[發明專利]井下渦輪組件

有效

• 申請號: 201480083217.1
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN107075928B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: B·S·賴利;L·D·錢伯斯
• 申請（專利權）人: 哈里伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B21/08
• 分類號: E21B21/08;E21B43/12
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 丁曉峰

一種井下渦輪組件包括定子殼體，所述定子殼體具有定位在所述定子殼體內并從所述定子殼體徑向向內延伸的一個或多個定子葉片。具有第一末端和第二末端的轉子軸可旋轉地定位在所述定子殼體內并具有展現第一直徑的第一部分和展現大于所述第一直徑的第二直徑的第二部分。一個或多個轉子葉片固定到所述第二部分用于隨所述轉子軸旋轉，并且第一軸承組件定位在所述第一末端處且第二軸承組件定位在所述第二末端處。所述軸承殼體中的至少一個提供主流動路徑和次級流動路徑，并且一個或多個徑向軸承和一個或多個止推軸承布置在所述次級流動路徑中。

發明背景

油井和氣井的鉆探通常涉及使用若干不同測量和遙測系統來提供關于由鉆孔穿透的地下地層的數據和關于在鉆探過程期間的各種鉆探力學的狀態的數據。在隨鉆測量(MWD)工具中，例如，使用位于鉆柱中、接近鉆頭的各種傳感器獲取數據。這個數據存儲在井下存儲器中或使用各種遙測裝置，諸如泥漿脈沖或電磁遙測設備傳輸到地表。此類傳感器需要電力，并且由于通過鉆柱從地表向傳感器延伸電力供應電纜不可行，常常在井下獲得電力。

在一些情況下，例如，可使用安裝在鉆柱中、位于傳感器的位置處或附近的電池組為傳感器供電。然而，此類電池組具有有限的壽命并且由于需要容納電池組和相關聯傳感器板的接頭/殼體而使鉆柱的設計復雜化。此外，電池組在鉆柱中占據大量空間，因此可能引入對于循環鉆井液不想要的流動限制。在其他情況下，可使用包括在鉆柱中的電力發電機給傳感器提供動力。例如，典型的基于鉆井液流動的發電機采用轉子軸，所述轉子軸具有從其徑向延伸的多個轉子。轉子放置在鉆井液流動路徑中以便將鉆井液的液壓能量轉換為轉子軸的旋轉。當轉子軸旋轉時，電力可在相關聯線圈發電機中產生。在其他應用中，轉子軸的旋轉能量可根據需要傳輸到各種井下設備。

附圖簡述

以下圖示被包括來說明本公開的某些方面，并且不應視作排他性實施方案。本公開的主題能夠以不偏離本公開的范圍的形式和功能進行相當多的修改、改變、結合和等效物。

圖1是可以采用本公開的原理的示例性鉆探系統的示意圖。

圖2是示例性井下渦輪組件的剖視側視圖。

具體實施方式

本公開大體上涉及井下鉆探組件，并且更具體地說，涉及用于發電和/或設備致動的井下渦輪組件。

本文所述的實施例提供井下渦輪組件，所述井下渦輪組件最小化軸承堆疊使得軸承與多個轉子之間的軸承空隙最小化，因此更易于控制。井下渦輪組件可包括通過渦輪級幫助避免堆疊的階梯式轉子軸，所述井下渦輪組件允許更小的軸承空隙。布置在轉子軸的一個或兩個末端處的軸承組件可包括軸承殼體，所述軸承殼體提供主流動路徑和次級流動路徑，其中一個或多個徑向軸承和一個或多個止推軸承可布置在次級流動路徑中。循環通過軸承殼體的流體的一部分可流動通過次級流動路徑以便潤滑并冷卻徑向軸承和/或止推軸承。此外，與轉子葉片相反，軸承組件抵靠轉子軸預裝入。因此，渦輪的軸向行進可最小化并且轉子葉片可拉長，并且軸向相鄰的轉子葉片與定子葉片之間的空隙可縮短，由此形成更有效的井下渦輪組件。

本文所述的井下渦輪組件可以是模塊化的并且以其他方式作為單個可運輸單元處理。模塊化設計和仔細的軸承堆疊允許在不需要敏感且費時的過程、測量或填隙的情況下容易地組裝本文所述的井下渦輪組件。如將了解，因為在常規渦輪組件中通常遵循的敏感過程被排除并且發生操作員錯誤的可能性減少，所以這可幫助減少組裝成本。

參考圖1，示出可采用本公開的一個或多個原理的示例性鉆探系統100。可通過使用鉆探系統100鉆探到地面102中來形成鉆孔。鉆探系統100可被構造來驅動井底組件(BHA)104，所述井底組件(BHA)104定位或以其他方式布置在鉆柱106的底部處，所述鉆柱106從布置在地表110處的井架108延伸到地面102中。井架108包括方鉆桿112以及用來降低和提升方鉆桿112和鉆柱106的行進塊113。