[发明专利]容屑型通量引导式井下旋转机器

说明书

一种井下旋转机器包括定子和转子，所述定子具有定子绕组和对应磁通量引导体，所述转子具有多个磁体，所述多个磁体被配置为与所述定子绕组和所述对应磁通量引导体协作以在磁隙中生成大致平行于所述转子的旋转轴的磁场，其中所述磁隙在所述多个磁体与所述对应磁通量引导体之间提供磁隙间隔，所述磁隙间隔至少是所述井下旋转机器的总直径的百分之五。还提供了一种在井筒中操作井下工具的方法和一种井下工具。

相关申请的交叉引用

本申请要求Richard Decena Ornelaz和Michael Linley Fripp于2017年12月28日提交的名称为“Debris Tolerant Flux Guide Generator/Motor”的第62/611,038号美国临时申请的权益，所述美国临时申请与本申请共同转让并且其全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本申请大体上针对于一种碳氢化合物井筒装置，并且更具体地说，针对于一种井下旋转机器。

背景技术

在油井或气井的永久完井中，通常需要发电机来提供电力。发电机将从井筒中流动的石油或天然气产生的部分能量转化为电力。最便宜并且机械最稳健的设计是将发电机暴露于井筒流体。在井下井筒流体中使用发电机或电动机的一个挑战是由于铁颗粒、铁锈颗粒和其他铁磁成分以及悬浮或运输于井筒流体中的沙子和其他碎屑，其稳健性降低。挑战来自于转子的磁体与定子的绕组之间的小磁隙，其通常只有千分之几英寸。铁磁颗粒被吸附到磁体上并且会挤进磁体与绕组之间的间隙中，这会阻碍发电机或电动机转动。然而，增大间隙会导致显著的输出功率和扭矩损失，因为功率或扭矩与磁隙的大小的四次乘方成反比(功率与1/间隙⁴成正比)。

附图说明

现在参考以下结合附图所作的描述，在附图中：

图1示出了具有永久完井系统的示例井筒系统的系统图；

图2示出了被配置为执行地层钻进的随钻测井(LWD)系统200；

图3A、图3B、图3C示出了根据本公开的原理构造的井下旋转装置(大体上标记为300、325、350)的视图；

图4示出了根据本公开的原理构造的井下旋转机器(大体上标记为400)的另一个实施例；

图5示出了根据本公开的原理构造的井下工具的实施例；以及

图6示出了根据本公开的原理实行的在井筒中操作井下工具的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

减少挤进问题但仍提供足够功率的改进型井下发电机或电动机将是有利的。因此，本公开至少部分基于如下认识，即传统井下发电机(例如，可以用于向永久或临时完井或者向钻井操作提供井下功率)的前述缺点可以通过实现井下旋转机器的磁隙的显著增加并且同时使相应发电机输出功率或电动机输出扭矩产生有限减小来克服。

本公开认识到当使用磁通量引导体在大区域上收集磁通量并且将磁通量引导到定子绕组中以在发电机的情况下产生电力或者在电动机的情况下产生扭矩时，可以在井下旋转机器上增加间隙尺寸。因而，针对给定量的磁通量，可以获得较大量的电力或扭矩。因此，公开了具有作为机器自身的总直径的函数的磁隙间隔的井下旋转机器。例如，本文提供具有至少为井下旋转机器的总直径的百分之五的磁隙间隔的井下旋转机器，诸如发电机和电动机。这个总直径经常表现为井下旋转机器的定子或转子的直径。磁隙间隔是定子的磁体与转子的通量引导体之间的间隔的距离。这样，如果磁隙间隔的一部分填充有相对磁导率为10或更小的间隙间隔物，则磁隙间隔的距离或尺寸不会改变。

此外，井下旋转机器可以能够沿着转子的旋转轴与其他井下旋转机器在操作上堆叠在一起。这种堆叠井下旋转机器的能力可以包括堆叠发电机、电动机或发电机和电动机的组合。相应地，井下旋转机器可以包含多个转子或多个定子。