基本信息
- 項目名稱：
- 井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 基于耐高溫的泥漿渦輪結構，以磁力聯(lián)軸器作為傳動裝置，帶動交流發(fā)電機發(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、工作時間短、性能不穩(wěn)定的缺點，解決了井下儀器穩(wěn)定供電問題。
- 詳細介紹：
- 隨著地球上石油儲量的減少，石油鉆井的深度日益增加，通?？蛇_到9000m～15000m，而井下的溫度將隨著深度的增加而升高，達到225～250℃。目前，石油鉆機廣泛采用高性能鋰電池為井下測量儀器供電，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，甚至無法工作。另外，頻繁地更換鋰電池，將會使裝置的密封性能無法得到保證，進而帶來安全性能問題，因為井下測量儀器為了保證高壓下（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環(huán)境污染。本作品利用鉆井過程中產(chǎn)生的泥漿驅動渦輪，渦輪帶動發(fā)電機發(fā)電，為井下測量儀器提供電力。在經(jīng)過系統(tǒng)設計和水力計算后，獲得了詳細的設計結果。由于采用鉆井過程中產(chǎn)生的泥漿驅動渦輪發(fā)電，實現(xiàn)了從流體機械能到電能的轉化，同時減少了對高性能鋰電池（不可再生能源）的使用，本作品實現(xiàn)了節(jié)能。另外，采用井下電源系統(tǒng)為井下測量儀器供電，替代傳統(tǒng)的高性能鋰電池，實現(xiàn)了污染零排放，有利于環(huán)保。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的： 目前，石油鉆機廣泛采用高性能鋰電池為井下測量儀器供電，而鋰電池的工作溫度通常為150～175 oC。隨著地球上石油儲量的減少，石油鉆井的深度不斷增加，達到5000m～8000m，最深達到12000米，井下溫度亦不斷提高，通常達到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，甚至無法工作。另外，頻繁更換鋰電池，頻繁停機也將導致石油開采的成本升高。再者，使用鋰電池供電還將帶來環(huán)境污染。基本思路：石油鉆井過程中通常要將抽到地面上的泥漿進行水洗和篩選，然后將通過篩選后的只含細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驅動渦輪，渦輪進而帶動發(fā)電機發(fā)電，為井下測量儀器提供穩(wěn)定電源。創(chuàng)新點： 1. 利用原有的泥漿循環(huán)系統(tǒng)來穩(wěn)定供電； 2. 系統(tǒng)結構材料可耐高溫，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；技術關鍵： 1. 渦輪與發(fā)電機之間磁力聯(lián)軸器的選定； 2. 運動部件與靜止部件之間密封方式的確定； 3. 整流控制電路的設計； 4. 系統(tǒng)過載保護控制電路的設計；主要技術指標： 1. 泥漿流量：20～30升/秒； 2. 電機轉速：2200～3300轉/分； 3. 輸出功率：≧120W； 4. 連續(xù)工作時間：≧500小時；
科學性、先進性
- 科學性： 1.井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)利用鉆井過程中產(chǎn)生的泥漿來驅動渦輪，渦輪進而帶動發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)了從流體機械能到電能的轉化，替代了高性能鋰電池（不可再生能源），實現(xiàn)了節(jié)能。 2. 采用井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)為井下測量儀器供電，替代傳統(tǒng)的高性能鋰電池，實現(xiàn)了污染零排放，有利于環(huán)保。先進性： 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，不需要頻繁更換，更加節(jié)約資源，而且不會對環(huán)境造成污染。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年第三屆全國大學生節(jié)能減排大賽一等獎； 2010“求是杯”全校大學生課外學術科技作品競賽特等獎。 2011年湖北省“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 模型 圖紙 現(xiàn)場演示 圖片 錄像 樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術性分析說明：利用鉆井過程中產(chǎn)生的泥漿來驅動渦輪，使渦輪旋轉，進而帶動發(fā)電機發(fā)電，為井下測量儀器提供電力。與傳統(tǒng)的高性能鋰電池相比，本作品的技術特點在可靠性、經(jīng)濟性和環(huán)保性三個方面得以體現(xiàn)。 1. 可靠性與傳統(tǒng)的高性能鋰電池相比，基于渦輪驅動的井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)可以不受溫度條件的限制，能夠在高溫環(huán)境下運行，且性能更加穩(wěn)定，因而具有更高的可靠性。 2. 經(jīng)濟性與傳統(tǒng)的高性能鋰電池相比，基于渦輪驅動的井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命更長，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環(huán)境有污染，而基于渦輪驅動的井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)則相對而言，具有更好的環(huán)保性。 推廣應用的可行性：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，實現(xiàn)了節(jié)能減排，且能帶來很大的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 國外研究水平概述: 美國哈里伯頓公司研究的“隨鉆核磁共振測井儀MR-LWD”利用泥漿渦輪帶動泥漿發(fā)電機, 對可充電電池充電從而為井下電路提供穩(wěn)定可靠的電源.取得了較好的應用效果. 俄羅斯地平線有限責任公司生產(chǎn)的ZTS系列電磁波隨鉆測量系統(tǒng)（EM-MWD），采用井下渦輪發(fā)電機供電，把探管傳感器測出的井斜、方位、工具面角及地層參數(shù)實時的用電磁波發(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。美國能源部國家能源實驗室研制出了能在溫度為250℃下運行的井下泥漿渦輪發(fā)電系統(tǒng)，以替代目前廣泛應用的高性能鋰電池，降低供電成本. 國內的研究水平概述：目前國內相關公司也投入了相關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，渦輪通過一個緩沖夾壁套與磁力耦合器的外磁轉子連接。然而由于采用傳統(tǒng)的結構方式,無法給電機提供有效的保護措施，渦輪的構型也存在相應的缺陷,無法完全適應井下的工作條件。
