一种注水井投捞式井下发电装置及方法与流程

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捞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。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种注水井投捞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能源。保证了井下智能注水装置长期正常工作。井下投捞发电装置为独立部分，可单次使用完维护保养，也可以多次重复使用，每次充完电可以进行打捞。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种注水井投捞式井下发电装置，包括空心定位短节、投捞式发电机组，所述投捞式发电机组设置在空心定位短节内腔，所述空心定位短节内壁设置短节正极接头、短节负极接头，所述投捞式发电机组下端连接定位接头，所述定位接头外壁定位在空心定位短节的内壁开设的定位台阶上，所述定位接头设置定位湿正极接头、定位湿负极接头，所述定位湿正极接头、定位湿负极接头一方面与投捞式发电机组的正极、负极对应连接，另一方面与短节正极接头、短节负极接头对应连接。

所述投捞式发电机组包括发电单元、捕捞头、定位接头，所述捕捞头下端连接在发电单元的无磁外管的上端，所述定位接头连接在发电单元的无磁外管的下端，所述发电单元设置一组或者依次串联的两组及两组以上。

所述发电单元包括无磁外管、中心轴、内磁铁、铜丝线包、磁铁包壳、整流电路、导流叶片、内磁旋转叶轮，所述中心轴位于无磁外管中心腔，中心轴上设置内磁铁、铜丝包线，其中铜丝包线外部设置磁铁包壳，所述磁铁包壳固定在无磁外管内壁，所述铜丝包线引出正极引线、负极引线后连接整流电路，所述无磁外管外壁安装导流叶片、内磁旋转叶轮，其中内磁旋转叶轮与内磁铁处于同高度。

所述整流电路的正极通过电路插头与定位湿正极接头连接，所述整流电路的负极与定位湿负极接头连接。

所述定位接头开设轴向通道，该轴向通道的轴向方向对应导流叶轮、内磁旋转叶轮。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种注水井投捞式井下发电方法，在注水管柱上连接空心定位短节，内部有中心通道满足后期测试仪器下入要求，井下智能测调装置电力不足时，从注水井口投入投捞式发电机组，依靠自身重力和注入水冲击力沿管柱内下行，直至到定位短接位置与投捞式发电机组对接，投捞式发电机组与定位短节之间形成环形过水空间；正常注水时，油管来水直接冲击投捞式发电机组的叶轮，提供发电动力，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重新流入到中心注水通道，充电完毕后，通过钢丝携带打捞工具或者反洗井液力助捞方式，捞出井下投捞式发电机组，管柱中心通道重新打开，满足后期测试仪器下入需求。

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蓄能电池充电提供了一整套解决方案，保证了井下智能注水装置长期正常工作。

2、本发明的井下投捞发电装置为独立部分，可单次使用完维护保养，也可以多次重复使用，每次充完电可以进行打捞。

3、本发明的空心定位短节内有注水通道，可满足测试仪器通过要求，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，发电机叶轮长度和级数可以进行串联，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，满足小流量条件下发电需求，安装简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明一种注水井投捞式井下发电装置的结构示意图；

图2为投捞式发电机组结构示意图。

图中：空心定位短节101、投捞式发电机组102、定位接头103、短节正极接头104、短节负极接头105；

捕捞头1、导流叶轮2、内磁旋转叶轮3、内磁铁4、铜丝线包5、磁铁包壳6、负极引线7、正极引线8、中心轴9、整流电路10、无磁外管11、电路插头12、定位湿正极接头13、定位湿负极接头14。

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、图2，一种注水井投捞式井下发电装置，包括空心定位短节101、投捞式发电机组102，所述投捞式发电机组设置在空心定位短节内腔，所述空心定位短节内壁设置短节正极接头104、短节负极接头105，所述投捞式发电机组下端连接定位接头103，所述定位接头外壁定位在空心定位短节的内壁开设的定位台阶上，所述定位接头设置定位湿正极接头13、定位湿负极接头14，所述定位湿正极接头、定位湿负极接头一方面与投捞式发电机组的正极、负极对应连接，另一方面与短节正极接头、短节负极接头对应连接。

所述投捞式发电机组包括发电单元、捕捞头1、定位接头103，所述捕捞头下端连接在发电单元的无磁外管的上端，所述定位接头连接在发电单元的无磁外管的下端，所述发电单元设置一组或者依次串联的两组及两组以上。

所述发电单元包括无磁外管11、中心轴9、内磁铁4、铜丝线包5、磁铁包壳6、整流电路10、导流叶片2、内磁旋转叶轮3，所述中心轴位于无磁外管中心腔，中心轴上设置内磁铁、铜丝包线，其中铜丝包线外部设置磁铁包壳，所述磁铁包壳固定在无磁外管内壁，所述铜丝包线引出正极引线、负极引线后连接整流电路，所述无磁外管外壁安装导流叶片、内磁旋转叶轮，其中内磁旋转叶轮与内磁铁处于同高度。

所述整流电路的正极通过电路插头12与定位湿正极接头13连接，所述整流电路的负极与定位湿负极接头14连接。

所述定位接头开设轴向通道，该轴向通道的轴向方向对应导流叶轮、内磁旋转叶轮。

空心定位短节101，上端与油管连接，下端与油管连接，内部有投捞式发电机组102，下端定位接头103与发电机组密封螺纹连接，定位接头外部有正负极接头，定位接头限位后与空心定位短节内部的正极接头104和负极接头105分别对接，实现导电连接。

空心定位短节内部为空心通孔，内径处有变径台阶，能与投捞式发电机进行对接定位，定位后发电机组外与定位短节内径形成环形过水空间，为发电机组工作提供水动力通道，来水流过涡轮后从发电机组下端部的定位接头过水孔中通过。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。发电机组与定位短节对接时，发电机组的正极与定位短节正极相连，发电机组的正极与定位短节正极相连，均采用湿接头密封连接方式，保证在水环境中不发生短路。

发电机组上端有捕捞头1，方便下入仪器打捞时进行对接，捕捞头下部连接多级涡轮驱动电磁感应部分和整流稳压电路，导流叶轮2设置多级，各级导流叶轮2粘贴在各级无磁外管11外部，内磁旋转叶轮3设置多级，无磁外管11设置多级，各级内磁旋转叶轮3空套在各级无磁外管11外部，各级无磁外管内部镶嵌有磁铁。各级铜丝线包5均与负极引线7、正极引线8串联，直至末端与整流电路10连接，从整流电路输出的电路分为负极和正极，正极接头通过电路插头12与定位接头的定位湿正极接头13正极对接，负极自动对接定位接头的定位湿负极接头14。中心轴9外部粘贴各级内磁铁4和铜丝线包，级数与内磁铁旋转叶轮一致。发电时，来水通过导流叶轮后直接冲击内磁旋转叶轮，叶轮内磁铁与中心轴内磁铁吸合同步旋转，传输磁力扭矩至中心轴，中心轴带铜丝线包旋转，在无磁外管内部镶嵌的磁铁作用下形成电磁感应发电，将电流通过正负极引线导入整流电路。

在注水管柱上连接空心定位短节，内部有中心通道满足后期测试仪器下入要求，井下智能测调装置电力不足时，从注水井口投入小型发电机，及投捞式发电机组，依靠自身重力和注入水冲击力沿管柱内下行，直至到定位短接位置与其对接，发电机与定位短节之间形成环形过水空间。正常注水时，油管来水直接冲击发电机叶轮，提供发电动力，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重新流入到中心注水通道，充电完毕后，通过钢丝携带打捞工具或者反洗井液力助捞方式，捞出井下发电机组，管柱中心通道重新打开，满足后期测试仪器下入需求。

发电机组为独立结构，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。捞出发电机组后内部注水通道开启，可满足测试仪器的通过，不会影响注水井的正常生产测试。

总之，本发明的井下投捞发电装置可单次使用完维护保养，也可以多次重复使用，每次充完电可以进行打捞。发电机叶轮长度和级数可以进行调节，受井筒尺寸限制影响小，满足小流量条件下发电需求。

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。