CN117627625A - 直井测斜仪的井下供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井下作业技术领域，是一种直井测斜仪的井下供电装置，其包括本体短节、芯轴本体、测量模块、控制模块、电源模块和发电模块，本体短节内限位安装有芯轴本体，芯轴本体上设有若干个上下贯通的过流孔，芯轴本体内设有封闭的安装腔，安装腔内设有能够测量井斜参数的测量模块，安装腔内设有控制模块、电源模块和发电模块。本发明结构合理而紧凑，使用方便，钻井液通过芯轴本体上的过流孔向下流动，钻井液在芯轴本体的底端驱动水轮机转动实现动力输入并使发电机进行发电，将产生的电能储存于电源模块中，电源模块向测量模块和控制模块等部件进行供电，具有稳定、高效和快速的特点。

Description

直井测斜仪的井下供电装置

技术领域

本发明涉及井下作业技术领域，是一种直井测斜仪的井下供电装置。

背景技术

石油工业经过多年发展，相关钻完井技术迅速进步。然而，随着浅层油气资源的枯竭，当前的油气钻采逐步转向深部地层。随着地层深度地增加，岩石强度增大、可钻性变差，井眼轨迹变得更加难于控制。在深井超深井的钻进过程中，工程师们使用越来越多的井下测量装置用于获取实时的井下数据。由于井深大，起下钻需要耗费大量的时间以及人力物力成本。因此，井下测量装置的发展也朝着随钻测量方向快速发展，例如随钻直井测斜仪和随钻电阻率测量系统等。

井下仪器的工作均通过井下供电装置来驱动，例如锂电池。然而，受井下设备尺寸的影响，这些供电装置的供电能力或续航能力有限。若测量系统中的电器元件频繁启停，则续航时间更短。当由于供电设备能力不足时，则需要起下钻来完成对电力的补充，这样则将影响钻井效率。当所钻深部地层还涉及高温高压等复杂环境时，更换供电装置的操作就更加复杂。因此，针对现有井下直井测斜仪的供电能力不足的问题，需要设计新型供电装置，用于不同钻井工艺方案的配套选择。

公告号为CN 213391966 U的中国专利文献公开了一种带有发电功能的动力钻具，其特征是：包括旁通阀、马达、万向轴、径向轴承、整流电路、发电机、推力轴承、传动轴、输电线路，所述马达的一端连接旁通阀，另一端连接万向轴，万向轴的另一端通过径向轴承、整流电路连接到发电机，发电机的另一端依次连接推力轴承和传动轴；所述旁通阀设置在马达的端部，下钻时，井眼中的钻井液由旁通阀引入钻杆柱内，减小下钻过程的阻力，平衡钻杆内外液柱压力；起钻时，钻井液由钻杆柱内经旁通阀的侧阀孔流入环空，不致使钻井液溢于井台；钻具工作时，高压钻井液流经旁通阀，把压力能转换为机械能；所述马达由马达壳体、马达转子、定子橡胶组成，马达转子是一根左旋螺杆，定子橡胶是一根内衬橡胶的钢管，定子橡胶的内孔呈螺旋形，马达转子安装在定子橡胶内孔，在具有压力能的液体作用下，迫使马达转子在定子橡胶中作连续运动；所述万向轴包括万向轴壳体外壳、万向轴壳体衬层，将马达的偏心运动变换为传动轴的定轴旋转，同时传递扭矩给传动轴，以达到钻井的目的；所述发电机由发电机定子、发电机转子、发电机密封外壳组成，作为一个独立单元串接动力钻具中，发电机转子主要由导电的转子绕组、导磁的铁芯组成，与传动轴连接，发电机定子的外壁与发电机密封外壳连接，发电机密封外壳起到隔离泥浆、保护发电机和整流电路的作用，发电机的冷却是靠流动的泥浆来实现的；所述整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路，安装在发电机密封外壳内，分别与发电机与输电线路连接，自发电机的电刷引出的交流电经过整流后进入输电线路，输电线路沿动力钻具壳体传输到动力钻具与井下仪器的接头处。该带有发电功能的动力钻具存在如下技术缺陷：（1）在发电机密封外壳失效后，发电机与钻井液直接接触，从而大量减少发电的稳定性和使用寿命；（2）用于驱动马达转子的流量过小。

公告号为CN 108425637 A的中国专利文献公开了一种井下发电钻杆，其特征在于：包括锂电池、发电钻杆和普通钻杆，锂电池与发电钻杆之间丝扣连接、发电钻杆与普通钻杆间丝扣连接；所述的发电钻杆由外管、温差发电元件、内管、上连通导线和下连通导线组成，温差发电元件沿内管及外管间的间隙的轴向及周向均匀排列，各温差发电元件之间串联或并联或串并混联，温差发电元件的上下端分别 与上连通导线和下连通导线连接；发电钻杆的电源与锂电池电连接，发电钻杆向锂电池供电，锂电池向井下装置供电。该多级分离式水泥浆堵漏工具存在如下技术缺陷：（1）发电效率低；（2）锂电池耐高温性差，输出电功率较小的问题。

发明内容

本发明提供了一种直井测斜仪的井下供电装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有井下供电装置续航能力有限和无法自供电的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种直井测斜仪的井下供电装置包括本体短节、芯轴本体、测量模块、控制模块、电源模块和发电模块，本体短节内限位安装有芯轴本体，芯轴本体上设有若干个上下贯通的过流孔，芯轴本体内设有封闭的安装腔，安装腔内设有能够测量井斜参数的测量模块，安装腔内设有控制模块、电源模块和发电模块，发电模块包括能将水能转换为机械能的水轮机和能将机械能转换为电能的发电机，水轮机外端位于过流孔下方，发电机与电源模块连接，测量模块和电源模块均与控制模块连接。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述芯轴本体可包括过流短节、扶正短节、上端盖和下端盖，芯轴本体中部设有上下贯通的安装孔，过流短节下端内侧与扶正短节上端外侧固定安装在一起，过流短节上端内侧固定安装有上端盖，扶正短节下端内侧固定安装有下端盖；本体短节上部内侧设有限位环槽，过流短节上端外侧设有过流环台，过流环台下侧座于限位环槽内，过流环台上侧沿圆周间隔设有至少两个过流孔，过流环台上部内侧设有安装环台，安装环台中部设有呈T字形的支撑孔，支撑孔内设有测量模块；扶正短节内由上至下依次设有控制模块、电源模块和发电模块，扶正短节下部外侧沿圆周间隔设有至少两个扶正块。

上述控制模块可包括电路骨架、安装耳块、电路板、信号传感器、信号处理器和通电开关，电路骨架呈圆柱形，电路骨架中部前后两侧均设有安装平槽，安装平槽内固定安装有电路板，电路板上设有信号传感器、信号处理器和通电开关，电路骨架上端设有第一电线绕孔，第一电线绕孔下端能与安装平槽上端连通，电路骨架下端设有第二电线绕孔，第二电线绕孔上端能与安装平槽下端连通；对应第二电线绕孔外侧位置的电路骨架下端左右间隔设有两个安装耳块。

上述电源模块可为蓄电池，蓄电池上端通过固定螺栓固定安装于两个安装耳块之间。

上述发电模块还可包括定位块，定位块中部设有上下贯通的轴向通孔，定位块外侧设有若干个能与轴向通孔连通的径向通孔，径向通孔内端内侧设有定位环台，对应径向通孔位置的芯轴本体外侧均设有定位孔，径向通孔内设有发电机，定位孔内设有外端位于芯轴本体外的水轮机，水轮机的内端与发电机连接。

上述定位块左端外侧可上下间隔设有两个径向通孔，定位块右端外侧上下间隔设有两个径向通孔。

上述过流短节下端内侧可与扶正短节上端外侧通过螺纹连接固定安装在一起，过流短节上端内侧通过螺纹连接固定安装有上端盖，扶正短节下端内侧通过螺纹连接固定安装有下端盖。

上述上端盖上侧中央可设有六方孔，下端盖下侧中央设有六方孔。

上述过流环台上侧可沿圆周间隔均布有四个过流孔，每个过流孔均呈弧状环形。

上述扶正短节下部外侧可沿圆周间隔均布有四个扶正块，每个扶正块均呈内宽外窄的等腰梯形。

本发明结构合理而紧凑，使用方便，钻井液通过芯轴本体上的过流孔向下流动，钻井液在芯轴本体的底端驱动水轮机转动实现动力输入并使发电机进行发电，将产生的电能储存于电源模块中，电源模块向测量模块和控制模块等部件进行供电；测量模块引出的电力线穿过第一电线绕孔与电路板连接，电路板引出的电力线穿过第二电线绕孔与电源模块连接，具有稳定、高效和快速的特点。

附图说明

附图1为本发明实施例1至10的主视剖视结构示意图。

附图2为附图1中过流短节的立体结构示意图。

附图3为附图1中电路骨架的立体结构示意图。

附图4为附图1中扶正短节的立体结构示意图。

附图5为附图1中定位块的立体剖视结构示意图。

附图6为附图1中发电模块的立体结构示意图。

附图中的编码分别为：1为本体短节，2为过流孔，3为安装腔，4为水轮机，5为发电机，6为过流短节，7为扶正短节，8为上端盖，9为下端盖，10为过流环台，11为安装环台，12为支撑孔，13为测量模块，14为电源模块，15为扶正块，16为电路骨架，17为安装耳块，18为电路板，19为安装平槽，20为第一电线绕孔，21为第二电线绕孔，22为定位块，23为轴向通孔，24为径向通孔，25为定位环台，26为定位孔。

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：前、后、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：

实施例1：如附图1、2、3、4、5、6所示，该直井测斜仪的井下供电装置包括本体短节1、芯轴本体、测量模块13、控制模块、电源模块14和发电模块，本体短节1内限位安装有芯轴本体，芯轴本体上设有若干个上下贯通的过流孔2，芯轴本体内设有封闭的安装腔3，安装腔3内设有能够测量井斜参数的测量模块13，安装腔3内设有控制模块、电源模块14和发电模块，发电模块包括能将水能转换为机械能的水轮机4和能将机械能转换为电能的发电机5，水轮机4外端位于过流孔2下方，发电机5与电源模块14连接，测量模块13和电源模块14均与控制模块连接。

在使用过程中，钻柱的钻压和扭矩经钻铤传至本体短节1，经本体短节1后传至本实施例下方所连接的井下工具，钻井液循环时，钻井液通过芯轴本体上的过流孔2向下流动，钻井液在芯轴本体的底端驱动水轮机4转动实现动力输入并使发电机5进行发电，将产生的电能储存于电源模块14中，电源模块14向测量模块13和控制模块等部件进行供电；当关闭泥浆泵暂停泥浆循环进行测斜时，发电模块无法被钻井液驱动发电，此时则无法实现向电源模块14储存电能，但测量模块13和控制模块等部件所需电量仍可由电源模块14提供。根据需求，发电模块可为涡轮直流发电机5，其可包括涡轮叶片、传动轴、电机外壳、电枢、磁极对、整流器和碳刷，所述涡轮叶片在钻井液的驱动下转动并驱动传动轴转动，进一步带动电枢转动，转动的电枢中的线圈切割磁极对产生的磁感线并产生感应电流，交流的感应电流经整流器处理后转化为直流电供给电源模块14。

可根据实际需要，对上述直井测斜仪的井下供电装置作进一步优化或/和改进：

实施例2：如附图1、2、4所示，芯轴本体包括过流短节6、扶正短节7、上端盖8和下端盖9，芯轴本体中部设有上下贯通的安装孔，过流短节6下端内侧与扶正短节7上端外侧固定安装在一起，过流短节6上端内侧固定安装有上端盖8，扶正短节7下端内侧固定安装有下端盖9；本体短节1上部内侧设有限位环槽，过流短节6上端外侧设有过流环台10，过流环台10下侧座于限位环槽内，过流环台10上侧沿圆周间隔设有至少两个过流孔2，过流环台10上部内侧设有安装环台11，安装环台11中部设有呈T字形的支撑孔12，支撑孔12内设有测量模块13；扶正短节7内由上至下依次设有控制模块、电源模块14和发电模块，扶正短节7下部外侧沿圆周间隔设有至少两个扶正块15。在使用过程中，通过这样的设置，避免安装腔3内各部件与钻井液直接接触；另外，还能使安装腔3内各部件的安装位置合理紧凑，避免本实施例受到井下设备尺寸的影响。

实施例3：如附图1、3所示，控制模块包括电路骨架16、安装耳块17、电路板18、信号传感器、信号处理器和通电开关，电路骨架16呈圆柱形，电路骨架16中部前后两侧均设有安装平槽19，安装平槽19内固定安装有电路板18，电路板18上设有信号传感器、信号处理器和通电开关，电路骨架16上端设有第一电线绕孔20，第一电线绕孔20下端能与安装平槽19上端连通，电路骨架16下端设有第二电线绕孔21，第二电线绕孔21上端能与安装平槽19下端连通；对应第二电线绕孔21外侧位置的电路骨架16下端左右间隔设有两个安装耳块17。在使用过程中，测量模块13引出的电力线穿过第一电线绕孔20与电路板18连接，电路板18引出的电力线穿过第二电线绕孔21与电源模块14连接，安装于电路骨架16上的电路板18上设有信号传感器、信号处理器、通电开关等元件，基于所接收信号控制电路的打开与关闭。

实施例4：如附图1、3所示，电源模块14为蓄电池，蓄电池上端通过固定螺栓固定安装于两个安装耳块17之间。在使用过程中，通过这样的设置，使蓄电池用于储电和供电，并且能够有效替代锂电池供电，解决了锂电池耐高温性差，输出电功率较小，操作不当时可能爆炸的问题。

实施例5：如附图1、5、6所示，发电模块还包括定位块22，定位块22中部设有上下贯通的轴向通孔23，定位块22外侧设有若干个能与轴向通孔23连通的径向通孔24，径向通孔24内端内侧设有定位环台25，对应径向通孔24位置的芯轴本体外侧均设有定位孔26，径向通孔24内设有发电机5，定位孔26内设有外端位于芯轴本体外的水轮机4，水轮机4的内端与发电机5连接。在使用过程中，通过这样的设置，更好的安装每个水轮机4和发电机5，避免其产生位置干涉。

实施例6：如附图1、5所示，定位块22左端外侧上下间隔设有两个径向通孔24，定位块22右端外侧上下间隔设有两个径向通孔24。在使用过程中，通过这样的设置，更好的实现水力发电。

实施例7：如附图1所示，过流短节6下端内侧与扶正短节7上端外侧通过螺纹连接固定安装在一起，过流短节6上端内侧通过螺纹连接固定安装有上端盖8，扶正短节7下端内侧通过螺纹连接固定安装有下端盖9。在使用过程中，通过这样的设置，便于芯轴本体各部件间的安装与拆卸。

实施例8：如附图1所示，上端盖8上侧中央设有六方孔，下端盖9下侧中央设有六方孔。在使用过程中，通过这样的设置，便于装卸上端盖8和下端盖9。

实施例9：如附图1、2所示，过流环台10上侧沿圆周间隔均布有四个过流孔2，每个过流孔2均呈弧状环形。在使用过程中，通过这样的设置，使本实施例具有更好的流通性。

实施例10：如附图1、4所示，扶正短节7下部外侧沿圆周间隔均布有四个扶正块15，每个扶正块15均呈内宽外窄的等腰梯形。在使用过程中，通过这样的设置，实现本实例更好的扶正效果。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，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。

Claims (10)

1.一种直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于包括本体短节、芯轴本体、测量模块、控制模块、电源模块和发电模块，本体短节内限位安装有芯轴本体，芯轴本体上设有若干个上下贯通的过流孔，芯轴本体内设有封闭的安装腔，安装腔内设有能够测量井斜参数的测量模块，安装腔内设有控制模块、电源模块和发电模块，发电模块包括能将水能转换为机械能的水轮机和能将机械能转换为电能的发电机，水轮机外端位于过流孔下方，发电机与电源模块连接，测量模块和电源模块均与控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于芯轴本体包括过流短节、扶正短节、上端盖和下端盖，芯轴本体中部设有上下贯通的安装孔，过流短节下端内侧与扶正短节上端外侧固定安装在一起，过流短节上端内侧固定安装有上端盖，扶正短节下端内侧固定安装有下端盖；本体短节上部内侧设有限位环槽，过流短节上端外侧设有过流环台，过流环台下侧座于限位环槽内，过流环台上侧沿圆周间隔设有至少两个过流孔，过流环台上部内侧设有安装环台，安装环台中部设有呈T字形的支撑孔，支撑孔内设有测量模块；扶正短节内由上至下依次设有控制模块、电源模块和发电模块，扶正短节下部外侧沿圆周间隔设有至少两个扶正块。

3.根据权利要求2所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于控制模块包括电路骨架、安装耳块、电路板、信号传感器、信号处理器和通电开关，电路骨架呈圆柱形，电路骨架中部前后两侧均设有安装平槽，安装平槽内固定安装有电路板，电路板上设有信号传感器、信号处理器和通电开关，电路骨架上端设有第一电线绕孔，第一电线绕孔下端能与安装平槽上端连通，电路骨架下端设有第二电线绕孔，第二电线绕孔上端能与安装平槽下端连通；对应第二电线绕孔外侧位置的电路骨架下端左右间隔设有两个安装耳块。

4.根据权利要求3所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于电源模块为蓄电池，蓄电池上端通过固定螺栓固定安装于两个安装耳块之间。

5.根据权利要求2或3所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于发电模块还包括定位块，定位块中部设有上下贯通的轴向通孔，定位块外侧设有若干个能与轴向通孔连通的径向通孔，径向通孔内端内侧设有定位环台，对应径向通孔位置的芯轴本体外侧均设有定位孔，径向通孔内设有发电机，定位孔内设有外端位于芯轴本体外的水轮机，水轮机的内端与发电机连接。

6.根据权利要求4所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于发电模块还包括定位块，定位块中部设有上下贯通的轴向通孔，定位块外侧设有若干个能与轴向通孔连通的径向通孔，径向通孔内端内侧设有定位环台，对应径向通孔位置的芯轴本体外侧均设有定位孔，径向通孔内设有发电机，定位孔内设有外端位于芯轴本体外的水轮机，水轮机的内端与发电机连接。

7.根据权利要求5所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于定位块左端外侧上下间隔设有两个径向通孔，定位块右端外侧上下间隔设有两个径向通孔。

8.根据权利要求6所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于定位块左端外侧上下间隔设有两个径向通孔，定位块右端外侧上下间隔设有两个径向通孔。

9.根据权利要求2或3或4或6或7或8所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于过流短节下端内侧与扶正短节上端外侧通过螺纹连接固定安装在一起，过流短节上端内侧通过螺纹连接固定安装有上端盖，扶正短节下端内侧通过螺纹连接固定安装有下端盖；或/和，上端盖上侧中央设有六方孔，下端盖下侧中央设有六方孔；或/和，过流环台上侧沿圆周间隔均布有四个过流孔，每个过流孔均呈弧状环形；或/和，扶正短节下部外侧沿圆周间隔均布有四个扶正块，每个扶正块均呈内宽外窄的等腰梯形。

10.根据权利要求5所述的直井测斜仪的井下供电装置，其特征在于过流短节下端内侧与扶正短节上端外侧通过螺纹连接固定安装在一起，过流短节上端内侧通过螺纹连接固定安装有上端盖，扶正短节下端内侧通过螺纹连接固定安装有下端盖；或/和，上端盖上侧中央设有六方孔，下端盖下侧中央设有六方孔；或/和，过流环台上侧沿圆周间隔均布有四个过流孔，每个过流孔均呈弧状环形；或/和，扶正短节下部外侧沿圆周间隔均布有四个扶正块，每个扶正块均呈内宽外窄的等腰梯形。