[发明专利]一种用于井下抽油杆的发电装置

说明书

技术领域

本发明属于计量测试技术领域，涉及一种井下抽油杆发电装置，本装置可作为井下抽油杆受力状况测量的供电组件。

背景技术

在当今采油工程中，有杆采油井在机械采油中所占比例高达90%以上，虽然近些年来出现了无杆采油等新技术，但是依然难以撼动有杆采油的主导地位。在有杆采油系统中，柔性、细长的抽油杆，它连接着游梁驱动系统和深在近千米到数千米的抽油泵，担负着运动和能量的传递，是该系统中的关键部件。然而由于多种特殊因素的影响，如抽油杆所在的复杂井眼轨迹、油管与抽油杆之间的滑动摩擦、抽油杆在受载时的变形和井下复杂的油液化学环境等，使得抽油杆的可靠性与使用寿命偏离设计指标，常常在有效寿命期就出现杆断、杆脱、杆偏磨和管偏磨等故障。

随着社会生产对石油资源需求的不断增长，勘探和计算机处理技术的不断发展，石油开采转向了采、测较困难的陆地和深海，出现了深达六千多米的定向深井，而这种油井的抽油杆运动、受力远比浅层直井更加复杂，直接导致抽油杆与油管的挤压摩擦更加剧烈、弯矩增大、承受的拉压平均应力不断增加，抽油杆出现故障的几率大大增加，因此需要更长时间、全面监测，从最初的井口功率控制发展到近年来的抽油杆工作状况监测，井下随杆测量技术也从存储式测量发展到与无线传输测量，测量参数增加和井下控制机构趋向复杂化，测量的井下工作时间进一步延长，测量装置的电力系统容量和可靠性成为制约其正常工作的关键。由于井下空间狭小，目前有关抽油杆受力测量装置的供电均采用大容量蓄电池，由于电池容量有限且受温度影响很大，视装置耗电功率，当前测量装置一般可支持的连续工作时间在200h左右，带无线实时传输数据的测量装置工作时限更短。为了使井下测量装置继续工作保障抽油杆安全，在测量装置电力不足时，不得不停止采油作业，从井下取出长达数千米的抽油杆，然后重新给装置换装电池，这一过程一般会导致油井停产2～3天。抽油杆力学测量与检测装置的供电部分已成为制约其发展的瓶颈，如果能有一套用于井下抽油杆的发电设备，将会减少这种非生产停井作业，保障抽油杆安全，提高采油作业效率。

关于井下发电装置有随钻涡轮发电机，利用钻杆钻进作业时沿着一个方向转动这一特征，在临近钻头部位安装涡轮发电机，利用钻杆与钻液之间的搅动带动涡轮转动，进而使发电机转动。由于钻进尺寸相对较大并且钻杆作业时始终是沿着一个方向均匀转动，所以适合安装涡轮发电机。但是很难直接将该发电机构用于井下抽油杆上，首先空间小，抽油杆装在油管内，油管内部容纳最大直径不超过55mm；另外抽油杆在作业过程中是规律性上下往复运动，不能讲动力直接传给发电机。因此现在还没有一套能满足井下抽油杆测量需求的发电装置。

发明内容

本发明的技术解决问题是：满足现有井下抽油杆测量设备供电需求，提供一种抽油杆井下发电装置，该装置体积小、结构简单，可以满足井下小功率测量设备的用电需求。

本发明的技术方案为：一种用于井下抽油杆的发电装置，由传动转换机构22、叶轮21、整流体3和小型发电机23组成。各个组成部分的位置和连接关系为：传动转换机构22、叶轮21和小型发电机23所组成机构安装于整流体3内，传动转换机构22的输入轴2201与叶轮主轴相连，输出轴2202下端通过磁耦合器24与小型发电机23转轴相连，整流体3上下端均有螺纹，连接抽油杆或其它装置，作为其供电组件；抽油杆上冲程运动时，油液混合物受突然挤压，沿着整流体3一端外壁流动进入导流孔301，加速的油液混合流带动叶轮21转动，当抽油杆处于下冲程时，加速的油液混合流会带动叶轮21沿着与上冲程时相反方向转动，由于转换机构1的作用，无论叶轮带动传动转换机构输入轴2201沿着顺时针还是反时针转动，在其输出轴2202传递的扭矩方向仍然是一个方向，进而发电机在抽油杆的整个工作过程中沿着同一方向转动发电，保证了输出电力的稳定。

所述的传动转换机构22，具有换向和调节输入输出速比等功能，由四个直齿轮2203、2204、2205和2209，独立圆盘2206和2207，输入轴2201和输出轴2202组成。机构的输出轴2202的角速度与输入轴2201的角速度成正比，输入轴2201带动直齿轮2203，直齿轮2203的表面宽度大约是安装在输出轴2202上的直齿轮2204和2209的两倍；直齿轮2203与惰性轮2205和直齿轮2204相啮合，惰性轮2205与直齿轮2209相啮合；两个单向的独立圆盘2206和2207能分别带动输出轴2202转动；输入轴2201沿着不同方向转动时，带动输出轴2202转动的圆盘不同，产生的作用是使输出轴2202始终沿着一个方向转动。