专利名称：一种井下发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在石油工程中用于井下发电的装置，特别涉及一种为 井下仪器和工具提供电能支持的发电装置。
技术背景
现代油气钻井技术涉及到多种不同参数的井下数据测量并通过遥测系统提 供钻井过程中所需的地层数据和钻井工程信息。在井下测量工具中，安装在近 钻头钻柱中传感器获得的数据通过信号遥传装置传输到地面，供地面操作人员 进行分析与判断。井下测量工具在井下获得电力有电池组和涡轮发电机两种途 径，由于电池容量有限，大电流工作持续时间短，且在高温下其安全性能难以 保证，同时电池材料由于其本身特性，运输，存储以及报废都需要进行专门处 理。在井下测量工具中，测量传感器和相关电子线路的电耗通常仅有几瓦到十 几瓦，而典型的遥测系统耗电至少需要60瓦，最大可能达到700瓦，为延长工 具在井下的操作时间，国外目前普遍将井下涡轮发电机作为井下测量工具的标 准配置，以减小电池容量和体积，利用发电机为电池补充电能及为电子传感器 组与信号遥测装置供电，有的产品甚至取消电池，直接由涡轮发电机提供电力， 我国目前还未有相应的井下发电装置装备仪器。随着油气井开采深度和水平段 长度的增加，井温的升高及井下测量工具井下工作时间的延长，以及高耗电的 电磁波数据遥测系统的使用，井下测量工具电力系统的容量和可靠性成为制约 井下测量系统正常工作的关键，而井下发电装置是解决这一难题的最有效方法， 由于国外公司在井下涡轮发电机的核心技术和设计方面进行保密，近几年国内 有些科研单位也在进行相关技术的科技攻关，但还未见成熟的商业产品问世。美国专利说明书US5,517,464中公开了一种集成了钻井液脉冲发生器与涡 轮发电机的井下井下测量工具。涡轮发电机与钻井液脉冲发生器集成一体，涡 轮发电机由涡轮推进器、驱动轴、变速器(变比14: 1)、三相交流发电机、转 速测量装置组成。由于井下空间的限制和叶轮结构的特性，发电机提供的功率 较小， 一般为几十瓦，不能满足大功率要求；系统采用齿轮变速箱实现涡轮和 电机的联接，结构复杂；轴承及线圈等直接工作于钻井液中，对钻井液质量、 轴承性能和线圈的绝缘性要求极高，且在井下高温、强振动恶劣环境中长期高 速运转极易损坏，从而降低了涡轮发电机的使用寿命。
中国专利说明书CN1865693A中公开了一种用于随钻仪器供电的井下钻井 液发动机。钻井液发电机由涡轮、驱动轴、变速器、磁力耦合器、隔套、发电 机组成，传动系统采用磁耦合技术，利用内外磁力耦合产生的滑差效应及磁力 耦合软连接技术保护发电机。发电机转子轴通过磁耦合与变速器连接，避免了 线圈和轴承与钻井液接触，但是，其减速器结构和磁耦合结构复杂，磁耦合滑 动接触面工作于钻井液中易磨损，且功率较小。 实用新型内容
本实用新型的目的是在于提供一种输出功率较大、结构简单的井下发电装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的
一种井下钻井液发电装置，包括驱动短节、联接短节和电机短节，所述的 驱动短节中叶轮驱动轴与电机轴为两段式结构，发电机的转子线圈和定子线圈 均浸泡在电机油中。
所述的两段式结构是指叶轮驱动轴与电机轴通过联轴装置联接传递扭矩。 叶轮驱动轴靠近叶轮端设置有旋转密封。所述的联接短节包括扶正器和堵头，均安装在电机短节的上端。叶轮固定于驱动短节的叶轮驱动轴上，在叶轮的入 口安装有过滤装置，叶轮与钻铤之间装有导流筒。叶轮为一级或多级轴流式或 径流式结构。
本实用新型所述的井下发电装置具有的有益效果是，这种结构是将叶轮驱 动轴与电机轴分成两段式结构，中间通过可以调心的联轴器相联接，从而有效 地降低了轴系的同轴度要求；结构中的叶轮采用特别设计结构，因而输出功率 较大，可以达到lkW以上，并且通过优化设计使其受钻井液排量的影响较小； 电机的转子和定子以及轴承都浸泡在液压油中，降低了制造难度，增加了工作 可靠性。该实用新型不但可以提供大功率的电能，而且可以在井下稳定可靠的 工作。
图1是井下发电装置的简单示意图
图2是井下发电装置的结构示意图
l.钻铤2.叶轮压帽 3.叶轮4.密封压盖 5.旋转密封 6.联轴装置 7.电机驱动轴 8.永久磁铁 9.高压堵头 IO.浮动活塞 ll.增压弹 簧12.滤网13.导流筒14.扶正器 15.堵头 16.叶轮驱动轴17.定子线 圈 18.电机短节抗压筒 19.接头20.注油塞21.驱动短节22.联接短节 23.电机短节具体实施方式
现结合说明书附图，对本实用新型作进一步描述。
图1是井下发电装置的示意图。井下发电装置包含驱动短节21、联接短节 22和电机短节23。该装置安装在钻铤l内，井下发电装置的上部为滤网12，叶 轮3的上部装有叶轮压帽2，导流筒13装在叶轮3和钻铤1之间，旋转密封5通过密封压盖4压紧，扶正器14放置在堵头15的上端，联轴装置6装在电机 驱动轴7的上端，与叶轮驱动轴16的下端弹性联接，降低了系统的同轴度要求， 电机短节23包含浸泡在液压油中的永久磁铁8和定子线圈17，永久磁铁8固定 在电机轴7上，定子线圈17固定在电机短节抗压筒18内筒壁上。接头19内釆 用增压弹簧11和浮动活塞10实现油量存储、压力补偿以及密封效果。接头19 上同时安装有注油塞20和高压堵头9。
本装置的工作过程是在钻进过程中，具有一定排量和压力的钻井液通过 装置的滤网，滤除钻井液中的大固体，经过滤的钻井液推动叶轮旋转，带动叶 轮驱动轴、联轴装置和电机轴旋转，使得固定在电机转子轴上的永久磁铁和安 装在电机短节内筒壁上的定子线圈相互作用，产生所需的电能。装置通过增压 弹簧和浮动活塞维持装置内液压油压力始终高于钻井液压力，保证旋转密封两 侧的液压油和钻井液有一定的正压差，从而防止钻井液进入液压油腔，使得电 机的转子定子及相关的旋转部件均工作在液压油内，增加了该井下发电装置的 工作稳定性和可靠性。
权利要求1、一种井下发电装置，其包括驱动短节(21)、联接短节(22)和电机短节(23)，其特征在于驱动短节叶轮驱动轴(16)与电机轴(7)为两段式结构，永久磁铁(8)和定子线圈(17)均浸泡在电机油中。
2、 如权利要求l所述的一种井下发电装置，其特征在于所述的两段式结 构是叶轮驱动轴(16)与电机轴(7)通过联轴装置(6)联接。
3、 如权利要求1所述的一种井下发电装置，其特征在于叶轮驱动轴(16) 靠近叶轮(3)端设置有旋转密封(5)。
4、 如权利要求1所述的一种井下发电装置，其特征在于叶轮(3)固定 于驱动短节(21)的叶轮驱动轴(16)上，在叶轮(3)的入口安装有过滤装置(12)，叶轮(3)与钻铤(1)之间装有导流筒(13)。
5、 如权利要求4所述的一种井下发电装置，其特征在于所述的叶轮(3) 为轴流式或径流式结构。
专利摘要本实用新型公开了一种为井下仪器和工具提供电能支持的发电装置。其包括驱动短节、联接短节和电机短节三部分。该装置是将叶轮驱动轴与电机轴分成两段式结构，中间通过可以调心的联轴器相联接，从而有效地降低了轴系的同轴度要求；该装置中的叶轮采用特殊设计结构，因而输出功率较大，可以达到1kW以上；电机的转子和定子浸泡在液压油中，降低了制造难度，增加了工作可靠性。本实用新型不但可以提供大功率的电能，而且可以在井下稳定可靠的工作。
文档编号E21B47/00GK201269096SQ200820140169
公开日2009年7月8日 申请日期2008年10月15日 优先权日2008年10月15日
发明者吕官云, 峰 孙, 王义峰, 威 陈, 哲 马 申请人:中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院