一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置的制作方法

本发明涉及石油钻井，具体是一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置。

背景技术：

1、在石油钻井中，井下测量仪器的供电主要来源与井下涡轮发电机，但是在石油勘探钻井等施工中，用于发电的井筒流体流量和压力并不均匀，并且在钻井施工中压力脉冲发生器是通过节流井筒流体产生的压力脉冲，因此这是会产生局部短时的流量和压力的变化，在压力和流量变化的时候，涡轮发电机的发电功率随之变化。

2、涡轮发电机直接输出一般是三相交流电，频率跟转子的转动频率有关，井下仪器应用的是直流电，因此需要有一个将交流变成直流的电源转换模块，电源转换模块本身的性质决定了只能接受一定电压范围的输入，即vmin-vmax之间的电压，发电机输出电压的高低与涡轮转速的快慢成正相关性，涡轮转速的高低与排量的大小正相关，因此，发电机输出电压的高低与排量的大小正相关。当流体排量减小到一定程度时，发电机的输出电压小于vmin，当流体排量增大到一定程度时，发电机的输出电压大于vmax，这两种情况下电源转换模块都不能正常工作，造成供电中断，影响井下仪器的正常工作。

3、因此，针对上述问题提出一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述一种石油钻井用涡轮发电装置，由连接钻铤的外壳总成、外壳总成中心的流体调节总成、调节总成中心的发电机总成和上下端的配套附件四部分组成；所述外壳总成，包括最外层的本体、本体上部的定位套；所述流体调节总成，包括安装在本体内部的旁通套、以及自上而下依次安装在本体与旁通套之间环空的调整螺钉、弹簧、浮动活塞以及安装在活塞上的活塞密封；所述发电机总成主要包括涡轮、定子、转子、轴承，定子与旁通套固定连接，转子外部与涡轮固连，内部与轴承相连，定子和转子之间是轴承副。

3、优先的，本发明涉及一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其外壳总成呈中空圆筒状，内部安装有流体调节总成、发电机总成、配套附件，其上部和下部分别连接有钻柱。

4、优先的，该石油钻井用自适应涡轮发电装置中的弹簧为螺旋形拉伸弹簧，设置在本体内部，其轴线与本体轴线重合，上部被调整螺钉限位，下部被浮动活塞限位。旁通套的外部套装有本体，内部安装有涡轮；浮动活塞安装在本体和旁通套之间，上部被弹簧限位，下部被本体台阶限位；活塞密封分别安装在浮动活塞下部的内外密封槽内，分别与本体和旁通套形成滑动密封副，调整螺钉安装在定位套下部，与定位套下部的螺纹孔形成螺纹副，通过旋转调整螺钉可以调整螺钉的伸出长度，从而改变弹簧的预拉力。

5、优先的 该石油钻井用自适应涡轮发电装置中的旁通套呈圆筒状，上下部分各设有旁通孔；安装后，上旁通孔位于涡轮的上方，下旁通孔位于涡轮的下方。

6、优先的，该石油钻井用自适应涡轮发电装置中的浮动活塞呈不规则的圆筒状，上部呈锥形截面，下部呈矩形截面，内外表面设有密封槽；其截面逐渐从s2到s9横截面过渡，截面面积逐渐增大。

7、优先的，该石油钻井用自适应涡轮发电装置中的轴承外圈与定子固定连接，内圈与涡轮轴固定连接，支持涡轮在流体推动下带动转子一起旋转；定子通过旁通套固定安装在本体内壁，定子与转子产生转速差。

8、优先的，该石油钻井用自适应涡轮发电装置中的发电机总成为中空结构，中间设有导线贯穿上下，上部与上接头，下部与下接头相连接，进而与其他仪器连接。

9、优先的，该石油钻井用自适应涡轮发电装置中的外壳总成中心可以流过钻井液，涡轮、旁通套、本体同轴安装，形成两个环空型钻井液通道，在s1到s2截面之间，流体同时流经两个通道。

10、本发明的有益之处在于：

11、1.本发电装置针对石油钻井中钻井液流量范围宽，压力多变的特性，采用涡轮和旁通双通道转换的形式，将涡轮的转速稳定在一定范围内，使发电装置输出的电压值，保持在电源转换模块工作范围内，提高了发电装置对排量的适用范围，增强了装置适应性。

12、2.利用流体压差效应，根据涡轮两端压差的变化，浮动活塞随压力浮动，自动分配流量，确保流过涡轮的流量保持基本恒定，从而确保了涡轮的转速不变，进而确保发电机输出电压和功率平稳，保证了井下供电系统的平稳运行，实现了钻井过程中流量变化时的自适应调节。

技术特征：

1.一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其特征在于：由连接钻铤的外壳总成（101）、外壳总成（101）中心的流体调节总成（102）、调节总成（102）、发电机总成（103）和上下端的配套附件（104）四部分组成；

2.根据权利要求1所述一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其特征在于：所述外壳总成（101）呈中空圆筒状，内部安装有流体调节总成（102）、发电机总成（103）、配套附件（104），其上部和下部分别连接有钻柱（44）。

3.根据权利要求1所述一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其特征在于：所述弹簧（21）为螺旋形拉伸弹簧，设置在本体（11）内部，其轴线与本体（11）轴线重合，上部被调整螺钉（25）限位，下部被浮动活塞（23）限位；

4.根据权利要求3所述一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其特征在于，所述旁通套（22）呈圆筒状，上下部分各设有旁通孔，安装后上旁通孔在涡轮（31）的上面，下旁通孔在涡轮（31）的下面。

5.根据权利要求3所述一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其特征在于，所述浮动活塞（23）呈不规则的圆筒装，上部呈锥形截面，下部呈矩形截面，内外表面设有密封槽，自s2横截面逐渐向s9横截面过渡，浮动活塞（23）截面面积逐渐增大。

6.根据权利要求1所述一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其特征在于，所述轴承（34）外圈与定子固定连接，内圈与涡轮（31）轴固定连接，支持涡轮（31）在流体推动下带动转子（33）一起旋转，定子（32）通过旁通套（22）固定安装在本体（11）内壁，定子（32）与转子（33）产生转速差。

7.根据权利要求1-6所述一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其特征在于，所述发电机总成（103）为中空的，中间设有导线（42）贯穿上下，上部与上接头（41），下部与下接头（43）相连接，进而与上下其他仪器连接。

8.根据权利要求1-6所述一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，其特征在于，所述外壳总成（101）中心可以流过钻井液，涡轮（31）、旁通套（22）、本体（11）同轴安装，形成两个环空型钻井液通道，在s1到s2截面之间，流体同时流经两个通道。

技术总结
本发明涉及石油钻井技术领域，具体是一种石油钻井用自适应排量涡轮发电装置，包括外壳总成、流体调节总成、发电机总成和配套附件。外壳总成由中空圆筒状本体和定位套组成，内安装有流体调节总成、发电机总成和配套附件，上下部连接有钻柱。流体调节总成包括螺旋形拉伸弹簧、旁通套、浮动活塞、活塞密封和调整螺钉，用于调节涡轮发电机的排量。发电机总成包括涡轮、定子、转子和轴承，通过涡轮带动转子产生电能。配套附件包括上下接头和导线。此装置能够根据井下流体条件自适应调节流经涡轮的排量，解决了现有涡轮发电装置在流量和压力变化时供电不稳定的问题，具有良好的适应性和稳定性，可广泛应用于石油钻井领域。

技术研发人员：张佳佳,高峰,高铸科
受保护的技术使用者：东营千禧龙科工贸有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16