阅读说明：本技术 一种石油钻井用井下振动发电系统 (Downhole vibration power generation system for petroleum drilling ) 是由 宋顺平 杨森 罗军营 丛成 李小鹏 李金龙 李冠英 武立 朱建武 何璟彬 陈霖 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种石油钻井用井下振动发电系统,包括外筒,所述外筒两端连接有用于封堵的堵头,堵头内侧均连接有限位磁钢,外筒内壁上还连接有轴向的固定架,固定架内壁连接有限位装置,所述固定架外壁上连接有线圈绕组,外筒内还设有动子,动子从限位装置中穿过。外筒安装在钻具内,通过钻具振动使得动子运动切割线圈绕组的磁感线,收集钻具的振动能量为井下仪器供电,不用占用内环空空间,也避免了井下涡轮发电系统的泥浆冲蚀磨损,缩短仪器尺寸,降低测量点与钻头位置的距离。(The invention discloses an underground vibration power generation system for petroleum drilling, which comprises an outer barrel, wherein two ends of the outer barrel are connected with plugs for plugging, the inner sides of the plugs are connected with limiting magnetic steel, the inner wall of the outer barrel is also connected with an axial fixing frame, the inner wall of the fixing frame is connected with a limiting device, the outer wall of the fixing frame is connected with a coil winding, and a rotor is arranged in the outer barrel and penetrates through the limiting device. The outer barrel is installed in the drilling tool, the rotor moves to cut the magnetic induction lines of the coil winding through vibration of the drilling tool, vibration energy of the drilling tool is collected to supply power to the underground instrument, an inner annular space does not need to be occupied, slurry erosion abrasion of an underground turbine power generation system is avoided, the size of the instrument is shortened, and the distance between a measuring point and a drill bit is reduced.)

一种石油钻井用井下振动发电系统

技术领域

本发明属于地质勘探领域，具体涉及一种石油钻井用井下振动发电系统。

背景技术

在钻井生产中需要测量各类井下参数，同时根据测量的数据进行施工控制。而现有的井下各类测量仪器供电方式主要有电缆供电、锂电池供电、涡轮发电机供电等三种方式。其中电缆供电只能使用于单独数据测量，无法实现施工控制；电池供电受到电池容量限制，使用周期短，环境污染大，占用钻杆内环空体积等问题；涡轮发电机受泥浆冲刷严重，轴承等磨损件多，且同样存在占用钻杆内环空体积等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油钻井用井下振动发电系统，以实现不占用钻具内环空、不受钻井液影响的为井下仪器供电。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的，一种石油钻井用井下振动发电系统，包括外筒，所述外筒两端连接有用于封堵的堵头，堵头内侧均连接有限位磁钢，外筒内壁上还连接有轴向的固定架，固定架内壁连接有限位装置，所述固定架外壁上连接有线圈绕组，外筒内还设有动子，动子从限位装置中穿过。

所述限位装置为滚子方补芯，滚子方补芯外壁与固定架内壁相连，动子从滚子方补芯中穿过。

所述动子两端的极性分别与相近的限位磁钢同极性。

所述动子为圆柱形高温钐钴永磁磁钢。

所述线圈绕组的进线和出线均从同一个堵头处引出至外界。

所述外筒为阻磁材料。

所述固定架外壁上开有布线槽，线圈绕组缠绕在布线槽内。

本发明的有益效果在于：1、外筒安装在钻具内，通过钻具振动使得动子运动切割线圈绕组的磁感线，收集钻具的振动能量为井下仪器供电，不用占用内环空空间，也避免了井下涡轮发电系统的泥浆冲蚀磨损，缩短仪器尺寸，降低测量点与钻头位置的距离。

2、通过在外筒两端设置限位磁钢，且限位磁钢与动子接近的一端同极性，来对动子产生斥力，使得动子在规定的范围内来回运动。

附图说明

图1为石油钻井用井下振动发电系统结构示意图；

图中1、堵头；2、限位磁钢；3、固定架；4、滚子方补芯；5、动子；6、绕线圈组；7、外筒。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

【实施例1】

如图1所示，一种石油钻井用井下振动发电系统，包括外筒7，所述外筒7两端连接有用于封堵的堵头1，堵头1内侧均连接有限位磁钢2，外筒7内壁上还连接有轴向的固定架3，固定架3内壁连接有限位装置，所述固定架3外壁上连接有线圈绕组6，外筒7内还设有动子5，动子5从限位装置中穿过。

外筒7为筒状结构，内部中空用于安放其他部件，两端的开口均连接有堵头1，用于封堵两端，隔离外筒7的内外。

外筒7的内壁上连接有固定架3，固定架3的外壁连接在外筒7内壁上，固定架3的内壁上又固定有限位装置，动子5从限位装置中穿过。

堵头1位于外筒7内侧的一面上还都连接有限位磁钢2。

【实施例2】

如图1所示，在实施例1的基础上，所述限位装置为滚子方补芯4，滚子方补芯4外壁与固定架3内壁相连，动子5从滚子方补芯4中穿过。

所述动子5两端的极性分别与相近的限位磁钢2同极性。

所述动子5为圆柱形高温钐钴永磁磁钢。

限位装置为滚子方补芯4，滚子方补芯4的外壁与固定架3内壁相连，动子5从滚子方补芯4的内环中穿过，如图1，动子5可以沿滚子方补芯4上下移动。

滚子方补芯4为现有设备，其中心为多个竖直转动的滚轮形成的通道，动子5从通道内穿过，这样动子5在上下移动时，滚子方补芯4的滚轮随之转动，这样动子5在移动时受到的摩擦力较小，同时多个滚轮形成的通道也限制了动子5的位置，将动子5夹在中间，避免了动子5上下移动时左右晃动。滚子方补芯4还可采用其他轴承，如滚针轴承，可供动子5穿过且动子5与限位装置内壁摩擦小即可。

并且滚子方补芯4有两个，如图1所示，动子5运动到最上端时，动子5下端不从下方的滚子方补芯4中脱离，动子5运动到最下端时，动子5上端不从上方的滚子方补芯4中脱离，这样使用两个滚子方补芯4才能使得动子5左右摆动。

并且动子5两端的极性与相近的限位磁钢2相同图1中，动子5上端的极性与顶端的限位磁钢2极性相同；动子5下端的极性与底端的限位磁钢2极性相同。

所述线圈绕组6的进线和出线均从同一个堵头1处引出至外界。

线圈绕组6的进线端和出线端，均从同一个堵头1处引出至外界，与外界设备线路电连接，形成一个完整的回路，为外界设备供电。

所述外筒7为阻磁材料。整个振动发电系统是安装在整个钻铤壁内，钻铤是金属管制品，其材质为45钢，而振动发电系统内部的动子5是磁钢，长时间使用时磁钢会磁化钻铤，也就是说整个供电系统都受到钻铤的磁干扰，因此必须要使用阻磁材料，避免外部钻铤对振动发电系统产生影响。常用的阻磁材料主要有软铁、硅钢片、波莫合金片、铝合金6061、铜H62、陶瓷阻磁材料等，具体使用的是铜H62。

所述固定架3外壁上开有布线槽，线圈绕组6缠绕在布线槽内。

固定架3的外壁上开有向外筒7轴线，即内部凹陷的绕线槽，用于容纳线圈绕组6，而固定架3的内壁保持平直，没有凹槽。

在使用中，在钻具内开槽，将石油钻井用井下振动发电系统固定在钻具槽内，从堵头1引出的进线和出线与井下仪器电路相连。随着钻具振动，动子5在外筒7内上下移动，这一过程中动子5切割磁感线形成电流，为井下仪器供电，当动子5运动至最高点时，动子5上端与上端的限位磁钢2斥力达到最大，动子5不再向上运动；动子5运动到最低端时，动子5下端与底端的限位磁钢2斥力达到最大，不再向下运动，通过磁排斥力限定了动子5的活动范围。因为安装在钻具内，因此不会占用钻具内的环空空间，从而缩短了仪器尺寸，降低测量点与钻头位置的距离，也不会像井下涡轮发电系统一样被泥浆冲蚀磨损。降低了劳动强度和安全风险，提高功效。