吴天予，郑 君，张 博，陈 宇，田 红，窦 斌

(中国地质大学(武汉) 工程学院，湖北 武汉 430074)

20 世纪以来，人类社会对能源的需求量不断增长；钻探工程在煤、石油及地热等资源的勘探和开发中起到了无可替代的作用。随着钻进深度的增加和井身结构的复杂化，随钻测量系统等井下测量设备也得到了越来越广泛的应用。例如石油钻井中常用到泥浆脉冲随钻测量系统，用于气体钻井的电磁随钻测量系统研制近几年也取得了实质性进展[1-3]。井下设备目前常采用锂电池供电，但井下高温高压的环境会影响其性能，使其供电时长无法得到保证[4]。随钻设备也常采用井下涡轮发电机供电，这类发电机具有发电量大、耐高温等优势，但结构复杂，对泥浆排量也有一定限制，排量较大时涡轮可能超出极限转速发生损坏[5]。此外，用于给井下自动垂直钻井系统供电的钻杆式发电机也进入研制阶段，这类发电机工作寿命长且使用限制较少，但输出功率受钻杆转速影响较大，工况恶劣时供电稳定性相对不足[6-7]。如何在不影响钻进的同时给井下仪器设备连续稳定地供能是亟待解决的问题。

钻进过程中，钻头会受到来自岩层的反作用力，在其作用下钻杆会在轴向上产生可恢复的弹性形变，即产生纵向振动[8]。这种振动的特性与岩石坚固系数以及钻杆的固有频率相关[9]，因而在岩性相同或相近的地层钻进时是连续且较为稳定的。如果能将钻进过程中钻杆纵向振动产生的能量进行收集并转化为电能，将会为解决随钻测量系统和其他井下设备的供电问题提供一个新的思路。……