一种注水井活动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活动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活动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补充。采用径向移动方式实现中心注水通道的开启与关闭，可满足测试仪器的通过，不会影响注水井的正常生产测试。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种注水井活动式井下发电装置，包括外管、发电机组，所述发电机组位于外管内腔中，所述外管左侧内壁安装弹簧片，在常态下，弹簧片将发电机组弹性挤压在外管右侧内壁。

所述发电机组包括至少一组，所述发电机组的两端分别为上导向体、下导向体。

所述上导向体开设右下斜面，所述下导向体开设左下斜面。

所述上导向体开设径向的上导向体通孔，所述下导向体开设径向的下导向体通孔。

所述外管上设置径向朝向外管内腔的上支撑杆、下支撑杆，其中上支撑杆插入上导向体通孔内，下支撑杆插入下导向体通孔内。

所述发电机组左侧面设置隔水板，隔水板上端高过发电机组一直伸到外管内腔上端口处，隔水板下端矮过发电机组一直伸到外管内腔下端口处；弹簧片将发电机组弹性挤压在外管右侧内壁时，发电机组中心线与上、下接头的内腔中心线相一致。

所述外管上端连接上接头，下端连接下接头。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种注水井活动式井下发电方法，发电机组安装在井下外管中构成井下发电装置，井下发电装置上下均连接油管，发电机组在弹簧片推力作用下，居中至封装短节管柱的中心流道，注水时油管来水冲击发电机组的叶片旋转，发电机组开始工作，将流体动能转换成电能，供电给井下各级智能注水装置，水流冲击各级发电机叶轮后，从环空流道中下行，重新流入到注水中心通道，在注水过程中实现实时发电。

需要下入测试仪器时，仪器重力作用在发电机组上导向体的斜面上，将支撑弹簧压缩贴边，发电机组同步被推回移动至封装短节管柱一侧紧贴压缩弹簧，此时留出中心过仪器的通道，保证仪器下行顺利通过，仪器通过后弹簧片推动发电机组径向移动至中心位置继续发电；上提仪器时，钢丝带动仪器推力作用在发电机组下导向体的斜面，将支撑弹簧压缩贴边，发电机组同步被推回移动至封装短节管柱一侧紧贴压缩弹簧，此时留出中心过仪器的通道，保证仪器上行顺利通过。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明根据注水井空间受限、单向注水、测试仪器通过的特点，设计了一种移动式井下发电技术，为注水井井下智能配注装置持续供电。

2、本发明的发电方法及装置可充分利用注水井来水，为发电机组提供最大水动力，保证发电功率达到目标需求。

3、本发明装置采用径向移动方式实现中心注水通道的开启与关闭，可满足测试仪器的通过，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。

5、本发明装置结构简单紧凑，受井筒尺寸限制影响小，工作性能可靠，安装简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明一种注水井活动式井下发电装置的结构示意图；

图2为本发明下入仪器后发电机组被挤压到一侧的状态示意图；

图3为发电机组结构示意图。

图中：上接头1、隔水板2、上支撑杆3、弹簧片4、外管5、下支撑杆6、下接头7、发电机组8、上导向体通孔9、下导向体通孔10、仪器11。

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、图3，一种注水井活动式井下发电装置，包括外管5、发电机组8，所述发电机组位于外管内腔中，所述外管左侧内壁安装弹簧片4，在常态下，弹簧片将发电机组弹性挤压在外管右侧内壁。

所述发电机组包括至少一组，所述发电机组的两端分别为上导向体、下导向体。所述上导向体开设右下斜面，所述下导向体开设左下斜面。所述上导向体开设径向的上导向体通孔9，所述下导向体开设径向的下导向体通孔10。

所述外管上设置径向朝向外管内腔的上支撑杆3、下支撑杆6，其中上支撑杆插入上导向体通孔内，下支撑杆插入下导向体通孔内。

所述发电机组左侧面设置隔水板2，隔水板上端高过发电机组一直伸到外管内腔上端口处，隔水板下端矮过发电机组一直伸到外管内腔下端口处；弹簧片将发电机组弹性挤压在外管右侧内壁时，发电机组中心线与上、下接头的内腔中心线相一致。隔水板焊接在发电机组一侧，阻挡来水进入弹簧片所在侧孔，发电机组可沿支撑杆径向移动，支撑杆限定了发电机组的移动路径，弹簧片能够在外力作用下收回和弹出。

所述外管上端连接上接头1，下端连接下接头7。

上接头1，上端与油管连接，下端与外管5连接，外管下端与下接头7连接，下接头下端连接油管，外管内有弹簧片4和发电机组8；上支撑杆3、下支撑杆6分别与外管连接后，插入到发电机组上导向体通孔和下导向体通孔中，将发电机组悬挂在内部中心通道，隔水板2阻挡在偏孔进水口处，保证来水进入到发电机组所在空间。

正常注水时，油管来水被隔水板阻挡，全部进入主流通道，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注水通道。

需要通过仪器时，依靠仪器重力将弹簧支撑的发电机组推至短节一侧，满足仪器通过的内孔径要求，仪器通过后弹簧片又将水力发电机组径向推至中心过水通道，上提仪器时，依靠仪器上行拉力推动水力发电机组收回旁置，打开中心通道使仪器顺利通过。

发电机组8为独立结构，可随意拆卸、安装、更换，也可以多个串联加长使用，满足不同发电功率大小的需求。注水通道可满足测试仪器的通过，不会影响注水井的正常生产测试。发电机组8为本领域常规水力发电机，为现有技术，直接应用即可。

总之，一种注水井移动式井下发电装置采用径向移动方式实现中心注水通道的开启与关闭，可满足测试仪器的通过，不会影响注水井的正常生产测试，发电机可随意拆卸、安装、更换，也可以多个串联使用，满足不同发电功率的需求。

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。