CN109681368B - 一种注水井投球式井下发电装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种注水井投球式井下发电装置及方法，其中装置包括主腔体、发电机组，所述主腔体内部设置有注水通道和偏心式发电机腔体，所述发电机组位于偏心式发电机腔体中，所述偏心式发电机腔体上端通过独立的通道连通至主腔体注水通道上端口的上方，所述偏心式发电机腔体靠近底部位置开设径向的出水孔连通至注水通道。所述主腔体上端连接上接头，上接头也分别开设主通道和侧流通道，主通道连通下方的主腔体内的注水通道，主通道内设置能够承接可溶球的球座，所述偏心式发电机腔体上端的独立的通道即为上述侧流通道。本发明可以为井下智能注水工具提供长期而稳定的电力补充。

Description

一种注水井投球式井下发电装置及方法
技术领域
本发明涉及油田注水开发技术领域，具体地说是一种注水井投球式井下发电装置及方法。
背景技术
在油田注水开发领域，分层注水已经成为提高注水开发效果的主要手段，分层注水技术发展先后经历了四个阶段，第一阶段为固定式分层注水技术，水嘴固定，注水量不可调配；第二阶段为活动式分层注水技术，活动式水嘴，可通过多次投捞水嘴的方式进行测试调配；第三阶段为测调一体化式分层注水技术，水嘴内置在配水器中，仅需下入一趟测调仪器即可在井下完成各层测试调配工作，该技术也是目前各大油田主要应用和推广的技术；第四阶段为无线智能分层注水技术，通过井下智能配水器实现井下实时无线测调，免去了井下投捞测试调配等繁琐而复杂的工作量，实现了井下实时监测和动态调配，目前该技术尚处于研究开发及小规模试验阶段。
无线智能分层注水技术无论是井下实时监测调配还是数据无线传输都需要长期稳定的供电系统。采用自带电池供电，受井下空间尺寸的限制，电池体积和电池容量都比较小，对井下电路系统低功耗设计提出更高要求；其次，电池供电状态下，井下实时监测、智能调配和数据采集实时传送，会产生持续较高的能耗，将会极大影响电池的使用寿命；井下供电电池为一次性消耗品，无法循环充电利用，频繁更换电池则意味着巨大的作业、生产成本。目前，蓄能电池已经非常成熟，且利用水力发电技术相对比较成熟，油田注水井有流体的稳定注入具备发电动力的来源，因此可以通过注水井井下自发电技术，给无线智能分层注水提供长期而稳定的电力保障。
经过检索，申请号：200810114632.5，公开日2012-01-11公开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。
虽然公开了一些井下发电装置，但是与本发明相同技术方案的公开文献没有发现，而且本发明所要解决的多个技术问题，检索到的公开文献也都无法解决。同时上述公开文献对本发明也不具有技术启示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注水井投球式井下发电装置及方法，可以为井下智能注水工具提供长期而稳定的电力补充。既满足了井下发电需求，又减少了发电机组不必要的损耗，延长了发电机组的寿命。装置内有注水通道，可满足大多数测试仪器的通过，不会影响注水井的正常生产测试。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种注水井投球式井下发电装置，包括主腔体、发电机组，所述主腔体内部设置有注水通道和偏心式发电机腔体，所述发电机组位于偏心式发电机腔体中，所述偏心式发电机腔体上端通过独立的通道连通至主腔体注水通道上端口的上方，所述偏心式发电机腔体靠近底部位置开设径向的出水孔连通至注水通道。
所述主腔体上端连接上接头，上接头也分别开设主通道和侧流通道，主通道连通下方的主腔体内的注水通道，主通道内设置能够承接可溶球的球座，所述偏心式发电机腔体上端的独立的通道即为上述侧流通道。
所述侧流通道上端通过上接头开设径向的进水孔连通主通道，所述进水孔位置高于可溶球上端点。
所述发电机组下端圆周外壁与偏心式发电机腔体内壁之间设置密封圈。
所述主腔体下端连接下接头。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种注水井活动式井下发电方法，当需要发电时，向注水井筒中投下可溶球，球落到球座上，堵住注水通道，此时注入流体全部流入安装有井下发电机的侧流通道，然后进入偏心式发电机腔体，发电机组开始工作，将流体动能转换成电能，给井下蓄能电池充电，流体流过发电机组后从下端出水孔又重新流入到注水通道；发电机工作一段时间后，可溶球溶解变小从球座脱出，中心通道重新开放，侧流通道中经过的流体不足以让发电机工作，停止发电；如还需发电，则继续投入可溶球即可。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明为注水井井下供电提供了一整套完整的解决方案，为井下工具提供了长期而稳定的电力保障。
2、本发明的发电方法及装置可提供可控的发电方式，既满足了井下发电需求，又减少了发电机组不必要的损耗，延长了发电机组的寿命。
3、本发明装置内有注水通道，可满足大多数测试仪器的通过，不会影响注水井的正常生产测试。
4、本发明采用独立的发电机组设置，发电机可随意拆卸、安装、更换，也可以多个串联使用，满足不同发电功率的需求。
5、本发明装置结构简单紧凑，受井筒尺寸限制影响小，工作性能可靠，安装简单，使用方便。
附图说明
图1为本发明一种注水井投球式井下发电装置的结构示意图。
图中：上接头1、可溶球2、球座3、主腔体4、注水通道5、出水孔6、下接头7、进水孔8、侧流通道9、偏心式发电机腔体10、发电机组11、密封圈12、电机堵头13。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅为参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
根据图1，一种注水井投球式井下发电装置，包括主腔体4、发电机组11，所述主腔体内部设置有注水通道5和偏心式发电机腔体10，所述发电机组位于偏心式发电机腔体中，所述偏心式发电机腔体上端通过独立的通道连通至主腔体注水通道上端口的上方，所述偏心式发电机腔体靠近底部位置开设径向的出水孔6连通至注水通道。
所述主腔体上端连接上接头1，上接头也分别开设主通道和侧流通道5，主通道连通下方的主腔体内的注水通道，主通道内设置能够承接可溶球2的球座3，所述偏心式发电机腔体上端的独立的通道即为上述侧流通道。所述主腔体下端连接下接头7。
所述侧流通道上端通过上接头开设径向的进水孔8连通主通道，所述进水孔位置高于可溶球上端点。
所述发电机组下端圆周外壁与偏心式发电机腔体内壁之间设置密封圈12。
上接头1，上端与油管连接，下端与主腔体4连接，内部有球座3，可溶球2坐在球座3上，一侧侧壁有进水孔8和侧流通道9；主腔体4包括注水通道5和偏心式发电机腔体10，中间夹壁下端有出水孔6，发电机组11在偏心式发电机腔体10内，下端有密封圈12进行密封，底部有电机堵头13，用于引出电缆；主体腔4与下接头7连接，下接头7连接油管。
上、下接头与主腔体通过螺纹连接；上接头内有球座，一侧侧壁有进水孔和过流通道，此通道为发电机发电来水通道；主腔体主要包括注水通道和偏心式发电机腔体，两者为垂直并列式一体结构，两者中间夹壁下端有出水孔，联通注水通道和发电机腔体；发电机组在发电机腔体内部，通过发电机下端螺纹和密封圈与腔体连接并密封；发电机本身独立可拆卸，可根据不同发电功率的需求，串联多个发电机安装在腔体内。
发电时，从井口投入可溶球2，落在球座3上，堵住注水通道5，此时注入流体从进水孔8进入侧流通道9，在流体力的作用下，发电机组11开始工作，将流体动能转换成电能，给电池充电，流体流过发电机组11后从下端出水孔6又重新流入到注水通道5。当可溶球2溶解后，注水通道5重新开放，侧流通道9几乎形成“短路”状态，注入流体基本全部通过注水通道5流过，发电机组11停止工作，从而达到保护发电组的目的，如还需发电，继续投入可溶球2即可。
发电机组11为独立结构，可随意拆卸、安装、更换，也可以多个串联使用，满足不同发电功率的需求。注水通道5，可满足大多数测试仪器的通过，不会影响注水井的正常生产测试。发电机组11作为本领域内的常规水利发电机，为现有技术，直接应用即可。
总之，一种投可溶球式注水井井下发电方法提供了可控的发电方式，既满足了井下发电需求，为井下工具提供了长期而稳定的电力保障，又减少了发电机组不必要的损耗，延长了发电机组的寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。

Claims (2)

1.一种注水井投球式井下发电装置，包括主腔体、发电机组，其特征在于，所述主腔体内部设置有注水通道和偏心式发电机腔体，所述发电机组位于偏心式发电机腔体中，所述偏心式发电机腔体上端通过独立的通道连通至主腔体注水通道上端口的上方，所述偏心式发电机腔体靠近底部位置开设径向的出水孔连通至注水通道；
所述主腔体上端连接上接头，上接头也分别开设主通道和侧流通道，主通道连通下方的主腔体内的注水通道，主通道内设置能够承接可溶球的球座，所述偏心式发电机腔体上端的独立的通道即为上述侧流通道；所述侧流通道上端通过上接头开设径向的进水孔连通主通道，所述进水孔位置高于可溶球上端点；发电机工作一段时间后，可溶球溶解变小从球座脱出，注水通道重新开放，侧流通道中经过的流体不足以让发电机工作，停止发电；如还需发电，则继续投入可溶球即可；所述发电机组下端圆周外壁与偏心式发电机腔体内壁之间设置密封圈；所述主腔体下端连接下接头。
2.应用权利要求1所述注水井投球式井下发电装置的发电方法，其特征在于，当需要发电时，向注水井筒中投下可溶球，球落到球座上，堵住注水通道，此时注入流体全部流入安装有井下发电机的侧流通道，然后进入偏心式发电机腔体，发电机组开始工作，将流体动能转换成电能，给井下蓄能电池充电，流体流过发电机组后从下端出水孔又重新流入到注水通道；发电机工作一段时间后，可溶球溶解变小从球座脱出，注水通道重新开放，侧流通道中经过的流体不足以让发电机工作，停止发电；如还需发电，则继续投入可溶球即可。
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