[发明专利]一种基于涡轮发电机驱动的自动垂直钻井装置

说明书

一种基于涡轮发电机驱动的自动垂直钻井装置，包括钻铤，钻铤内上方设置有上支撑架，上支撑架内设置有第一工具控制轴，钻铤内下方设置有下支撑架，下支撑架内设置有第二工具控制轴，第一工具控制轴与第二工具控制轴之间依次设有相互连接的电子仓、发电机、涡轮；当进行垂直钻井作业时，井口的钻井泵将高压钻井液通过钻柱泵入井下，当钻井液冲刷涡轮时，涡轮将带动发电机转子旋转，从而产生旋转磁场，发电机定子外绕组导线切割磁感线将产生感应电流，电流引入电子仓中，供电子仓内的电子设备工作，发电机产生感应电流的同时，在绕组上产生电磁力矩，控制第二工具控制轴的运动，纠斜井眼轨迹；具有结构简单，可靠性高，成本低，实用性好的优点。

技术领域

本发明涉及一种自动垂直钻井工具，特别涉及一种基于涡轮发电机驱动的自动垂直钻井装置。

背景技术

油气田勘探开发过程中，地层构造复杂，而自动垂直钻井工具是一种能够自动有效控制井斜、保证钻头始终沿垂直方向钻进的机电液一体化智能闭环导向钻井装置，在保证井眼质量的同时，能有效提高机械钻速、释放钻压、降低钻井成本，被广泛应用。自动垂直钻井工具按照稳定平台的结构形式可分为机械式和电控式，机械式的工具结构简单、维护成本低、对工具的密封要求低、可靠性高、耐高温高压能力强，能够承受强烈的振动和冲击，但其控制精度较低，工具所钻井眼轨迹较差。电控式工具控制精度高，工具所钻井眼轨迹好；但是对于工具的密封要求较高，且抗高温高压能力较差，结构复杂，后期维护成本较高。

目前采用电控式稳定平台的自动垂直钻井工具，均利用上下两个旋转方向相反的涡轮发电机进行驱动，产生两个相反的电磁力矩，在钻井液排量固定的情况下，上涡轮发电机产生的电磁力矩是相对固定的，通过控制下涡轮发电机电磁力矩的大小，双向控制工具轴的运动。涡轮发电机是工具最脆弱的部件，使用两个涡轮发电机的自动垂直钻井工具的可靠性较低。

专利申请CN215443928U公开了一种石油、天然气钻井的配套装置，特别涉及一种机电一体化自动垂直钻井工具。该自动垂直钻井工具的涡轮发电机安装在安装壳中，涡轮发电机通过轴承套装在上支撑轴上，偏重块上接中支撑轴，中支撑轴与步进电机连接；该垂直钻井工具利用涡轮发电机发电，然后把电给测控元器件和步进电机，通过偏重块和步进电机驱动上盘阀匀速旋转，或将上盘阀的通孔对准井眼高边，使钻井液推动相应的推靠肋板，使钻头始终保持向垂直方向钻进，稳定性较好，但是其驱动结构复杂，使用及维修成本均较高。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出了一种基于涡轮发电机驱动的自动垂直钻井装置，通过减少发电机个数，能够提高自动垂直钻井工具的可靠性，驱动结构简单，减少发电机的使用成本和更换成本，有利于缩小自动垂直钻井工具的轴向长度，进一步满足垂直钻井作业的效率需求，利用单涡轮发电机产生的单个电磁力矩对工具控制轴进行单向控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于涡轮发电机驱动的自动垂直钻井装置，包括钻铤1，所述钻铤1内上方设置有上支撑架2，上支撑架2内侧连接有第一工具控制轴17，钻铤1内下方设置有下支撑架6，下支撑架6内侧连接有第二工具控制轴12，第一工具控制轴17与第二工具控制轴12之间依次设有相互连接的电子仓3、发电机4、涡轮5，第二工具控制轴12底端与上盘阀7相连接，上盘阀7与下盘阀8摩擦接触连接，下盘阀8底部与钻铤1内底壁刚性连接；钻铤1下方外壁还设有滑套9，滑套9内放置有推靠肋板10。

所述发电机4包括同轴连接的定子13和转子14，定子13外周环绕着绕组15，转子14内侧嵌有多根永磁体16，绕组15与永磁体16之间留有间隙，绕组15与永磁体16轴向长度相适配；所述定子13与转子14相对旋转，产生感应电流。

所述定子13顶端与电子仓3底部刚性连接，定子13底端穿过转子14与第二工具控制轴12顶端刚性连接。

所述钻铤1底端内部开设泥浆流道11。