一种随钻测量井下供电装置与方法制造方法及图纸

技术编号：41195419 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-07 22:24

本发明专利技术公开了一种随钻测量井下供电装置与方法，包括钻铤短节、上密封盖、骨架体、随钻测量短节、电池、压动单元、齿轮直流发电机、发电单元壳体、电力线和下密封盖；当钻井液循环时，钻井液的压力作用于压动单元中的压动圆盘，压动圆盘在钻井液的压力作用下带动压动销钉和芯轴同步向下滑动，芯轴凸块推动旋转棘轮体同步向下滑动，直至旋转棘轮辅助滑面与固定棘轮辅助滑面接触并产生周向旋转使钻井液流道面积变小，当钻井液的压力小于上弹簧和下弹簧的恢复力时，压动销钉和旋转棘轮体分别在上弹簧和下弹簧的作用下上移，同时芯轴向上滑动，芯轴传动齿带动电机齿轮旋转使得齿轮直流发电机产生电流；本装置可以实现对随钻测量仪的井下供电。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种井下电力装置与方法，具体是一种随钻测量井下供电装置与方法，属于机械工程或钻井工程。

技术介绍

1、随着浅层油气的不断开发，油气钻采不断向深部地层迈进。受深层油气赋存状态以及地层特性的影响，定向井和水平井不断增加。在这些复杂井眼的钻进过程中，钻头处的钻进状态对井眼轨迹的形成以及最终是否能钻达目的层至关重要。近年来，随钻测量技术快速发展，已成为深井超深井和复杂结构井钻进过程中必不可少的技术。随钻测量可以提供准确、实时和可视化的钻井参数和地层信息，从而帮助优化钻井过程并降低风险。

2、最初的随钻测量技术通过机械结构对井下信息进行测量，井下信号以泥浆脉冲形式传至地面。近年来，具有随钻测量和存储等功能的井下测量仪器快速发展，为准确掌握地层参数和钻进信息提供重要保障。毫无疑问，为保证井下电子测量元件的正常持续工作，需要电力来维持。现有随钻测量技术普遍采用在井下仪器置入电池并使仪器在低功耗状态工作的形式，在仪器工作一段时间后便通过起下钻对电池进行转换。然而，钻井现场的起下钻作业不仅耗时，而且会增加作业成本。此外，频繁的起下钻还可能对井筒的安全性产生影响。若能实现井下供电，则可增长随钻测量仪的工作时间，提高钻井效率、降低生产成本和作业工作量。基于这一背景，设计一种针对随钻测量的井下供电装置。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于：提出一种随钻测量井下供电装置与方法，其目的在于通过电磁感应原理，实现在钻井过程中进行发电，并为随钻测量仪的电池提供电量，增加随钻测量仪的工作时间。

2、本专利技术采用的技术方案是：

3、一种随钻测量井下供电装置，包括钻铤短节、上密封盖、骨架体、随钻测量短节、电池、压动单元、齿轮直流发电机、发电单元壳体、电力线和下密封盖，其特征在于，所述钻铤短节的上下两端分别与上部钻柱和下部钻柱连接，所述骨架体放置于钻铤短节内壁的台阶上，所述随钻测量短节和电池均固定于骨架体内，所述发电单元壳体固定于骨架体且发电单元壳体的轴线与骨架体的轴线垂直，所述压动单元固定于发电单元壳体且压动单元的轴线与发电单元壳体的轴线垂直，所述齿轮直流发电机固定于发电单元壳体内且两者轴线平行，所述压动单元直接与齿轮直流发电机连接，所述电力线的两端分别连接齿轮直流发电机和电池，所述上密封盖和下密封盖分别安装于骨架体两端。

4、进一步的，钻进过程中由地面传递的动力通过钻柱传递至所述钻铤短节后传至下部钻具，所述随钻测量短节用于测量井下温度、压力、井斜角等信号，所述电池用于为随钻测量短节供电。

5、所述骨架体上设有骨架体扇板、骨架体支撑面、随钻测量短节安装槽、电池安装槽和发电单元壳体安装孔，所述骨架体扇板为多个且沿骨架体周向均匀分布，骨架体扇板间形成骨架体扇形流道；所述发电单元壳体安装孔为设置于骨架体本体上的径向通孔。

6、进一步的，所述骨架体为随钻测量短节、电池、压动单元、齿轮直流发电机和发电单元壳体提供支撑。

7、所述压动单元包括芯轴、转子、压动销钉、压动圆盘、上弹簧、定子、固定棘轮体、旋转棘轮体和下弹簧；所述芯轴包括销钉盲孔、芯轴凸块和芯轴传动齿，所述芯轴凸块的下方设有凸块压面；所述转子上设有转子扇板和销钉安装孔，所述转子扇板为多个且沿转子周向均匀分布，转子扇板间形成转子扇形流道；所述压动圆盘上设有销钉通孔；所述定子上设有定子扇板、定子连接螺纹、销钉滑动槽、定子端部滑面、定子滑槽和上弹簧安装槽，所述定子扇板、销钉滑动槽、定子端部滑面、定子滑槽和上弹簧安装槽均为多个且沿定子周向均匀分布，定子扇板间形成定子扇形流道；所述固定棘轮体上设有固定棘轮体下通孔和固定棘轮，所述固定棘轮包括均匀间隔分布的固定棘轮辅助滑面和固定棘轮止滑面；所述旋转棘轮体上设有旋转棘轮和凸楞，所述旋转棘轮包括均匀间隔分布的旋转棘轮辅助滑面和旋转棘轮止滑面，所述凸楞上端设有凸楞滑面；所述固定棘轮体的上端与定子连接螺纹连接；所述转子的下端与旋转棘轮体的上端通过螺纹连接；所述压动销钉依次穿过销钉安装孔、销钉通孔和销钉滑动槽并插入销钉盲孔，压动销钉使压动圆盘与芯轴同步上下移动；所述上弹簧的上下两端分别作用于压动销钉和上弹簧安装槽的下端面；所述下弹簧的两端分别作用于旋转棘轮体的下端和固定棘轮体内部下端面；所述芯轴穿过定子、旋转棘轮体和固定棘轮体上的固定棘轮体下通孔。

8、进一步的，所述压动单元的作用在于通过钻井液的间断流动，使流经转子扇形流道和定子扇形流道的钻井液驱动压动圆盘由压动销钉带动芯轴移动，转子扇形流道和定子扇形流道周期性地错开与连通，芯轴周期性的上下移动。

9、所述齿轮直流发电机固定于发电单元壳体内，齿轮直流发电机上设有电机齿轮、传动轴、电机外壳、电枢、磁极对、碳刷和整流器；所述电机齿轮与芯轴传动齿啮合。

10、进一步的，所述芯轴传动齿与电机齿轮配合，芯轴带动电枢切割磁极对产生的磁感线进行发电并输送至电池内；所述电枢、磁极对、碳刷和整流器均固定于电机外壳内部。

11、所述发电单元壳体呈圆筒状且设有压动单元安装孔和齿轮直流发电机安装孔，所述压动单元安装孔的轴线与发电单元壳体的轴线垂直且相交，所述齿轮直流发电机安装孔的轴线与发电单元壳体的轴线平行但不重合。

12、进一步的，所述发电单元壳体安装在骨架体本体上的径向通孔后，流体无法从径向通孔流入骨架体内。

13、当钻井液未循环时，压动销钉在上弹簧的预紧力作用下位于销钉滑动槽上端，压动圆盘和芯轴处于初始状态，芯轴凸块位于定子滑槽上端，旋转棘轮体在下弹簧的预紧力作用下也处于初始状态，此时凸楞位于定子滑槽内，转子位于定子内部上方且转子扇板与定子扇板对齐，此时转子扇形流道与定子扇形流道之间的流道面积最大；当钻井液循环时，钻井液通过骨架体扇形流道、定子扇形流道和转子扇形流道，钻井液产生的压力大于上弹簧和下弹簧的预紧力并推动压动圆盘沿轴线向下滑动，同时压动销钉在销钉滑动槽内向下滑动并带动芯轴同步向下滑动，芯轴上的芯轴凸块沿定子滑槽向下滑动并推动凸楞同步向下滑动，同时旋转棘轮体压缩下弹簧并向下滑动，当旋转棘轮体向下滑动一段距离后，凸楞滑出定子滑槽，旋转棘轮体继续向下滑动直至旋转棘轮辅助滑面与固定棘轮辅助滑面接触并产生周向旋转，转子和旋转棘轮体同时旋转使得转子扇板与定子扇板错开，同时转子扇形流道与定子扇形流道之间的流道面积变小，钻井液产生的压力随之变小，当旋转棘轮止滑面将要与固定棘轮止滑面接触时，钻井液压力小于上弹簧和下弹簧的恢复力，压动销钉在上弹簧的恢复力作用下沿销钉滑动槽向上滑动并带动压动圆盘和芯轴同步向上滑动，同时旋转棘轮体在下弹簧的恢复力作用下向上滑动一定距离后，凸楞滑面与定子端部滑面接触并沿定子端部滑面继续向上滑动，最终凸楞重新进入定子滑槽，同时转子扇板与定子扇板对齐，转子扇形流道与定子扇形流道之间的流道面积也恢复至最大，使得钻井液的压力重新大于上弹簧和下弹簧的预紧力，凸楞重新沿定子滑槽向下滑动；所述芯轴往复上下运动，芯轴上的芯轴传动齿带动电机齿轮旋转使得齿轮直流发电机产生电流并通本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种随钻测量井下供电装置，包括钻铤短节(1)、上密封盖(2)、骨架体(3)、随钻测量短节(4)、电池(5)、压动单元(6)、齿轮直流发电机(7)、发电单元壳体(8)、电力线(9)和下密封盖(10)，其特征在于，所述钻铤短节(1)的上下两端分别与上部钻柱和下部钻柱连接，所述骨架体(3)放置于钻铤短节(1)内壁的台阶上，所述随钻测量短节(4)和电池(5)均固定于骨架体(3)内，所述发电单元壳体(8)固定于骨架体(3)且发电单元壳体(8)的轴线与骨架体(3)的轴线垂直，所述压动单元(6)固定于发电单元壳体(8)且压动单元(6)的轴线与发电单元壳体(8)的轴线垂直，所述齿轮直流发电机(7)固定于发电单元壳体(8)内且两者轴线平行，所述压动单元(6)直接与齿轮直流发电机(7)连接，所述电力线(9)的两端分别连接齿轮直流发电机(7)和电池(5)，所述上密封盖(2)和下密封盖(10)分别安装于骨架体(3)两端。

2.根据权利要求1所述的一种随钻测量井下供电装置，其特征在于：所述骨架体(3)上设有骨架体扇板(301)、骨架体支撑面(303)、随钻测量短节安装槽(304)、电池安装

3.根据权利要求1所述的一种随钻测量井下供电装置，其特征在于：所述压动单元(6)包括芯轴(601)、转子(602)、压动销钉(603)、压动圆盘(604)、上弹簧(605)、定子(606)、固定棘轮体(607)、旋转棘轮体(608)和下弹簧(609)；所述芯轴(601)包括销钉盲孔(601a)、芯轴凸块(601b)和芯轴传动齿(601d)，所述芯轴凸块(601b)的下方设有凸块压面(601c)；所述转子(602)上设有转子扇板(602a)和销钉安装孔(602c)，所述转子扇板(602a)为多个且沿转子(602)周向均匀分布，转子扇板(602a)间形成转子扇形流道(602b)；所述压动圆盘(604)上设有销钉通孔(604a)；所述定子(606)上设有定子扇板(606a)、定子连接螺纹(606c)、销钉滑动槽(606d)、定子端部滑面(606e)、定子滑槽(606f)和上弹簧安装槽(606g)，所述定子扇板(606a)、销钉滑动槽(606d)、定子端部滑面(606e)、定子滑槽(606f)和上弹簧安装槽(606g)均为多个且沿定子(606)周向均匀分布，定子扇板(606a)间形成定子扇形流道(606b)；所述固定棘轮体(607)上设有固定棘轮体下通孔(607a)和固定棘轮(607b)，所述固定棘轮(607b)包括均匀间隔分布的固定棘轮辅助滑面(607c)和固定棘轮止滑面(607d)；所述旋转棘轮体(608)上设有旋转棘轮(608a)和凸楞(608d)，所述旋转棘轮(608a)包括均匀间隔分布的旋转棘轮辅助滑面(608b)和旋转棘轮止滑面(608c)，所述凸楞(608d)上端设有凸楞滑面(608e)；所述固定棘轮体(607)的上端与定子连接螺纹(606c)连接；所述转子(602)的下端与旋转棘轮体(608)的上端通过螺纹连接；所述压动销钉(603)依次穿过销钉安装孔(602c)、销钉通孔(604a)和销钉滑动槽(606d)并插入销钉盲孔(601a)，压动销钉(603)使压动圆盘(604)与芯轴(601)同步上下移动；所述上弹簧(605)的上下两端分别作用于压动销钉(603)和上弹簧安装槽(606g)的下端面；所述下弹簧(609)的两端分别作用于旋转棘轮体(608)的下端和固定棘轮体(607)内部下端面；所述芯轴(601)穿过定子(606)、旋转棘轮体(608)和固定棘轮体(607)上的固定棘轮体下通孔(607a)。

4.根据权利要求1所述的一种随钻测量井下供电装置，其特征在于：所述发电单元壳体(8)呈圆筒状且设有压动单元安装孔(801)和齿轮直流发电机安装孔(802)，所述压动单元安装孔(801)的轴线与发电单元壳体(8)的轴线垂直且相交，所述齿轮直流发电机安装孔(802)的轴线与发电单元壳体(8)的轴线平行但不重合。

5.根据权利要求1所述的一种随钻测量井下供电装置与方法的方法，其特征在于，当钻井液未循环时，压动销钉(603)在上弹簧(605)的预紧力作用下位于销钉滑动槽(606d)上端，压动圆盘(604)和芯轴(601)处于初始状态，芯轴凸块(601b)位于定子滑槽(606f)上端，旋转棘轮体(608)在下弹簧(609)的预紧力作用下也处于初始状态，此时凸楞(608d)位于定子滑槽(606...

【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的一种随钻测量井下供电装置，其特征在于：所述骨架体(3)上设有骨架体扇板(301)、骨架体支撑面(303)、随钻测量短节安装槽(304)、电池安装槽(305)和发电单元壳体安装孔(306)，所述骨架体扇板(301)为多个且沿骨架体(3)周向均匀分布，骨架体扇板(301)间形成骨架体扇形流道(302)；所述发电单元壳体安装孔(306)为设置于骨架体(3)本体上的径向通孔。

【专利技术属性】
技术研发人员：汤历平，梁育鹏，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：

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