线测试技术发展的瓶颈。
发明内容
抽油机井生产过程中井下的压力并非恒定不变，而是随着抽油机上下冲程呈周期性的变化。本发明利用井下压力的变化产生的能量，给出了一种基于井下压差的自发电充电封闭装置，为井下各类测试、传输装置提供动力来源。
本发明实施例提供了一种基于井下压差的封闭自发电充电装置，所述装置包括：密封壳体、充电单元及储电单元；其中，
所述密封壳体包括体积可压缩的弹性密封套管及体积不可压缩的充气室；所述弹性密封套管设置在所述充气室的上部开口处，在抽油杆向下的冲程中，所述弹性密封套管被压缩，其中的气体被压缩至充气室内，在抽油杆向上的冲程中，所述弹性密封套管在充气室内气体压力的作用下恢复原状；
所述充电单元包括齿条杆、齿轮传动模块及发电模块；所述齿条杆的一端穿过所述充气室的上部开口与所述弹性密封套管的顶部内侧壁固定连接，另一端与所述齿轮传动模块啮合；所述齿轮传动模块及发电模块设置在所述充气室中；
所述弹性密封套管体积变化时带动所述齿轮条做直线运动，所述齿轮条在做直线运动时带动所述齿轮传动模块做旋转运动，所述齿轮传动模块与发电模块连接，齿轮传动模块做旋转运动时驱动发电模块发电；
所述储电单元与所述发电模块连接，用于存储发电模块所发的电。
利用本发明实施例提供的一种井下自发电充电封闭装置，可将抽油机井井下压力的周期性变化能转化为电能并存储起来，为井下测试、传输仪器提供持续稳定的电源，解决目前井下电池续航能力差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于井下压差的封闭自发电充电装置的正面结构示意图；
图2为本发明实施例基于井下压差的封闭自发电充电装置的侧面结构示意图；
图3为本发明实施例的发电模块25的俯视图；
图4为图3的A-A剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例基于井下压差的封闭自发电充电装置的正面结构示意图，如图1所示，该封闭自发电充电装置主要包括一密封壳体1、一充电单元2及一储电单元3。其中，密封壳体1包括弹性密封套管11和充气室12，弹性密封套管11根据承受的井下压力不同，带动充电单元2中的齿条杆21上下运动来对储电单元3进行充电。
其中，弹性密封套管11的体积可压缩，充气室12的体积不可压缩，弹性密封套管11设置在充气室12的上部开口处，在抽油杆(图中未示出)向下的冲程中，弹性密封套管11被压缩，其中的气体被压缩至充气室12内，在抽油杆向上的冲程中，弹性密封套管11又在充气室12内气体压力的作用下恢复原状。在一个实施例中，上述的弹性密封套管11的材质为橡胶。
如图2所示的封闭自发电充电装置的侧面结构示意图，充电单元2包括齿条杆21、齿轮传动模块及发电模块25。齿条杆21的一端穿过充气室12的上部开口与弹性密封套管11的顶部内侧壁固定连接，另一端与齿轮传动模块啮合，齿轮传动模块及发电模块25均设置在充气室12中。弹性密封套管11体积变化时带动齿轮条21做直线运动，齿轮条21在做直线运动时带动齿轮传动模块做旋转运动，齿轮传动模块与发电模块25连接，齿轮传动模块做旋转运动时驱动发电模块25发电。储电单元3与发电模块25连接，用于存储发电模块25所发的电。
本发明实施例利用油机井井下压力的周期性变化使弹性密封套管11周期性膨胀和压缩，驱动齿轮做旋转运动带动发电模块25发电，所有这些模块都在一个密闭装置中。利用本发明实施例，可补充无缆监测、传输装置的供电电池所消耗的电能，从而延长井下测试装置的工作时间，减少因更换电池所造成的停产及施工费用。
其中，齿轮传动模块包括第一齿轮22、第二齿轮23及第三齿轮24，第一齿轮22与齿条杆11啮合，用于将齿轮条11的直线运动转化为旋转运动，第二齿轮23同轴设置于第一齿轮22的一侧，并与第三齿轮24啮合，用于驱动第三齿轮24转动，第三齿轮24用于驱动发电模块25发电。在一个实施例中，第一齿轮22的直径、第三齿轮24的直径均小于第二齿轮23的直径。
在一个实施例中，发电模块25的俯视图如图3所示，A-A剖面如图4所示，结合图3和图4可知，该发电模块25主要包括三角齿251、三角齿盘252、磁钢件253、线圈254及矽钢片255。其中，三角齿251与第三齿轮24同轴连接(参见图2)，可随第三齿轮24转动而转动。三角齿盘252与三角齿251啮合，在三角齿251带动下转动。磁钢件253固定设置于三角齿盘252上，在三角齿盘252带动下做圆周运动。线圈254固定于矽钢片255上并与磁钢件253相对设置，且与储电单元3连接。当三角齿251做圆周运动时，带动磁钢件253做圆周运动，使线圈254切割矽钢片255与磁钢件253形成的磁力线发电，然后输送到储电单元3。
在一个实施例中，矽钢片255与磁钢件253相对设置。
其中，上述的储电单元3为电池或电容，可进行反复充放电，为用电设备提供电能。
具体应用时，可以将本发明实施例的井下自发电充电封闭装置安装在泵上端抽油杆上，抽油机工作时，抽油杆周期性上下运动，井下压力也周期性改变，在井下压力作用下弹性密封套管11膨胀或被压缩，带动封闭装置内的齿轮条21做直线运动，齿轮条21驱动齿轮做旋转运动，切割线圈254和矽钢片255的磁力线发电，然后存储到储电单元3中，其中储电单元3与井下测试仪器、传输装置等无缆用电设备连接，为它们提供电能。
本发明实施例适用于需要进行无缆测试的机械采油井，为测试仪器、设备提供电能。由于本发明实施例解决了带缆有线测试技术和无线测试技术的缺点，具有广泛的应用前景。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种基于井下压差的封闭自发电充电装置，其特征在于，所述装置包括：密封壳体、充电单元及储电单元；其中，
所述密封壳体包括体积可压缩的弹性密封套管及体积不可压缩的充气室；所述弹性密封套管设置在所述充气室的上部开口处，在抽油杆向下的冲程中，所述弹性密封套管被压缩，其中的气体被压缩至充气室内，在抽油杆向上的冲程中，所述弹性密封套管在充气室内气体压力的作用下恢复原状；
所述充电单元包括齿条杆、齿轮传动模块及发电模块；所述齿条杆的一端穿过所述充气室的上部开口与所述弹性密封套管的顶部内侧壁固定连接，另一端与所述齿轮传动模块啮合；所述齿轮传动模块及发电模块设置在所述充气室中；
所述弹性密封套管体积变化时带动所述齿条杆做直线运动，所述齿条杆在做直线运动时带动所述齿轮传动模块做旋转运动，所述齿轮传动模块与发电模块连接，齿轮传动模块做旋转运动时驱动发电模块发电；
所述储电单元与所述发电模块连接，用于存储发电模块所发的电；所述储电单元还与井下无缆用电设备连接，用于为所述无缆用电设备提供电能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述齿轮传动模块包括：第一齿轮、第二齿轮及第三齿轮；
所述第一齿轮与齿条杆啮合，用于将所述齿轮条的直线运动转化为旋转运动；
所述第二齿轮同轴设置于第一齿轮的一侧，并与所述第三齿轮啮合，用于驱动第三齿轮转动；
所述第三齿轮用于驱动所述发电模块发电。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述发电模块包括：三角齿、三角齿盘、磁钢件、线圈及矽钢片；其中，
所述三角齿与所述第三齿轮同轴连接，随所述第三齿轮转动而转动；
所述三角齿盘与所述三角齿啮合；
所述磁钢件固定设置于三角齿盘上；所述线圈固定于所述矽钢片上并与所述磁钢件相对设置，且与所述储电单元连接；当所述三角齿做圆周运动时，带动磁钢件做圆周运动，以使所述线圈切割所述矽钢片与所述磁钢件形成的磁力线发电。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述储电单元为可反复充放电的电池或电容。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性密封套管的材质为橡胶。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一齿轮的直径、第三齿轮的直径均小于第二齿轮的直径。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述矽钢片与磁钢件相对设置。
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