用于隨鉆測量的井下渦輪發(fā)電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于石油鉆井、開采或者地礦勘探等領域，涉及一種隨鉆測量的在不同鉆井液介質(zhì)和使用不同排量的鉆井液介質(zhì)時輸出電壓保持穩(wěn)定的井下渦輪發(fā)電機。
【背景技術】
[0002]在石油鉆井工程或者地礦勘探中、在定向鉆井或水平鉆井、欠平衡井中越來越需要大功率的電能供給。目前國內(nèi)、國外比較成熟的井下大功率發(fā)電機在現(xiàn)場都有廣泛應用。在各種鉆井液鉆井、氣體鉆井或地礦勘探儀器中，都是通過鉆井液(或氣體)驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動，從而拖動井下發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。井下發(fā)電機系統(tǒng)的輸出電壓是隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化成正比變化的。而發(fā)電機的轉(zhuǎn)速又是由渦輪拖動的，所以改變渦輪的拖動轉(zhuǎn)速和扭矩，也就改變了井下發(fā)電機的輸出電壓和輸出功率。在隨鉆儀器的使用中，鉆井液(或氣)的排量變化范圍很大(一般是3-4倍的變化范圍)，從10升/秒到40升/秒。相應的，井下發(fā)電機的最高輸出電壓也大約為最低輸出電壓的3-4倍。輸出電壓變化如此巨大，是沒有辦法直接給用電設備供電的，所以一般要在發(fā)電機后端連接一個整流穩(wěn)壓裝置。但是這么大的電壓跨距也為穩(wěn)壓裝置的設計，提出了嚴峻的考驗。由于井下空間狹小、震動劇烈、散熱條件不便等因素的制約，導致某些大功率供電的情況下，設計穩(wěn)壓裝置變得幾乎不可能完成。對于井下渦輪發(fā)電機發(fā)明專利號為CN203640919U的發(fā)明專利，發(fā)明名稱:一種井下渦輪發(fā)電機，還有美國專利號為20080047753，發(fā)明名稱為:Downhole Electric Power Generator;還有美國專利號為20050012340，發(fā)明名稱為:Downhole electrical submersible power generator等，以上文獻中均沒有提到任何控制轉(zhuǎn)速和扭矩的措施，只是提出了以渦輪驅(qū)動的方式作為井下發(fā)電機的動力來源。還有申請?zhí)枮镃N200993072Y的中國發(fā)明專利文件，發(fā)明名稱:井下渦輪發(fā)電機。該專利文件只是在結構上提出了如何應用隨鉆井下工具，同樣忽略了井下發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定性。
[0003]現(xiàn)在普遍使用的帶有井下發(fā)電機的隨鉆測量工具，大都只是依靠小功率的AC-DC轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)井下儀器自發(fā)電。當井下用電系統(tǒng)需要大功率供電時，由于穩(wěn)壓電路的設計困難，往往只能放棄。例如在發(fā)明專利號為CN201210119084，發(fā)明名稱為:一種井下渦輪發(fā)電機整流穩(wěn)壓供電裝置，就是專門為井下渦輪發(fā)電機提供后續(xù)穩(wěn)壓電路的設計。但在實際設計和工程應用中，其穩(wěn)定性和實用性收到很大制約，往往不能滿足井下隨鉆測量工具的大功率電能需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供了一種用于隨鉆測量的在不同鉆井液介質(zhì)和使用不同排量的鉆井液介質(zhì)時輸出電壓保持穩(wěn)定的井下渦輪發(fā)電機，不僅可以實現(xiàn)電能的高效利用，同時可以降低后續(xù)穩(wěn)壓電路的設計難度。如果在隨鉆測量儀器中使用本發(fā)明中的在不同鉆井液介質(zhì)和使用不同排量的鉆井液介質(zhì)時輸出電壓保持穩(wěn)定的井下渦輪發(fā)電機，就可以非常好的避免這種影響，使發(fā)電機輸出電壓限制在最高電壓而不再繼續(xù)升高。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種用于隨鉆測量的井下渦輪發(fā)電機，包括渦輪驅(qū)動單元(1)、與渦輪驅(qū)動單元(1)連接的發(fā)電機單元(2)，其中，所述渦輪驅(qū)動單元(1)被置于發(fā)電機單元(2)的轉(zhuǎn)軸外部，當有鉆井介質(zhì)通過渦輪驅(qū)動單元(1)的葉片時，渦輪驅(qū)動單元(1)的葉片會在流體的作用下旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動發(fā)電機單元(2)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，其中，所述葉片的傾角可變。
[0006]本發(fā)明實施例提供的技術方案的有益效果是:
[0007]用于隨鉆測量的在不同鉆井液介質(zhì)和使用不同排量的鉆井液介質(zhì)時輸出電壓保持穩(wěn)定的井下渦輪發(fā)電機，不僅可以限制鉆井介質(zhì)高流量時，造成的井下渦輪發(fā)電機轉(zhuǎn)速過高，同時可以保證井下渦輪發(fā)電機輸出電壓的平穩(wěn)。降低后續(xù)穩(wěn)壓電路的設計難度，提高井下渦輪發(fā)電機的利用效率；
[0008]排除了因鉆井介質(zhì)排量過高時需要更換小功率渦輪的困擾；
[0009]排除了因井下渦輪發(fā)電機輸出電壓跨度過大，而給后續(xù)穩(wěn)壓電路設計帶來的高難度；
[0010]排除了因無法使用大功率穩(wěn)壓電路而造成的井下渦輪發(fā)電機工作在較低效率的缺點。
【附圖說明】
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的井下渦輪發(fā)電機的結構總體示意圖；
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的井下渦輪發(fā)電機的工作示意圖；
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的井下渦輪發(fā)電機的結構細節(jié)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面，結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述。
[0015]本領域的技術人員能夠理解，盡管以下的說明涉及到有關本發(fā)明的實施例的很多技術細節(jié)，但這僅為用來說明本發(fā)明的原理的示例、而不意味著任何限制。本發(fā)明能夠適用于不同于以下例舉的技術細節(jié)之外的場合，只要它們不背離本發(fā)明的原理和精神即可。
[0016]另外，為了避免使本說明書的描述限于冗繁，在本說明書中的描述中，可能對可在現(xiàn)有技術資料中獲得的部分技術細節(jié)進行了省略、簡化、變通等處理，這對于本領域的技術人員來說是可以理解的，并且這不會影響本說明書的公開充分性。
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0018]如圖1至3所示，一種用于隨鉆測量的在不同鉆井液介質(zhì)和使用不同排量的鉆井液介質(zhì)時輸出電壓保持穩(wěn)定的井下渦輪發(fā)電機，包括:傾角可變的渦輪驅(qū)動單元1、發(fā)電機單元2、剎車抱緊裝置3、電控單元4。
[0019]所述的傾角可變的渦輪驅(qū)動單元1置于發(fā)電機單元2的轉(zhuǎn)軸外部，當單元1的外部有鉆井液等流體通過葉片的時候，單元1會在流體