在油井分层注水的测调过程中,为了解决测调仪器使用传统电池组方式供电的两大弊端:高温下的不稳定性与需要定期取出,而对井下自发电电机做了深入研究。结合设计要求与其他涡轮发电机的优点,设计了一种使用注水井注井液流体动能发电的涡轮发电机,结构简单紧凑适用于狭小的偏心通道,在高温高压环境下具有稳定性,实现注水测调一体化、智能化,利于油田增产。主要研究内容包括以下几个部分。第一部分对现有的技术成熟的涡轮发电机做了归纳总结,可分为磁力驱动式与传统过液式,保留过液式发电机结构紧凑的优点以适应狭窄的偏心注水通道,又结合磁力驱动式结构密封性好的优点应对井下高温高压的恶劣环境,设计出了一种新型注水井发电机,在严格的尺寸限制下仍能满足后方测调仪器的功率需求。第二部分主要研究了流体动能与涡轮机械能之间的耦合过程以及涡轮机械能与定转子电磁能之间的耦合过程。首先,使用COMSOL作为工具验证了导轮对能量耦合过程的有利性,又使用单一变量法改变涡轮的具体参数,分析各项参数的变化对耦合效率的影响,经过反复计算与对比,确定了一组具有较高性能的涡轮参数;其次,基于发电机基本设计思路,以径向尺寸限制为约束条件,在计算磁路的过程中,确定注水发电机定转子的具体参数,同时对各种常用材料进行分析对比,选取可以克服高温、高压和震动的材料。第三部分主要进行了发电机各项参数的优化工作,根据计算出的电磁参数初步建立注水发电机定转子模型,对旋转过程进行瞬态分析,得到发电功率,再对气隙、外壳材料等重要影响因素做最终的优化调整,使发电机在额定转速下达到额定功率。第四部分根据最终设计参数制作了样机并对其进行实验,首先使用可调速电动机带动发电机旋转,记录输出电压、功率等实验数据并对其进行分析,实验结果与仿真参数基本匹配并达到设计要求,证明了设计与优化的正确性。再将发电机放入流体实验通道中进行水力驱动实验,模拟井下环境,最终证明电机的发电性能与密封性均达到了设计要求。