一种油井井下供电装置及方法技术领域
本申请涉及油田开发技术领域，特别涉及一种油井井下供电装置及方法。
背景技术
在油田开发过程中，需要实时采集油井中的温度、压力、流量、动液面、载荷等各类
参数数据。为了实时采集这些参数数据，就需要维持井下测试设备的持续工作，而持续不断
的电力供应是所述井下测试设备能够持续工作的重要保障。因此，包括井下测试设备在内
的井下用电器的电力供应问题十分重要。
现有技术中，可以通过连接电缆的方式，为井下用电器提供电力供应，但是电缆的
布设成本较高，而且电缆在井下环境中较容易发生损坏。现有技术中也可以通过井下电池
为井下测试设备供电，但是，井下电池的储电量有限，因此续航能力有限，需要经常更换或
者充电，这就导致增加了测试工作中的生产成本和作业工作量。
现有技术中至少存在如下问题：现有的井下供电装置续航能力较低，为了保证井
下测试设备的持续工作，需要经常更换电池或者进行充电，增加了生产成本和作业工作量。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种油井井下供电装置及方法，以实现井下供电装置
的自行发电，提高井下供电装置的续航能力，降低生产成本和作业工作量。
一种油井井下供电装置，所述装置包括：
壳体，所述壳体内部与外部连通；
气囊，设置于所述壳体中，所述气囊中装有定量的气体，所述气囊随着油井中液体
压力的变化膨胀或收缩；
传动件，所述传动件包括第一端，从第一端直线延长到第二端，所述第一端与所述
气囊连接，靠近所述第二端的侧壁处设置有齿条部，所述气囊膨胀或收缩时，驱动所述传动
件移动；
传动机构，所述传动机构与所述传动件相配合，所述传动件移动时，驱动所述传动
机构运动；
棘轮机构，所述传动机构运动时，驱动所述棘轮机构的主动件转动，所述主动件转
动时，驱动所述棘轮机构的棘轮转动；
磁性件，所述磁性件设置在所述棘轮上，所述棘轮转动时，驱动所述磁性件转动；
所述磁性件在转动过程中与线圈产生电磁感应，在所述线圈中产生感应电流。
优选实施例中，在所述线圈所在的闭合回路中，还连接有一个蓄电元件，所述蓄电
元件可反复充放电。
优选实施例中，所述棘轮转动的方向保持不变。
优选实施例中，所述磁性件转动的方向保持不变。
优选实施例中，所述传动机构包括：
第一齿轮，第二齿轮和第三齿轮；
所述第二齿轮与所述第一齿轮同轴相连，所述第一齿轮和第二齿轮的共同枢转轴
设置在所述壳体的内壁上；
所述第三齿轮与所述第二齿轮相啮合，所述第二齿轮转动时，驱动所述第三齿轮
转动，所述第三齿轮的枢转轴设置在所述壳体的内壁上。
优选实施例中，所述壳体内部与外部连通的方式包括：
在所述壳体上设置贯穿壳体体壁的孔。
优选实施例中，所述气囊包括：
充气室；
在所述充气室下部设置有一个凸起的封包。
一种油井井下供电方法，所述方法包括：
利用油井中液体压力的变化，使气囊膨胀或收缩；
通过所述气囊的膨胀或收缩，驱动与所述气囊相连接的传动件移动；
利用做移动的所述传动件，驱动传动机构运动；
利用运动的所述传动机构，驱动棘轮机构的主动件转动；
利用转动的所述主动件，驱动棘轮机构的棘轮转动；
利用转动的所述棘轮，驱动所述棘轮上的磁性件转动；
利用转动的所述磁性件，与线圈产生电磁感应，在所述线圈中产生感应电流。
优选实施例中，所述方法还包括：
利用所述线圈中产生的感应电流，对所述线圈所在的闭合回路中蓄电元件进行充
电；
利用所述蓄电元件放电，对用电器供电。
优选实施例中，所述棘轮转动的方向保持不变。
优选实施例中，所述磁性件转动的方向保持不变。
利用本申请实施例提供的一种油井井下供电装置，可以利用油井中液体压力的变
化(所述液体压力的变化可以在油井开采过程中抽油机上下冲程中产生，这种变化往往是
接近于周期性的)，将液体的压能转化为机械能，再通过电磁感应的方式，将所述机械能转
化为电能并储存，进而将储存的电能供应给井下用电器。这样就可以有效提高井下供电装
置的续航能力。同时，由于所述供电装置可以自发电，不需要经常更换或充电，这样就可以
有效降低生产成本和作业工作量。利用本申请实施例提供的一种油井井下供电方法，可以
实现井下发电供电，不需要借助井上电源，不需要井上充电，有效降低了生产成本和作业工
作量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提
下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种油井井下供电装置的结构示意图；
图2是本申请一个实施例提供的一种油井井下供电装置的侧面结构示意图；
图3是本申请一个实施例提供的一种发电装置的结构示意图；
图4是图3中提供的所述一种发电装置的A-A向的剖视图；
图5是本申请一个实施例提供的一种油井井下供电方法的方法流程示意图；
图6是本申请另一个实施例提供的一种油井井下供电方法的方法流程示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种油井井下供电装置及方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实
施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保
护的范围。
本申请提供了一种油井井下供电装置，具体的，如图1和图2所示，所述装置可以包
括：
壳体1。
作为所述装置的外壳，所述壳体内部与外部连通。
所述壳体1主要是用于固定所述供电装置中的各个单元或组件，也可以起到保护
所述供电装置的作用。
所述壳体1内部与外部连通的目的是保证壳体内部的液体压力与壳体外部的液体
压力保持一致，在油井的液体压力变化时，所述壳体1中的液体压力也发生与之相一致的变
化。
在本申请其他实施例中，所述壳体1的形状和尺寸不必限定，可以是圆柱体，也可
以是棱柱，也可以是其他任意形状和尺寸。
气囊2。
可以设置于所述壳体中，所述气囊2中装有定量的气体，所述气囊2随着油井中液
体压力的变化膨胀或收缩。
在油井开采过程中，往往会用到抽油机等开采设备，在抽油机的上下冲程过程中，
油井中的液体压力会产生接近于周期性的变化，当所述液体压力减小时，所述气囊2膨胀，
当所述液体压力增大时，所述气囊2收缩。
传动件3。
所述传动件3包括第一端，从第一端直线延长到第二端，所述第一端与所述气囊2
连接，靠近所述第二端的侧壁处设置有齿条部，所述气囊2膨胀或收缩时，驱动所述传动件3
移动。
本申请一个实施例中，所述传动件3可以设置成齿条杆，所述齿条杆的一端与所述
气囊2连接，所述齿条杆的另一端被设置成齿条部，可以用于与其他部件相啮合，驱动其他
部件运动。
传动机构4。
所述传动机构4可以与所述传动件3相配合，当所述传动件3移动时，可以驱动所述
传动机构运动。
本申请一个实施例中，所述传动机构被设置成齿轮组，所述齿轮组可以包括至少
一个齿轮。
在本申请其他实施例中，所述传动机构的类型和具体工作方式不必限定，比如，可
以采用皮带传动，只要可以实现所需的传动效果即可。
棘轮机构5。
所述传动机构4运动时，驱动所述棘轮机构5的主动件转动，所述主动件转动时，驱
动所述棘轮机构5的棘轮转动。
所述棘轮机构5包括主动件和棘轮，其中，主动件可以双向转动，主动件的转动方
向可以是逆时针也可以是顺时针，而所述棘轮可以设置成只单向转动，转动方向可以设定
为只能是逆时针，也可以设定为只能是顺时针。
比如，在本申请一个实施例中，所述棘轮机构5的传动方式被设置成：
当所述棘轮机构5中的主动件顺时针转动时，驱动所述棘轮机构5中的棘轮顺时针
转动，当所述棘轮机构5中的主动件逆时针转动时，所述棘轮机构5中的棘轮保持静止。
在本申请另一个实施例中，所述棘轮机构5的传动方式被设置成：
当所述棘轮机构5中的主动件逆时针转动时，驱动所述棘轮机构5中的棘轮逆时针
转动，当所述棘轮机构5中的主动件顺时针转动时，所述棘轮机构5中的棘轮保持静止。
磁性件61。
所述磁性件61设置在所述棘轮上，所述棘轮转动时，驱动所述磁性件61转动。
所述磁性件61随所述棘轮转动，由于所述棘轮转动的方向保持不变，因此，所述磁
性件61转动的方向保持不变。
本申请一个实施例中，所述磁性件61的转动方向保持逆时针不变。
本申请另一个实施例中，所述磁性件61的转动方向保持顺时针不变。
所述磁性件61在转动过程中可以与线圈62产生电磁感应，可以在所述线圈62中产
生感应电流。
所述磁性件61在转动过程中，可以引起所述线圈62中磁通量发生变化，产生感应
电动势，所述感应电动势在所述线圈62所组成的回路中生成感应电流。
所述线圈62可以接入到用电器所在的电路中，为用电器提供电能。
利用上述各实施例提供的一种油井井下供电装置的实施方式，可以利用油井中液
体压力的变化(所述液体压力的变化可以在油井开采过程中抽油机上下冲程中产生，这种
变化往往是接近于周期性的)，将液体的压能转化为机械能，再通过电磁感应的方式，将所
述机械能转化为电能供应给井下用电器。这样就可以有效提高井下供电装置的续航能力。
同时，由于所述供电装置可以自发电，不需要经常更换或充电，这样就可以有效降低生产成
本和作业工作量。
在本申请另一个实施例中，如图1和图2所示，所述油井井下供电装置可以包括：
壳体1。
所述壳体内部与外部连通。
气囊2。
设置于所述壳体中，所述气囊2中装有定量的气体，所述气囊随着油井中液体压力
的变化膨胀或收缩。
传动件3。
所述传动件3包括第一端，从第一端直线延长到第二端，所述第一端与所述气囊2
连接，靠近所述第二端的侧壁处设置有齿条部，所述气囊2膨胀或收缩时，驱动所述传动件
移动。
传动机构4。
所述传动机构4与所述传动件3相配合，所述传动件3移动时，驱动所述传动机构4
运动；
棘轮机构5。
所述传动机构4运动时，驱动所述棘轮机构5的主动件转动，所述主动件转动时，驱
动所述棘轮机构5的棘轮转动；
磁性件61。
所述磁性件61设置在所述棘轮上，所述棘轮转动时，驱动所述磁性件61转动。
所述磁性件61在转动过程中与线圈62产生电磁感应，在所述线圈62中产生感应电
流。
蓄电元件7。
所述蓄电元件7可反复充放电，所述蓄电元件7与所述线圈62组成闭合回路，所述
线圈中产生的感应电流为所述蓄电元件7充电。
所述蓄电元件7可以进行充电，充电可以储存电能，也可以放电，放电可以为用电
器提供电能。
利用上述实施例所提供的一种油井井下供电装置的实施方式，可以利用油井中液
体压力的变化(所述液体压力的变化可以在油井开采过程中抽油机上下冲程中产生，这种
变化往往是接近于周期性的)，将液体的压能转化为机械能，再通过电磁感应的方式，将所
述机械能转化为电能，并利用所述蓄电元件储存电能，进而可以将储存的电能供应给井下
用电器，可以有效提高井下供电装置的续航能力。
在本申请又一个实施例中，所述传动机构的结构示意图如图1所示，所述传动机构
可以包括：
第一齿轮41。
所述第一齿轮41与所述传动件3的齿条部分相啮合，所述传动件3移动时，可以驱
动所述第一齿轮41转动。
第二齿轮42。
所述第二齿轮42与所述第一齿轮41同轴相连，所述第一齿轮41和所述第二齿轮42
的共同枢转轴设置在所述壳体1的内壁上。
所述第一齿轮41转动时，驱动所述第二齿轮42以与第一齿轮41相同的角速度转
动。
第三齿轮43。
所述第三齿轮43的枢转轴设置在所述壳体1的内壁上
所述第三齿轮43与所述第二齿轮42相啮合，所述第二齿轮42转动时，驱动所述第
三齿轮43转动。
本申请一个实施例中，所述第一齿轮41的直径小于所述第二齿轮42的直径，所述
第二齿轮42的直径大于所述第三齿轮43的直径。
由于所述第一齿轮41与所述第二齿轮42具有相同枢转轴，因此所述第二齿轮42转
动的角速度与所述第一齿轮41转动的角速度相同，又由于所述第二齿轮42的直径大于所述
第一齿轮41的直径，所以第二齿轮42边缘的线速度大于所述第一齿轮41边缘的线速度。
由于所述第三齿轮43与所述第二齿轮42相啮合，所以所述第三齿轮43边缘转动的
线速度与所述第二齿轮42边缘转动的线速度相等，又由于所述第三齿轮43的直径小于所述
第二齿轮42的直径，所以所述第三齿轮43转动的角速度大于所述第二齿轮42转动的角速
度。
所以所述第三齿轮43转动的角速度大于所述第一齿轮41转动的角速度，相当于提
高了转速。
因此，利用上述实施例，可以提高齿轮的转速，进而可以使所述磁性件61的转速提
高，从而可以有效提高所述装置的发电效率。
图3是本申请一个实施例中提供的发电装置的结构示意图，如图1、图2和图3中所
示，所述发电装置可以包括：
棘轮机构5和发电机构6。
其中，发电机构6可以包括磁性件61、线圈62和矽钢片63。
所述矽钢片63可以作为线圈62的铁芯和骨架。
所述磁性件61转动时，可以与所述线圈62和矽钢片63产生电磁感应。
所述棘轮机构5可以包括主动件51和棘轮52。
图4是本申请一个实施例中提供的所述发电装置的A-A向的剖视图。
其中，所述棘轮机构5中包括主动件51和棘轮52。
所述主动件51与所述第三齿轮43同轴相连，所述第三齿轮转动时，驱动所述主动
件51转动。
所述主动件51转动时，驱动所述棘轮52转动。
利用上述实施例所提供的棘轮机构，可以保持所述磁性件的转动方向不变。
基于上述各实施例所提供的一种油井井下供电装置，本申请提供一种油井井下供
电方法，图5是本申请一个实施例提供的一种油井井下供电方法的方法流程示意图，具体
的，如图5所示，所述方法可以包括：
S1：利用油井中液体压力的变化，使气囊膨胀或收缩。
S2：通过所述气囊的膨胀或收缩，驱动与所述气囊相连接的传动件移动。
S3：利用做移动的所述传动件，驱动传动机构运动。
S4：利用运动的所述传动机构，驱动棘轮机构的主动件转动。
S5：利用转动的所述主动件，驱动棘轮机构的棘轮转动。
其中，所述棘轮转动的方向保持不变。
S6：利用转动的所述棘轮，驱动所述棘轮上的磁性件转动。
其中，所述磁性件转动的方向保持不变。
S7：利用转动的所述磁性件，与线圈产生电磁感应，在所述线圈中产生感应电流。
利用上述各实施例提供的一种油井井下供电方法，可以实现井下发电供电，不需
要借助井上电源，不需要井上充电，有效降低了生产成本和作业工作量。
图6是本申请另一个实施例提供的一个油井井下供电方法，如图6所示，所述方法
可以包括：
S1：利用油井中液体压力的变化，使气囊膨胀或收缩。
S2：通过所述气囊的膨胀或收缩，驱动与所述气囊相连接的传动件移动。
S3：利用做移动的所述传动件，驱动传动机构运动。
S4：利用运动的所述传动机构，驱动棘轮机构的主动件转动。
S5：利用转动的所述主动件，驱动棘轮机构的棘轮转动。
S6：利用转动的所述棘轮，驱动所述棘轮上的磁性件转动。
S7：利用转动的所述磁性件，与线圈产生电磁感应，在所述线圈中产生感应电流。
S8：利用所述线圈中产生的感应电流，对所述线圈所在的闭合回路中蓄电元件进
行充电，利用所述蓄电元件放电，对用电器供电。
利用上述各实施例提供的一种油井井下供电方法，可以实现井下发电供电，可以
在井下利用蓄电元件储存电能，并利用蓄电元件为井下用电器供电，不需要借助井上电源，
不需要井上充电，有效降低了生产成本和作业工作量。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与
其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人
士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明
精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和
变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的
精神。