一种近钻头自供电泥浆涡轮发电机及随钻测井仪器的制作方法

本发明涉及发电机领域，尤其涉及一种近钻头自供电泥浆涡轮发电机及随钻测井仪器。

背景技术：

目前国内外油田开发难度越来也大，尤其国内主力油层均已有效开采，今后钻井趋势集中于对主力油层外围的薄油层及超薄油层的有效开采，由于传统的无线随钻测井仪器(lwd)安装在螺杆上部，测量井斜、方位的参数测点与钻头距离较远，对于此类薄油层，不能满足对钻头的实时位置定位精度，无法对油层进行有效开采；近钻头随钻测量仪器(nbm)安装在螺杆下部，直接与钻头相连，具有多参数近距离测量的优点，在现场钻井过程中，导向工程师可依据近距离测得的参数及时定位钻头与储层的相对位置，提高钻井轨迹的控制精度，从而有效提高薄油层的中靶精度；近钻头自供电泥浆涡轮发电机安装于近钻头短节水眼内，通过更换不同型号的涡轮转子就可以适应仪器用电量的变化以及钻井液流速的变化，可满足近钻头装置各模块的供电需求，使仪器可以长时间在井下连续工作，有效缩短钻井时间，降低钻井作业成本。本装置是基于以上需求而设计的一种仪器，可大大提高近钻头仪器钻井效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种近钻头自供电泥浆涡轮发电机及随钻测井仪器，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种近钻头自供电泥浆涡轮发电机，所述发电机包括

磁啮合模块；包括芯轴、套设在所述芯轴外周的内磁单元、套设在所述内侧单元外周的外磁单元以及套设在所述外磁单元外周的涡轮转子；

发电线圈模块，包括与所述芯轴相连的发电单元和套设在所述发电单元外周的定子导流器。

优选的，所述内磁单元包括套设在所述芯轴外周的芯轴框和卡合在所述芯轴框与所述外磁单元之间的多个内永磁条，所述芯轴框呈圆筒状，所述芯轴框外壁上沿其周向设置有多个第一凸柱，各所述第一凸柱沿所述芯轴框的径向向外凸出延伸，相邻两第一凸柱之间设置有一个内永磁条。

优选的，所述磁啮合模块还包括套设在所述芯轴框外周的中间套，所述中间套呈圆筒状，所述外磁单元套设在所述中间套外周，所述外磁单元包括套设在所述中间套外周的转子磁框和卡和在所述转子磁框与所述涡轮转子之间的外永磁条，所述转子磁框呈圆筒状，所述转子磁框外壁上沿其周向设置有多个第二凸柱，各所述第二凸柱沿所述转子磁框的径向向外凸出延伸，相邻两第二凸柱之间设置有一个外永磁条。

优选的，所述内永磁条和所述外永磁条均为弧形，所述内永磁条的内壁与所述芯轴框的外壁对应贴合，所述内永磁条的外壁与所述中间套的内壁对应贴合；所述外永磁条的内壁与所述转子磁框的外壁对应贴合，所述外永磁条的外壁与所述涡轮转子的内壁对应贴合。

优选的，所述第一凸柱的延伸端与所述中间套的内壁对应接触；所述第二凸柱的延伸端与所述涡轮转子的内壁对应接触；所述涡轮转子外壁沿其周向设置有多个涡轮叶片，所述涡轮叶片沿所述涡轮转子径向向外凸出延伸，所述涡轮叶片的延伸端与所述定子导流器的内壁接触固定。

优选的，所述发电单元包括与所述芯轴同轴、且沿远离所述芯轴的方向依次设置的底托、磁单元、线圈、底座和固定头，所述此单元包括磁盘和磁块，所述磁盘沿其周向设置有多个安装槽，所述安装槽在所述磁盘轴线方向上贯穿所述磁盘，所述磁块设置在所述安装槽内。

优选的，所述底托上这只有与其同轴的固定孔，所述芯轴穿过所述固定孔与所述底托固定连接；所述底托远离所述芯轴的一侧与所述磁单元固定连接；所述磁单元远离所述底托的一端与所述线圈相距一定距离。

优选的，所述线圈远离所述磁单元的一端与所述底座固定连接，所述底座远离所述线圈的一端与所述固定头固定连接。

优选的，所述发电线圈模块还包括套设在所述发电单元外周的保护套，所述保护套的外壁与所述定子导流器的内壁对应贴合。

本发明的目的还在于提供一种近钻头随钻测井仪器，所述随钻测井仪器包括近钻头短节和设置在所述近钻头短节内的测量电子模块和发射天线；所述近钻头短节内还设置有如上述权利要求1至9任一所述的近钻头自供电泥浆涡轮发电机，所述发电机的固定头与所述测量电子模块相连，所述测量电子模块与所述发射天线相连。

本发明的有益效果是：1、磁啮合模块采用可传递高磁扭矩的强永磁材料，将其成型为内永磁条和外永磁条分别镶嵌于转子磁框与芯轴框中，磁啮合采用多对磁条圆周对称分布，转子磁框在外，芯轴框在内，并留有一定的径向气隙，磁条成型为扇形，既可提高传动扭矩，又可缩短仪器轴向尺寸。2、发电线圈模块采用磁盘与线圈轴向布置，磁块与线圈并排分布，中间留有一定间隙，此种结构可有效缩短仪器径向尺寸。3、底托与芯轴之间通过传动螺母相连，避免了采用一体结构造成的同轴度加工要求过高的问题。4、磁啮合的结构避免了零件直接接触和刚性连接，有效解决了密封和磨损的问题，并且结构紧凑、工作可靠。

附图说明

图1是本发明实施例中发电机磁啮合模块的截面图；

图2是本发明实施例中发电机发电线圈模块的剖视图；

图3是本发明实施例中随钻测井仪器的结构示意图。

图中，1、芯轴；2、芯轴框；3、第一凸柱；4、内永磁条；5、中间套；6、转子磁框；7、第二凸柱；8、外永磁条；9、涡轮转子；10、涡轮叶片；11、底托；12、磁盘；13、磁块；14、线圈；15、底座；16、固定头；17、保护套；18、定子导流器；19、电机；20、近钻头短节；21、测量电子模块；22、发射天线；23、钻头；24、螺杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至2所示，本发明提供了一种近钻头自供电泥浆涡轮发电机，所述发电机19包括

磁啮合模块；包括芯轴1、套设在所述芯轴1外周的内磁单元、套设在所述内侧单元外周的外磁单元以及套设在所述外磁单元外周的涡轮转子9；

发电线圈14模块，包括与所述芯轴1相连的发电单元和套设在所述发电单元外周的定子导流器18。

本实施例中，所述内磁单元包括套设在所述芯轴1外周的芯轴框2和卡合在所述芯轴框2与所述外磁单元之间的多个内永磁条4，所述芯轴框2呈圆筒状，所述芯轴框2外壁上沿其周向设置有多个第一凸柱3，各所述第一凸柱3沿所述芯轴框2的径向向外凸出延伸，相邻两第一凸柱3之间设置有一个内永磁条4。

本实施例中，所述第一凸柱3沿其延伸方向宽度逐渐增大，所述内永磁条4可以固定安装在所述芯轴框2外周，或者是两者分别设置，使内永磁条4夹持在所述芯轴框2与所述外磁单元之间。

本实施例中，所述第一凸柱3沿所述芯轴框2外周均匀间隔设置，所述第一凸柱3的个数为4个。所述内永磁条4的弧长与两相邻第一凸柱3之间的弧长相等，令内永磁条4夹持在两相邻第一凸柱3之间。

本实施例中，所述磁啮合模块还包括套设在所述芯轴框2外周的中间套5，所述中间套5呈圆筒状，所述外磁单元套设在所述中间套5外周，所述外磁单元包括套设在所述中间套5外周的转子磁框6和卡和在所述转子磁框6与所述涡轮转子9之间的外永磁条8，所述转子磁框6呈圆筒状，所述转子磁框6外壁上沿其周向设置有多个第二凸柱7，各所述第二凸柱7沿所述转子磁框6的径向向外凸出延伸，相邻两第二凸柱7之间设置有一个外永磁条8。

本实施例中，所述第二凸柱7沿其延伸方向宽度逐渐增大，所述外磁条可以固定安装在所述转子磁框6外周，或者是两者分别设置，使外永磁条8夹持在所述转子磁框6与所述涡轮转子9之间。

本实施例中，所述第二凸柱7沿所述转子磁框6外周均匀间隔设置，所述第二凸柱7的个数为4个，所述第一凸柱3与所述第二凸柱7对应设置。所述外永磁条8的弧长与两相邻第二凸柱7之间的弧长相等，令外永磁条8夹持在两相邻第二凸柱7之间。

本实施例中，所述内永磁条4和所述外永磁条8均为弧形，所述内永磁条4的内壁与所述芯轴框2的外壁对应贴合，所述内永磁条4的外壁与所述中间套5的内壁对应贴合；所述外永磁条8的内壁与所述转子磁框6的外壁对应贴合，所述外永磁条8的外壁与所述涡轮转子9的内壁对应贴合。

本实施例中，所述第一凸柱3的延伸端与所述中间套5的内壁对应接触；所述第二凸柱7的延伸端与所述涡轮转子9的内壁对应接触；所述涡轮转子9外壁沿其周向设置有多个涡轮叶片10，所述涡轮叶片10沿所述涡轮转子9径向向外凸出延伸，所述涡轮叶片10的延伸端与所述定子导流器18的内壁接触固定。

本实施例中，所述发电单元包括与所述芯轴1同轴、且沿远离所述芯轴1的方向依次设置的底托11、磁单元、线圈14、底座15和固定头16，所述此单元包括磁盘12和磁块13，所述磁盘12沿其周向设置有多个安装槽，所述安装槽在所述磁盘12轴线方向上贯穿所述磁盘12，所述磁块13设置在所述安装槽内。

本实施例中，所述安装槽沿所述磁盘12周向均匀设置，相邻两磁盘12之间相隔的角度相同。

本实施例中，所述底托11上这只有与其同轴的固定孔，所述芯轴1穿过所述固定孔与所述底托11固定连接；所述底托11远离所述芯轴1的一侧与所述磁单元固定连接；所述磁单元远离所述底托11的一端与所述线圈14相距一定距离。

本实施例中，所述线圈14远离所述磁单元的一端与所述底座15固定连接，所述底座15远离所述线圈14的一端与所述固定头16固定连接。

本实施例中，所述发电线圈14模块还包括套设在所述发电单元外周的保护套17，所述保护套17的外壁与所述定子导流器18的内壁对应贴合。

本实施例中，本实施例中，钻井液在水眼中以一定排量流动，经过定子导流器18导流，推动涡轮转子9高速转动，涡轮转子9与转子磁框6通过销轴联结，与涡轮转子9一并转动，外永磁条8安装在转子磁框6上，内永磁条4安装在芯轴框2上，由于磁场耦合的作用，中间套5外部的转子磁框6带动内部的芯轴框2转动。

本实施例中，发电机19的工作原理是：涡轮转子9安装在转子磁框6外部，涡轮叶片10采用等速螺旋面结构，高流速的钻井液在水眼内流动时，经过定子导流器18的导流，推动涡轮转子9高速转动，通过转子磁框6与芯轴框2中内永磁体和外永磁体之间的磁啮合作用，带动芯轴1转动，进而带动磁盘12随之转动，安装在磁盘12上的磁块13切割磁力线，产生电流；涡轮转子9与定子导流器18有不同规格，可调节涡轮转子9转速，以适应泥浆排量的变化。

实施例二

如图3所示，本发明还提供了一种近钻头随钻测井仪器，所述随钻测井仪器包括近钻头短节20和设置在所述钻头短节20内的测量电子模块21和发射天线22；所述近钻头短节20内还设置有近钻头自供电泥浆涡轮发电机，所述发电机19的固定头16与所述测量电子模块21相连，所述测量电子模块21与所述发射天线22相连。

本实施例中，所述近钻头短节20中设置有水眼，发电机19安装在水眼内；所述近钻头短节20的两端分别与钻头23和螺杆24相连，所述近钻头短节20靠近所述发电机19的一端与所述钻头23相连，所述近钻头短节20靠近所述发射天线22的一端与所述螺杆24相连。

本实施例中，所述随钻测井仪器的工作过程如下：在井下工作中，钻井液驱动涡轮发电机19工作，产生电流向测量电子模块21供电，测量电子模块21将测得数据通过发射天线22传送到螺杆24上部的接受天线，再通过泥浆脉冲发生器将近钻头测井仪器测得数据传送到井上。

本实施例中，芯轴1与芯轴框2、底托11与芯轴1通过螺纹连结，固定于底托11的磁盘12随之转动，安装在磁盘12上的磁块13切割由线圈14与磁块13之间形成的磁力线，产生电流，焊接在线圈14上的导线通过发电机19固定头16将电能输送给测量电子模块21。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明提供了一种近钻头自供电泥浆涡轮发电机及随钻测井仪器，磁啮合模块采用可传递高磁扭矩的强永磁材料，将其成型为内永磁条和外永磁条分别镶嵌于转子磁框与芯轴框中，磁啮合采用多对磁条圆周对称分布，转子磁框在外，芯轴框在内，并留有一定的径向气隙，磁条成型为扇形，既可提高传动扭矩，又可缩短仪器轴向尺寸；发电线圈模块采用磁盘与线圈轴向布置，磁块与线圈并排分布，中间留有一定间隙，此种结构可有效缩短仪器径向尺寸；底托与芯轴之间通过传动螺母相连，避免了采用一体结构造成的同轴度加工要求过高的问题。4、磁啮合的结构避免了零件直接接触和刚性连接，有效解决了密封和磨损的问题，并且结构紧凑、工作可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。