一种注水井井下发电装置的制作方法

1.本实用新型属于油田注水井井下分层注水设备技术领域，具体涉及一种注水井井下发电装置。


背景技术：

2.在油田开发各阶段，可以通过注水井将水从井口注入油藏，使各油层具有较强的驱动力以提高采收率和开采速度。传统的注水方式不能解决层间矛盾，同时各储油层吸水能力各不相同，所以分层注水被越来越多的油田所采用。现有的注水分层测调的供电实施方案大多为电缆供电，其缺点在于井下的高温高压环境使电缆容易发生故障，另一种供电方式为电池供电，但由于电池是一次性的，需要定期更换，这样提高了成本且不环保，因此，采用涡轮发电机发电能够解决上述问题。
3.现有技术中，现有的井下涡轮发电机主要是大流量发电，一般适用于钻井，利用钻井作业时排出的大量泥浆作为动力来源，该类型发电机一般也没有严格的体积限制，所以发电功率一般较大。但是，由于注水井井下空间狭窄，发电装置体积较大且不能占据注水主通道，否则会影响正常注水，而且，注水井的注水量有限，流体动能较小，驱动大流量发电装置工作的发电效率极低。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种注水井井下发电装置。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.一种注水井井下发电装置，包括：设置在井下的注水主通道一侧的支流通道的出水口上的发电机本体；
6.所述发电机本体，包括：导流盘、涡轮、外转子组件、内定子组件和发电电路组件；
7.所述导流盘，水平设置，开设有多个导流通孔，与所述内定子组件的一端固定连接；
8.所述导流通孔，一端朝向所述支流通道，另一端朝向所述涡轮的叶片的表面；
9.所述涡轮，位于所述导流盘的下方，与所述内定子组件转动连接；
10.所述外转子组件，套设在所述内定子组件外部，一端与所述涡轮固定连接，另一端与所述内定子组件的另一端转动连接；
11.所述发电电路组件，与所述内定子组件固定连接；
12.所述注水主通道靠近所述支流通道的进水口的下方设置有堵塞器。
13.在本实用新型的一个实施例中，所述外转子组件，包括：永磁体和转子外壳；所述内定子组件，包括：定子铁芯和定子外壳；
14.所述定子外壳，穿设在所述转子外壳内，一端与所述导流盘固定连接且与所述涡轮转动连接，另一端与所述发电电路组件固定连接且与所述转子外壳的另一端转动连接；
15.所述定子铁芯，固设在所述定子外壳内；
16.所述永磁体，固设在所述转子外壳的内壁上，位于所述转子外壳和所述定子外壳之间；
17.所述转子外壳，一端与所述涡轮固定连接。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述定子铁芯的外壁上开设有多个斜长槽；
19.所述斜长槽，沿定子铁芯的一端向正对的另一端的一侧延伸。
20.在本实用新型的一个实施例中，所述转子外壳的厚度为1.5mm
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2.0mm。
21.在本实用新型的一个实施例中，所述转子外壳的材料为cr12。
22.在本实用新型的一个实施例中，所述定子外壳的一端通过第一轴承与所述涡轮转动连接，所述定子外壳的另一端通过第二轴承与所述转子外壳的另一端转动连接。
23.在本实用新型的一个实施例中，所述第二轴承与所述定子外壳密封连接。
24.在本实用新型的一个实施例中，所述发电电路组件，包括：电路外壳和电路板；
25.所述电路外壳，一端与所述定子外壳的另一端固定且密封连接，另一端上设有导线底座；
26.所述导线底座与所述电路外壳的另一端密封连接，所述导线底座上设有至少一个导线通孔和至少一个密封针；
27.所述密封针，设置在所述导线通孔上；
28.所述电路板，设置在所述电路外壳内。
29.在本实用新型的一个实施例中，所述电路板通过导线与所述定子铁芯的绕组引线和所述密封针电连接。
30.本实用新型的有益效果：
31.1、本实用新型的发电机本体设置在注水主通道的侧面，当需要使用发电机本体发电时，通过堵塞器堵塞注水主通道，则井上的注水可以进入支流通道到达发电机本体处，水流推动涡轮转动使发电机开始发电，因此，发电机本体不会占用注水主通道，不会影响正常注水。
32.2、本实用新型的发电机本体为外转子内定子结构，简化了现有涡轮发电机复杂的传动结构，增强了整体机械强度与稳定性，同时，导流盘可以使作用在涡轮的叶片上的水流具有方向性和更强的动能，水流汇聚为与涡轮的叶片相同数量的流体束，不但增加了流速，而且流体束的能量集中作用在叶片上，增加了对于叶片的作用力，增加了作用在叶片上的流体束的动能，使水流的能量充分被利用，从而提高了发电效率。
33.以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
34.图1是本实用新型实施例提供的一种注水井井下发电装置的结构示意图；
35.图2是本实用新型实施例提供的导流盘的剖面结构示意图；
36.图3是本实用新型实施例提供的一种注水井井下发电装置的剖面结构示意图；
37.图4是本实用新型实施例提供的定子铁芯的结构示意图。
38.附图标记说明：
39.10
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注水主通道；20
‑
支流通道；30
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导流盘；31
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导流通孔；40
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涡轮；50
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外转子组件；51
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永磁体；52
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转子外壳；60
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内定子组件；61
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定子铁芯；62
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定子外壳；63
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斜长槽；64
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第一轴承；65
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第二轴承；66
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第一密封圈；67
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第二密封圈；70
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发电电路组件；71
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电路外壳；72
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电路板；73
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导线底座；74
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导线通孔；75
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密封针；76
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第三密封圈；80
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堵塞器。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
41.实施例一
42.请参见图1，一种注水井井下发电装置，包括：设置在井下的注水主通道10一侧的支流通道20的出水口上的发电机本体。注水主通道10的一侧设置有支流通道20，支流通道20的进水口和注水主通道10连通，支流通道20的出水口上设置有发电机本体。注水主通道10靠近支流通道20的进水口的下方设置有堵塞器80，在需要发电时，堵塞器80可以将注水主通道10进行堵塞，进入注水主通道10的水流可以从支流通道20进入，从而作用在发电机本体上，启动发电机本体进行发电。
43.本实施例的发电机本体设置在注水主通道10的侧面，偏心设置，当需要使用发电机本体发电时，通过堵塞器80堵塞注水主通道10，则井上的注水可以进入支流通道20到达发电机本体处，水流推动涡轮40转动使发电机开始发电，因此，发电机本体不会占用注水主通道10，不会影响正常注水。
44.发电机本体包括：导流盘30、涡轮40、外转子组件50、内定子组件60和发电电路组件70。导流盘30水平设置，导流盘30上开设有多个导流通孔31，导流盘30与内定子组件60的一端固定连接。导流通孔31的一端朝向支流通道20，导流通孔31的另一端朝向涡轮40的叶片的表面。导流通孔31贯通导流盘30的上盘面和下盘面。涡轮40位于导流盘30的下方，涡轮40与内定子组件60的一端转动连接。导流通孔31的数量和涡轮40的叶片的数量相同，一个导流通孔31对应一个叶片。外转子组件50套设在内定子组件60外部，外转子组件50的一端与涡轮40固定连接，外转子组件50的另一端与内定子组件60的另一端转动连接。发电电路组件70与内定子组件60固定连接。
45.本实施例中，进入支流通道20的水流通过导流通孔31作用在涡轮40的叶片上，使涡轮40转动，涡轮40带动外转子组件50转动，相当于内定子组件60做切割磁感线运动，从而产生电能，产生的电能通过导线进入发电电路组件70的电路，存储在储能电池中或直接为井下测调一起供电。其中，当处于注水状态时，堵塞器80不会堵塞注水主通道10，注水井流体由于重力作用将会通过注水主通道10继续向下，完成分层注水作业。
46.本实施例中，发电机本体为外转子内定子结构，简化了现有涡轮40发电机复杂的传动结构，增强了整体机械强度与稳定性。同时，井上的水流通过导流盘30的导流通孔31，水流被汇聚为多个流体束，流体束直接作用在涡轮40的叶片上，增加了流速，同时，每个流体束的能量集中作用在叶片上，可以使作用在涡轮40的叶片上的水流具有方向性和更强的动能，增加了作用在叶片上的流体束的动能，使水流的能量充分被利用，因此，增加了对于涡轮40转动的作用力，不仅增加了涡轮40的转动的启动力，还提高了涡轮40的转速，从而提高了发电效率。
47.本实施例中，外转子组件50、内定子组件60竖直设置，涡轮40位于外转子组件50的上端，带动外转子组件50转动，发电电路组件70位于内定子组件60的下端。发电机本体的体
积较小，适用于在较小的空间中使用。
48.在一种可行的实现方式中，如图2所示，导流通孔31为倾斜的斜孔，导流通孔31的孔轴的延长线与涡轮40的叶片接近垂直，增加对于叶片的作用力，使注入的水流利用率达到最大化。其中，涡轮40的叶片面积较小，在流体束流入时一般没有涡流产生，流出时也不容易有回流现象产生，这样一来可以减少流体能量的损耗。
49.在一种可行的实现方式中，发电机本体的直径为40
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42mm，外转子组件50的长度为19
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20cm，发电机本体结构紧凑体积小。需要说明的是，外转子组件50若长度太长则导致启动力矩偏大，若长度太短则内定子组件60和外转子组件50中的体积太小，发电效率过低。因此，在注水井使用时，在发电机本体的直径为42mm时，外转子组件50的长度为20cm时，启动力矩和发电效率均能够达到最优。
50.在一种可行的实现方式中，堵塞器80可以是机械结构由井上控制工作进行堵塞或连通。或者投掷堵塞器80至注水主通道10上，注水时将堵塞器80取出即可。
51.实施例二
52.如图3所示，本实施例在实施例一的基础上，进一步限定了，外转子组件50，包括：永磁体51和转子外壳52。内定子组件60，包括：定子铁芯61和定子外壳62。定子外壳62穿设在转子外壳52内，定子外壳62的一端与导流盘30固定连接且与涡轮40转动连接，定子外壳62的另一端与发电电路组件70固定连接且与转子外壳52的另一端转动连接。定子铁芯61固设在定子外壳62内。定子铁芯61与定子外壳62螺纹连接。永磁体51固设在转子外壳52的内壁上，永磁体51位于转子外壳52和定子外壳62之间。转子外壳52的一端与涡轮40固定连接。本实施例中，如图3所示，导流盘30与定子外壳62的上端固定连接，涡轮40与定子外壳62的上端转动连接，涡轮40与转子外壳52的上端固定连接在一起，转子外壳52的下端与定子外壳62转动连接，因此，涡轮40转动可以带动转子外壳52和永磁体51相对于定子外壳62转动，定子铁芯61与定子外壳62固定不动。在该实施例中，转子外壳52可以有效地闭合磁路，提高了发电效率。
53.进一步地，如图4所示，定子铁芯61的外壁上开设有多个斜长槽63。斜长槽63沿定子铁芯61的一端向正对的另一端的一侧延伸。本实施例中，定子铁芯61上的多个斜长槽63平衡了定子铁芯61与永磁体51之间的吸引力，有效的减小了发电机本体的启动力矩与运行时由于磁路间隙导致的顿挫。
54.进一步地，转子外壳52的厚度为1.5mm
‑
2.0mm。本实施例中，转子外壳52的厚度较小，转子外壳52内空间相对较大，定子外壳62和永磁体51的距离较近，则定子铁芯61可以具有较大的放置空间，可以提高定子铁芯61的线圈匝数，从而提高发电效率。
55.进一步地，转子外壳52的材料为cr12。本实施例中，cr12制成的转子外壳52可以更加有效地闭合磁路，进一步提高了发电效率。
56.进一步地，如图3所示，定子外壳62的一端通过第一轴承64与涡轮40转动连接，定子外壳62的另一端通过第二轴承65与转子外壳52的另一端转动连接。本实施例中，第一轴承64的内圈与定子外壳62的上端固定连接，第一轴承64的外圈与涡轮40固定连接。第二轴承65的内圈与定子外壳62的下端固定连接，第二轴承65的外圈与转子外壳52的下端固定连接。第二轴承65与定子外壳62密封连接。定子外壳62的下端上套有第一密封圈66，第一密封圈66将第二轴承65的内圈套在第一密封圈66上，第一密封圈66对定子外壳62内形成密封，
防止水流从定子外壳62进入发电电路组件70中导致电路损坏。
57.进一步地，如图3所示，发电电路组件70，包括：电路外壳71和电路板72。电路外壳71的一端与定子外壳62的另一端固定且密封连接，电路外壳71的另一端上设有导线底座73。导线底座73与电路外壳71的另一端密封连接，导线底座73上设有至少一个导线通孔74和至少一个密封针75。密封针75设置在导线通孔74上。电路板72设置在电路外壳71内，电路板72通过导线与定子铁芯61的绕组的引线电连接。导线通孔74和密封针75的数量相同。
58.本实施例中，电路外壳71的上端与定子外壳62的下端螺纹连接。定子外壳62的下端还通过第二密封圈67与电路外壳71的上端密封连接，第二密封圈67套在定子外壳62下端上位于定子外壳62和电路外壳71之间。导线底座73插接在电路外壳71的下端上，电路外壳71的下端通过第三密封圈76与导线底座73密封连接，第三密封圈76套设在导线底座73上位于电路外壳71和导线底座73之间。电路板72的导线穿过导线通孔74与密封针75电连接，密封针75与井下储能电池或测调仪器电连接。本实施例中的第二密封圈67和第三密封圈76对电路外壳71内形成密封，避免水进入电路外壳71内损坏电路板72。
59.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
60.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
61.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
62.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
63.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
64.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。