一种基于TENG球形发电机的可变径扶正器制造技术

本发明专利技术公开了属于油气井工程技术领域的一种基于TENG球形发电机的可变径扶正器。此可变径扶正器的扶正条与扶正器管连接，弧形扣扣装于扶正条上，并采用第一螺栓进行紧固；束缚钢丝绳依次穿过每个弧形扣将扶正条束缚收紧；TENG激发器包括锁扣组件、TENG球形发电机组件、箱体、PLC控制板和电源，且TENG激发器通过束缚钢丝绳固定在扶正组件相邻两个扶正条的中间；其中，箱体的上方区域安装锁扣组件、PLC控制板和电源，下方区域安装TENG球形发电机组件。本发明专利技术可以有效地实现对固井作业中套管柱的扶正居中，具有扶正器下入阻力小、激活方式简单、准确率高的特点。准确率高的特点。准确率高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TENG球形发电机的可变径扶正器


[0001]本专利技术涉及油气井工程
，尤其涉及一种基于TENG球形发电机的可变径扶正器。

技术介绍

[0002]在石油开采工程中，固井是其关键环节之一，套管柱系统的居中度直接影响到后续环节固井质量的好坏，而扶正器就能够保证套管在下入井内时的居中程度。工程师们通过使用扶正器可以使得套管周围的环控间隙均匀和水泥浆在灌注时套管四周的流动速度均匀，从而提高固井顶替效率和固井质量。因此，设计一款性能优异的扶正器，可以有效减少扶正器下放困难的问题，使套管相对居中，提高水泥浆的凝固效果。
[0003]扶正器的工作原理都是通过刚性和弹性支撑使套管远离油气井的井壁并向井的中心位置靠近，从而保证套管在井中时刻处于居中位置。人们基于上述的扶正器工作原理，通过改变扶正器中的扶正条的支撑开始时间和支撑方式，设计了各种各样的扶正器。就目前而言，扶正器大致分为三种：常规弹性扶正器、常规刚性扶正器和特殊扶正器。常规弹性扶正器由套箍和弓形弹簧片组成，其主要特点是可变形，容易在复杂或者井口较小的环境中使用。但是由于该种扶正器在入井时就已经开始支撑，所以为了避免常规弹性扶正器损坏就限制工人在下套管时不能使套管转动。常规刚性扶正器是由扶正器缸体和刚性扶正条组成的，其主要特点是强度高、不易损坏，主要在油气井的井壁较硬的井眼中使用。但是该种扶正器也是由于其在入井时就已经开始支撑的缘故使其同时具有下入阻力大、难以在复杂或者小井眼的环境中使用的缺点。而特殊扶正器则是在下完套管后，通过液压、信号等方式使得扶正器开始工作，该种扶正器由于性能较好目前被广泛应用。
[0004]因此，本专利技术通过把TENG发电技术和特殊扶正器相结合，设计了一种通过TENG发电机所发的电信号激活扶正器并使其开始工作的可变径扶正器。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种基于TENG球形发电机的可变径扶正器，其特征在于，所述可变径扶正器包括扶正组件和TENG激发器；
[0006]所述扶正组件包括扶正器管、扶正条、第一螺栓、弧形扣和束缚钢丝绳；其中，扶正条与扶正器管连接，弧形扣扣装于扶正条上，并采用第一螺栓进行紧固；束缚钢丝绳依次穿过每个弧形扣将扶正条束缚收紧；
[0007]所述TENG激发器包括锁扣组件、TENG球形发电机组件、箱体、PLC控制板和电源，且TENG激发器通过束缚钢丝绳固定在扶正组件相邻两个扶正条的中间；其中，箱体的上方区域安装锁扣组件、PLC控制板和电源，下方区域安装TENG球形发电机组件。
[0008]所述锁扣组件包括丝杆电机、第二螺栓、缸体连接螺栓、锁扣上部缸体、锁扣中部缸体、锁扣下部缸体、套筒、连接螺母、弹簧和方形丝杆螺母；
[0009]其中，丝杆电机上的方形丝杆螺母通过第二螺栓与套筒连接，套筒依次穿过锁扣
中部缸体上的通孔和束缚钢丝绳头部的连接环与锁扣下部缸体连接；锁扣上部缸体开有与方形丝杆螺母的圆柱形底端相同直径的孔，以便方形丝杆螺母带动套筒沿丝杆做上下行直线运动；锁扣下部缸体为空腔结构且两侧开有缸体缺口以释放连接环；锁扣上部缸体与锁扣中部缸体之间安装有弹簧，弹簧的一端与套筒相配合，另一端与锁扣中部缸体相配合；缸体连接螺栓和连接螺母将锁扣上部缸体、锁扣中部缸体、锁扣下部缸体依次连接在一起。
[0010]所述TENG球形发电机组件包括叶轮壳、轴承、密封圈和TENG球形发电机；其中，轴承设有法兰以阻止泥沙进入叶轮壳，叶轮壳的外部壳体上的扇叶和球壳内壁上沿轴向凸起的横条热熔固定于球壳上；叶轮壳的两端设置带有叶轮壳导线孔的叶轮壳圆柱凸台。
[0011]所述TENG球形发电机由铝电极、聚酰亚胺薄膜、尼龙小球和电机外壳组成；两个彼此独立的铝电极贴附在TENG球形发电机的球壳内壁上，聚酰亚胺薄膜贴附在铝电极上；对应铝电极于电机外壳上设置电机外壳导线孔和电机圆柱凸台；TENG球形发电机悬离于叶轮壳的内壁且静置于两根相邻的横条上。
[0012]所述箱体下方区域设有箱体圆柱凸台和S形导流槽，箱体圆柱凸台上依次安装轴承和密封圈，且密封圈安装在凹槽处；箱体的侧面设有释放束缚钢丝绳的箱体缺口，且箱体圆柱凸台的中间设置箱体导线孔；箱体的上方区域设置槽格来放置电源，PLC控制板通过螺钉固定在槽格凸台上；电机挡板、锁扣挡板与槽格内壁之间设置挡板密封槽；箱体的上方区域还设有箱盖，且两者之间采用螺钉连接，槽格的顶端与箱盖紧密贴合，箱盖两边与箱体两侧均设置防水凹槽且在箱体四周铺设密封条。
[0013]所述箱体圆柱凸台为阶梯型，其小直径的一段与轴承的内孔径配合，大直径的一段连接箱体且与轴承的法兰面配合。
[0014]叶轮壳导线孔的孔径与电机外壳导线孔的孔径相同；空心孔的孔径与轴承的外径相同。
[0015]一种基于TENG球形发电机的可变径扶正器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0016]步骤1：将可变径扶正器装配到套管柱上，随套管柱系统下放至井下预设位置；
[0017]步骤2：在向油气井内注水泥浆前，先进行3次预注水泥浆且每次注水泥浆的时间为30秒；
[0018]步骤3：在进行步骤2的过程中，叶轮壳在流动水泥浆的带动下开始旋转，进而横条带动TENG球形发电机震动，尼龙小球与聚酰亚胺薄膜相互摩擦产生电子转移，使得TENG球形发电机开始发电；
[0019]步骤4：当TENG球形发电机在三次发电过程中发出的电量经PLC控制板中的电流检测计检测出均大于设定值时，PLC控制板开始控制电源向丝杆电机供电，方形丝杆螺母沿着丝杆做下行直线运动；
[0020]步骤5：方形丝杆螺母和弹簧带动套筒下行，释放束缚钢丝绳，进而撑开扶正条后扶正器开始工作以扶正套管柱。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]本专利技术基于TENG球形发电机的可变径扶正器可以有效地实现对固井作业中套管柱的扶正居中，具有扶正器下入阻力小、激活方式简单、准确率高，且结构简单、成本低，提高了可变径扶正器在井下打开的成功率。
附图说明
[0023]图1是基于TENG球形发电机的可变径扶正器的结构示意图。
[0024]图2是TENG激发器的结构示意图。
[0025]图3是扶正组件的结构示意图。
[0026]图4是锁扣组件的结构示意图。
[0027]图5是方形丝杆螺母的结构示意图。
[0028]图6是TENG球形发电机组件的整体外观示意图。
[0029]图7是TENG球形发电机组件的结构示意图。
[0030]图8是箱体的结构示意图。
[0031]图9是箱体的轴测图。
[0032]图10是箱盖的结构示意图。
[0033]图中：1
‑
扶正组件，2
‑
TENG激发器；
[0034]11
‑
扶正器管，12
‑
扶正条，13
‑
第一螺栓，14
‑
弧形扣，15...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TENG球形发电机的可变径扶正器，其特征在于，所述可变径扶正器包括扶正组件(1)和TENG激发器(2)；所述扶正组件(1)包括扶正器管(11)、扶正条(12)、第一螺栓(13)、弧形扣(14)和束缚钢丝绳(15)；其中，扶正条(12)与扶正器管(11)连接，弧形扣(14)扣装于扶正条(12)上，并采用第一螺栓(13)进行紧固；束缚钢丝绳(15)依次穿过每个弧形扣(14)将扶正条(12)束缚收紧；所述TENG激发器(2)包括锁扣组件(21)、TENG球形发电机组件(22)、箱体(23)、PLC控制板(24)和电源(25)，且TENG激发器(2)通过束缚钢丝绳(15)固定在扶正组件(1)相邻两个扶正条(12)的中间；其中，箱体(23)的上方区域安装锁扣组件(21)、PLC控制板(24)和电源(25)，下方区域安装TENG球形发电机组件(22)。2.根据权利要求1所述基于TENG球形发电机的可变径扶正器，其特征在于，所述锁扣组件(21)包括丝杆电机(2101)、第二螺栓(2102)、缸体连接螺栓(2103)、锁扣上部缸体(2104)、锁扣中部缸体(2105)、锁扣下部缸体(2106)、套筒(2107)、连接螺母(2108)、弹簧(2109)和方形丝杆螺母(2110)；其中，丝杆电机(2101)上的方形丝杆螺母(2110)通过第二螺栓(2102)与套筒(2107)连接，套筒(2107)依次穿过锁扣中部缸体(2105)上的通孔(21051)和束缚钢丝绳(15)头部的连接环(151)与锁扣下部缸体(2106)连接；锁扣上部缸体(2104)开有与方形丝杆螺母(2110)的圆柱形底端相同直径的孔，以便方形丝杆螺母(2110)带动套筒(2107)沿丝杆做上下行直线运动；锁扣下部缸体(2106)为空腔结构且两侧开有缸体缺口(21061)以释放连接环(151)；锁扣上部缸体(2104)与锁扣中部缸体(2105)之间安装有弹簧(2109)，弹簧(2109)的一端与套筒(2107)相配合，另一端与锁扣中部缸体(2105)相配合；缸体连接螺栓(2103)和连接螺母(2108)将锁扣上部缸体(2104)、锁扣中部缸体(2105)、锁扣下部缸体(2106)依次连接在一起。3.根据权利要求1所述基于TENG球形发电机的可变径扶正器，其特征在于，所述TENG球形发电机组件(22)包括叶轮壳(221)、轴承(222)、密封圈(223)和TENG球形发电机(224)；其中，轴承(222)设有法兰以阻止泥沙进入叶轮壳(221)，叶轮壳(221)的外部壳体上的扇叶(2215)和球壳内壁上沿轴向凸起的横条(2212)热熔固定于球壳上；叶轮壳(221)的两端设置带有叶轮壳导线孔(2214)的叶轮壳圆柱凸台(2213)。4.根据权利要求3所述基于TENG球形发电机的可变径扶正器，其特征在于，所述TENG球形发电机(224)由铝电极(2241)、聚酰亚胺薄膜(2242)、尼龙小球(2243)和电机外壳(2244)...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹宜勇，崔明轩，齐林山，龚振，王立琰，王岩，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：