[发明专利]用于随钻测量的井下涡轮发电机

说明书

技术领域

本发明属于石油钻井、开采或者地矿勘探等领域，涉及一种随钻测量的在不同钻井液介质和使用不同排量的钻井液介质时输出电压保持稳定的井下涡轮发电机。

背景技术

在石油钻井工程或者地矿勘探中、在定向钻井或水平钻井、欠平衡井中越来越需要大功率的电能供给。目前国内、国外比较成熟的井下大功率发电机在现场都有广泛应用。在各种钻井液钻井、气体钻井或地矿勘探仪器中，都是通过钻井液(或气体)驱动涡轮转动，从而拖动井下发电机旋转发电。井下发电机系统的输出电压是随着发电机转速变化成正比变化的。而发电机的转速又是由涡轮拖动的，所以改变涡轮的拖动转速和扭矩，也就改变了井下发电机的输出电压和输出功率。在随钻仪器的使用中，钻井液(或气)的排量变化范围很大(一般是3-4倍的变化范围)，从10升/秒到40升/秒。相应的，井下发电机的最高输出电压也大约为最低输出电压的3-4倍。输出电压变化如此巨大，是没有办法直接给用电设备供电的，所以一般要在发电机后端连接一个整流稳压装置。但是这么大的电压跨距也为稳压装置的设计，提出了严峻的考验。由于井下空间狭小、震动剧烈、散热条件不便等因素的制约，导致某些大功率供电的情况下，设计稳压装置变得几乎不可能完成。对于井下涡轮发电机发明专利号为CN203640919U的发明专利，发明名称：一种井下涡轮发电机，还有美国专利号为20080047753，发明名称为：DownholeElectricPowerGenerator；还有美国专利号为20050012340，发明名称为：Downholeelectricalsubmersiblepowergenerator等，以上文献中均没有提到任何控制转速和扭矩的措施，只是提出了以涡轮驱动的方式作为井下发电机的动力来源。还有申请号为CN200993072Y的中国发明专利文件，发明名称：井下涡轮发电机。该专利文件只是在结构上提出了如何应用随钻井下工具，同样忽略了井下发电机的输出电压稳定性。

现在普遍使用的带有井下发电机的随钻测量工具，大都只是依靠小功率的AC-DC转换来实现井下仪器自发电。当井下用电系统需要大功率供电时，由于稳压电路的设计困难，往往只能放弃。例如在发明专利号为CN201210119084，发明名称为：一种井下涡轮发电机整流稳压供电装置，就是专门为井下涡轮发电机提供后续稳压电路的设计。但在实际设计和工程应用中，其稳定性和实用性收到很大制约，往往不能满足井下随钻测量工具的大功率电能需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种用于随钻测量的在不同钻井液介质和使用不同排量的钻井液介质时输出电压保持稳定的井下涡轮发电机，不仅可以实现电能的高效利用，同时可以降低后续稳压电路的设计难度。如果在随钻测量仪器中使用本发明中的在不同钻井液介质和使用不同排量的钻井液介质时输出电压保持稳定的井下涡轮发电机，就可以非常好的避免这种影响，使发电机输出电压限制在最高电压而不再继续升高。

根据本发明的实施例，提供了一种用于随钻测量的井下涡轮发电机，包括涡轮驱动单元(1)、与涡轮驱动单元(1)连接的发电机单元(2)，其中，所述涡轮驱动单元(1)被置于发电机单元(2)的转轴外部，当有钻井介质通过涡轮驱动单元(1)的叶片时，涡轮驱动单元(1)的叶片会在流体的作用下旋转，从而驱动发电机单元(2)的转子转动，其中，所述叶片的倾角可变。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：

用于随钻测量的在不同钻井液介质和使用不同排量的钻井液介质时输出电压保持稳定的井下涡轮发电机，不仅可以限制钻井介质高流量时，造成的井下涡轮发电机转速过高，同时可以保证井下涡轮发电机输出电压的平稳。降低后续稳压电路的设计难度，提高井下涡轮发电机的利用效率；

排除了因钻井介质排量过高时需要更换小功率涡轮的困扰；

排除了因井下涡轮发电机输出电压跨度过大，而给后续稳压电路设计带来的高难度；

排除了因无法使用大功率稳压电路而造成的井下涡轮发电机工作在较低效率的缺点。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的井下涡轮发电机的结构总体示意图；

图2是根据本发明的实施例的井下涡轮发电机的工作示意图；

图3是根据本发明的实施例的井下涡轮发电机的结构细节示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。