[发明专利]一种石油钻井井下振动发电方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用石油、天然气钻井过程中钻杆振动能量进行发电的技术。

背景技术

为了解石油、天然气钻井过程中井下参数的变化，要在井下钻杆中内嵌一个数据记录设备用于采集和记录井下参数，以便于进一步分析。目前对井下设备供电通常采用电池供电。但在钻井过程中井下受高温、高压和空间小的限制，电池容量有限，供电时间不长，以至每次设备下井记录数据量有限，不能很好的满足数据分析需求。

发明内容

本发明的目的是：提出一种石油钻井井下振动发电方法及装置，能利用钻井时钻杆产生的强大振动能量发电，并可将电能存储以供给井下设备使用。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：在井下钻杆与钻头之间安装一短接，在短接内壁开槽建立振动腔、电池盒和仪器盒；振动腔包括纵向振动腔、横向振动腔、压电陶瓷片、敲击锤、隔板和弹簧片；隔板将纵向振动腔和横向振动腔均分为八组小格，在每个小格内装有用于采集振动发电的压电陶瓷片、用于将振动能转化为敲击能的敲击锤和用于支撑敲击锤的弹簧片；弹簧片被固定在每个小格隔板的中心位置，纵向振动腔中的压电陶瓷片分布在纵向振动腔的上下侧面和隔板的上下两侧，横向振动腔中的压电陶瓷片分布在横向振动腔的左右侧面和隔板的左右两侧，以达到最佳的敲击效果；每个小格内的压电陶瓷片输出通过电缆与电池盒中的电池组件连接，用于将振动转化的电能存储；电池组件则通过电缆将电能传输给仪器盒内的井下仪器使用。当短接与钻杆连接放入井下工作后，振动腔中的敲击锤将钻井过程产生强大的振动能量转化为上下或左右振动，这种上下或左右振动在弹簧片的作用下让敲击锤按照一定规律敲击到压电陶瓷片上，因压电陶瓷片的压电特性，将敲击能转化为电能并保存到电池组件中以备井下仪器使用。在短接外壁有细螺纹和O型圈，可与外壳上的细螺纹和外壳壁紧密结合完成密封功能。

振动腔中的纵向振动腔和横向振动腔数量可根据需要增减。

振动腔、电池盒和仪器盒均被外壳所包含。

电池组件由稳定电压的DC-DC模块和稳定性强的电池组成，其中电池可选耐高温和抗振强的镍镉电池或其他耐高温和抗振强的电池。

为延长装置发电寿命，敲击锤表面需要处理平整。

本发明具有以下有益效果：(1)能够直接利用井下的振动能量发电，无需地面提供电能；(2)装置体积小便于安装和加工；(3)该方法和装置便于井下仪器设备的能源提供。

附图说明

图1为短接内部结构示意图；

图2为外壳结构示意图。

具体实施方式

该方法和装置应用于石油钻井井下发电的实施方法如下：在井下钻杆与钻头之间安装一短接10，在短接10内壁开槽建立振动腔30、电池盒31和仪器盒40；振动腔30包括纵向振动腔33、横向振动腔34、压电陶瓷片35、敲击锤36、隔板37和弹簧片38；隔板37将纵向振动腔33和横向振动腔34均分为八组小格，在每个小格内装有用于采集振动发电的压电陶瓷片35、用于将振动能转化为敲击能的敲击锤36和用于支撑敲击锤36的弹簧片38；弹簧片38被固定在每个小格隔板37的中心位置，纵向振动腔33中的压电陶瓷片35分布在纵向振动腔33的上下侧面和隔板37的上下两侧，横向振动腔34中的压电陶瓷片35分布在横向振动腔34的左右侧面和隔板37的左右两侧，以达到最佳的敲击效果；每个小格内的压电陶瓷片35输出通过电缆与电池盒31中的电池组件32连接，用于将振动转化的电能存储；电池组件32则通过电缆41将电能传输给仪器盒40内的井下仪器使用；当短接10与钻杆连接放入井下工作后，振动腔30中的敲击锤36将钻井过程产生强大的振动能量转化为上下或左右振动，这种上下或左右振动在弹簧片38的作用下让敲击锤36按照一定规律敲击到压电陶瓷片35上，因压电陶瓷片35的压电特性，将敲击能转化为电能并保存到电池组件32中以备井下仪器使用；在短接10外壁有细螺纹11和O型圈12，可与外壳20上的细螺纹21和外壳壁22紧密结合完成密封功能。

振动腔30中的纵向振动腔33和横向振动腔34数量可根据需要增减。

振动腔30、电池盒31和仪器盒40均被外壳20所包含。

电池组件32由稳定电压的DC-DC模块和稳定性强的电池组成，其中电池可选耐高温和抗振强的镍镉电池或其他耐高温和抗振强的电池。

为延长装置发电寿命，敲击锤36表面需要处理平整。