石油钻井用泥浆发电机综述

《石油钻井用泥浆发电机综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、石油仪器2013年第27卷第1期PETRoLEUMlNSTRUMENIS·31··仪器设备·石油钻井用泥浆发电机综述黄晓凡林恩怀(北京市普利门电子科技有限公司北京)摘要：石油钻井过程中，一般都需要给井下电子测量总成及旋转导向系统中的导向控制模块供电，与传统的锂电池相比，泥浆发电机具有耐高温性好、输出功率大等优势。根据涡轮与发电机本体连接方式的不同以及发电机本体结构形式的不同，论述了泥浆发电机的主要结构形式及其优缺点。结合泥浆发电机的结构示意图，阐明了其工作原理。指明由于发电机本体的直径受限，并且工作在井下高温高压

2、及泥浆排量变化的严酷环境下，导致其输出功率难以大幅度提高，并且给发电机本体制造工艺及涡轮选型等方面带来一系列特殊要求。文章主要以国外产品为例，详细介绍了泥浆发电机在无线随钻测量(MWD)和旋转导向系统(RSS)中的应用情况。最后从耐高温高压、输出电压的稳定性、功率／体积比三方面指明了泥浆发电机的发展趋势。关键词：石油钻井；泥浆发电机；结构形式；无线随钻测量；旋转导向系统；发展趋势中图法分类号：TE241文献标识码：B文章编号：1004—9134(2013)01—0031-03机结构示意图。其中导轮与钻铤固连，其上

3、分布有若0引言干导轮叶片，导轮的作用是将流过的泥浆沿着涡轮叶片的入口角进行导向，提高泥浆发电机对泥浆动能的随着石油钻井工业的发展，在复杂地质条件下钻利用率以及减小泥浆对涡轮的轴向冲击力。涡轮上也深井、水平井、多分支井的过程中，井下随钻测量仪分布有若干涡轮叶片。器和旋转导向仪器等发挥着至关重要的作用，其功能越来越强，使用的传感器和控制执行机构越来越多。在仪器工作过程中，一般都需要给井下电子测量总成及旋转导向系统中的导向控制模块供电。一种传统方式是利用耐高温锂电池供电，但其存在着诸如耐高温性差，输出电功率较小，操作不

4、当时可能爆炸等缺点。另外一种优选的方式是利用泥浆发电机供电『1]，通过井下循环泥浆冲刷涡轮带动发电机转子旋转发电，这种方式理论使用时间无限，国外产品连续使用时间也可到500h以上，维修时只需要更换少数易损图1应用旋转动密封的硬连接方式的泥浆发电机结构示意图件(如轴承等)，可重复使用，提供的电功率也较大，发电机转子和发电机定子构成发电机本体。发电因此在无线随钻测量(MWD)，自动垂直钻井系统及机定子为硅钢片叠压的齿槽结构，槽里绕有漆包线绕旋转导向系统中得到了广泛的应用。组，绕组一般是3相Y型接法。发电机转子上分布有

5、磁钢，可以是1对极，也可以是多对极，磁钢充磁方1泥浆发电机结构形式及工作原理向及安装形式主要有径向结构和切向结构两种。发电石油钻井用泥浆发电机主要由涡轮、发电机及两机本体结构以图l中所示内磁钢转子、外绕组定子形者的连接机构组成。根据涡轮与发电机连接方式的不式为主，也可以是盘式发电机结构或者无铁心的骨架同以及发电机本体结构形式的不同，泥浆发电机主要式定子结构【2]。由上述可知，发电机本体一般是3相分为以下3种。永磁同步发电机。1．1应用旋转动密封的硬连接方式发电机本体处在液压油中，通过旋转动密封隔离图1是应用旋转动

6、密封的硬连接方式的泥浆发电了泥浆，使得泥浆无法浸入发电机本体。涡轮可以和第一作者简介：黄晓凡，男，1976年生，1999年毕业于湖南大学电机专业，2002年获航天科技集团一院13所电机专业硕士学位。长期从事MWD、LWD、旋转导向用井下发电机、电动机、电磁阀及角度传感器等电磁元器件的设计与控制工作。邮编：100041石油仪器·32·PETRoLEUMINSTRUMENIS2013年2月发电机转子直接固连(如图1所示)，也可以在涡轮连，处于旋转状态，发电机定子(含定子绕组)和发轴和发电机转子之间安装齿轮变速器(处在

7、液压油电机抗压筒固连，处于静止状态。其优点是不需要旋中)，提高发电机转子的转速，使得发电机工作在更转动密封及磁耦合器连接，内绕组定子硅钢片槽口朝加优化的功率输出状态。外，属于开放式下线，下线方便；缺点是长期工作时泥浆发电机工作原理如下：从钻柱来的泥浆经过外转子磁钢处易于积累磁性碎屑，磨坏发电机抗压导轮导向后，冲刷涡轮带动涡轮转动，进而带动发电筒，造成仪器故障。机转子转动，转子磁钢产生的磁场切割发电机定子绕组产生三相交流电。导机筒应用旋转动密封的硬连接方式的泥浆发电机优点是涡轮与发电机直接连接，结构简单，轴向尺寸较

8、短；缺点是存在着容易泄露及动密封易磨坏等不可靠问题。1．2磁耦合器连接方式磁耦合器连接方式的泥浆发电机结构如图2所示。其中外磁耦合器磁钢和涡轮固连，内磁耦合器磁钢和图3磁钢与涡轮固连的外磁钢转子、内绕组发电机转子固连，两者之间通过隔离套隔离泥浆，使定子形式的泥浆发电机结构示意图发电机处于空气或液压油中，隔离套则和导轮一起固连在钻铤内(图2中钻铤未画出)。外磁耦合器磁钢、2