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基本信息

項(xiàng)目名稱：
井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
基于耐高溫的泥漿渦輪結(jié)構(gòu)，以磁力聯(lián)軸器作為傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的集成創(chuàng)新井下發(fā)電系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)使用的鋰電池不耐高溫、工作時(shí)間短、性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，解決了井下儀器穩(wěn)定供電問題。
詳細(xì)介紹：
隨著地球上石油儲(chǔ)量的減少，石油鉆井的深度日益增加，通常可達(dá)到9000m～15000m，而井下的溫度將隨著深度的增加而升高，達(dá)到225～250℃。目前，石油鉆機(jī)廣泛采用高性能鋰電池為井下測(cè)量?jī)x器供電，而鋰電池的工作溫度為150～175℃。深井中的高溫環(huán)境，將使得鋰電池性能和壽命都大幅度降低，甚至無(wú)法工作。另外，頻繁地更換鋰電池，將會(huì)使裝置的密封性能無(wú)法得到保證，進(jìn)而帶來(lái)安全性能問題，因?yàn)榫聹y(cè)量?jī)x器為了保證高壓下（100MPa）的密封，不允許經(jīng)常拆卸。再者，使用鋰電池供電還將帶來(lái)環(huán)境污染。本作品利用鉆井過程中產(chǎn)生的泥漿驅(qū)動(dòng)渦輪，渦輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，為井下測(cè)量?jī)x器提供電力。在經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計(jì)和水力計(jì)算后，獲得了詳細(xì)的設(shè)計(jì)結(jié)果。由于采用鉆井過程中產(chǎn)生的泥漿驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了從流體機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化，同時(shí)減少了對(duì)高性能鋰電池（不可再生能源）的使用，本作品實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。另外，采用井下電源系統(tǒng)為井下測(cè)量?jī)x器供電，替代傳統(tǒng)的高性能鋰電池，實(shí)現(xiàn)了污染零排放，有利于環(huán)保。

作品圖片

  • 井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)
  • 井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)
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  • 井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)目的： 目前，石油鉆機(jī)廣泛采用高性能鋰電池為井下測(cè)量?jī)x器供電，而鋰電池的工作溫度通常為150～175 oC。隨著地球上石油儲(chǔ)量的減少，石油鉆井的深度不斷增加，達(dá)到5000m～8000m，最深達(dá)到12000米，井下溫度亦不斷提高，通常達(dá)到200～250 oC。深井中的高溫環(huán)境，將使得鋰電池性能和壽命都大幅度降低，甚至無(wú)法工作。另外，頻繁更換鋰電池，頻繁停機(jī)也將導(dǎo)致石油開采的成本升高。再者，使用鋰電池供電還將帶來(lái)環(huán)境污染?；舅悸罚菏豌@井過程中通常要將抽到地面上的泥漿進(jìn)行水洗和篩選，然后將通過篩選后的只含細(xì)小泥沙的泥漿泵壓回灌，注入到鉆孔中，本作品正是利用這回灌的泥漿來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪，渦輪進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，為井下測(cè)量?jī)x器提供穩(wěn)定電源。創(chuàng)新點(diǎn)： 1. 利用原有的泥漿循環(huán)系統(tǒng)來(lái)穩(wěn)定供電； 2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料可耐高溫，打破環(huán)境的限制； 3. 巧妙采用磁力聯(lián)軸器柔性連接，提高系統(tǒng)的可靠性； 4. 系統(tǒng)合理集成增加了使用壽命，節(jié)能環(huán)保；技術(shù)關(guān)鍵： 1. 渦輪與發(fā)電機(jī)之間磁力聯(lián)軸器的選定； 2. 運(yùn)動(dòng)部件與靜止部件之間密封方式的確定； 3. 整流控制電路的設(shè)計(jì)； 4. 系統(tǒng)過載保護(hù)控制電路的設(shè)計(jì)；主要技術(shù)指標(biāo)： 1. 泥漿流量：20～30升/秒； 2. 電機(jī)轉(zhuǎn)速：2200～3300轉(zhuǎn)/分； 3. 輸出功率：≧120W； 4. 連續(xù)工作時(shí)間：≧500小時(shí)；

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性： 1.井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)利用鉆井過程中產(chǎn)生的泥漿來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪，渦輪進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了從流體機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)化，替代了高性能鋰電池（不可再生能源），實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。 2. 采用井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)為井下測(cè)量?jī)x器供電，替代傳統(tǒng)的高性能鋰電池，實(shí)現(xiàn)了污染零排放，有利于環(huán)保。先進(jìn)性： 1. 與傳統(tǒng)的高性能鋰電池相比，井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)可以不受溫度條件的限制，能在高溫環(huán)境下運(yùn)行，且性能更加穩(wěn)定。 2. 與傳統(tǒng)的高性能鋰電池相比，井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命更長(zhǎng)，不需要頻繁更換，更加節(jié)約資源，而且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2010年第三屆全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排大賽一等獎(jiǎng)； 2010“求是杯”全校大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 2011年湖北省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

暫無(wú)

作品可展示的形式

模型 圖紙 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

技術(shù)性分析說明：利用鉆井過程中產(chǎn)生的泥漿來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪，使渦輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，為井下測(cè)量?jī)x器提供電力。與傳統(tǒng)的高性能鋰電池相比，本作品的技術(shù)特點(diǎn)在可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性三個(gè)方面得以體現(xiàn)。 1. 可靠性與傳統(tǒng)的高性能鋰電池相比，基于渦輪驅(qū)動(dòng)的井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)可以不受溫度條件的限制，能夠在高溫環(huán)境下運(yùn)行，且性能更加穩(wěn)定，因而具有更高的可靠性。 2. 經(jīng)濟(jì)性與傳統(tǒng)的高性能鋰電池相比，基于渦輪驅(qū)動(dòng)的井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命更長(zhǎng)，不需要頻繁更換，更加節(jié)約資源，降低開采成本。 3. 環(huán)保性由于高性能鋰電池對(duì)環(huán)境有污染，而基于渦輪驅(qū)動(dòng)的井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)則相對(duì)而言，具有更好的環(huán)保性。 推廣應(yīng)用的可行性：井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)很好地解決了由于高溫導(dǎo)致鋰電池性能、壽命大幅降低，甚至失效等問題，為井下儀器的穩(wěn)定供電提供了有效保障。該系統(tǒng)減少了鋰電池這種污染環(huán)境且不可再生能源的消耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，且能帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述

國(guó)外研究水平概述: 美國(guó)哈里伯頓公司研究的“隨鉆核磁共振測(cè)井儀MR-LWD”利用泥漿渦輪帶動(dòng)泥漿發(fā)電機(jī), 對(duì)可充電電池充電從而為井下電路提供穩(wěn)定可靠的電源.取得了較好的應(yīng)用效果. 俄羅斯地平線有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZTS系列電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)（EM-MWD），采用井下渦輪發(fā)電機(jī)供電，把探管傳感器測(cè)出的井斜、方位、工具面角及地層參數(shù)實(shí)時(shí)的用電磁波發(fā)送到地面。地面系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，處理后顯示給定向井工程師。美國(guó)能源部國(guó)家能源實(shí)驗(yàn)室研制出了能在溫度為250℃下運(yùn)行的井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)，以替代目前廣泛應(yīng)用的高性能鋰電池，降低供電成本. 國(guó)內(nèi)的研究水平概述：目前國(guó)內(nèi)相關(guān)公司也投入了相關(guān)精力投入到井下儀器供電的研究中，如北京天形精鉆科技開發(fā)有限公司便開發(fā)出了一種井下泥漿發(fā)電機(jī)，渦輪通過一個(gè)緩沖夾壁套與磁力耦合器的外磁轉(zhuǎn)子連接。然而由于采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式,無(wú)法給電機(jī)提供有效的保護(hù)措施，渦輪的構(gòu)型也存在相應(yīng)的缺陷,無(wú)法完全適應(yīng)井下的工作條件。
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