Источник питания скважинной аппаратуры

 

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано для питания скважинной аппаратуры. Задачей создания изобретения является увеличение ресурса работы источника питания при незначительной циркуляции бурового раствора и обеспечение бесперебойного питания скважинной аппаратуры. Источник питания содержит химические элементы, размещенные в корпусах и в общем корпусе, закрепленном с зазором внутри колонны бурильных труб. Химические элементы выполнены с раздельно хранящимися компонентами, при этом основной компонент находится в закрытой полости химического элемента, выполненной с возможностью сообщения с дополнительной полостью, содержащей компонент, вызывающий активизацию химического элемента. Общий корпус снабжен блоком управления и блоком контроля напряжения, соединенными с химическими элементами. В качестве компонента, вызывающего активизацию химического элемента, может использоваться буровой раствор, находящийся в зазоре между источником питания и колонной бурильных труб. Источник питания может быть выполнен с возможностью поочередного задействования химических элементов. Сообщение закрытой полости с дополнительной может быть выполнено через разделяющее устройство в виде мембраны с поршнем или в виде мембраны и пиропатрона с электрическим детонатором или в виде клапана с приводом. В последнем случае перед клапаном может быть установлен фильтр. Каждый химический элемент может содержать смеситель, обеспечивающий однородность смеси раздельно хранящихся компонентов. Смеситель может быть выполнен в виде двух пластин с отверстиями. Отверстия в пластинах выполнены под углом к оси источника питания скважинной аппаратуры. 10 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологическому оборудованию обеспечения бурения под нефть и газ и конкретно предназначено для питания электроэнергией скважинной аппаратуры.

Известен источник питания скважинной аппаратуры, содержащий гидротурбину, приводимую в движение потоком бурового раствора, маслозаполненный статор, залитый эпоксидным компаундом, и ротор генератора переменного тока на постоянных магнитах, расположенных на валу гидротурбины (Молчанова А.А., Сираев А. X. "Скважинные автономные системы с магнитной регистрацией", М., Недра, 1979, с. 102-103).

Недостатком такого источника питания являются его значительные осевые и диаметральные габариты из-за наличия нескольких ступеней турбины с направляющими аппаратами. При отсутствии прокачки бурового раствора или при значительном уменьшении его расхода источник питания не выполняет своих функций.

Известен также источник питания скважинной аппаратуры по свидетельству РФ на полезную модель 18211 (прототип). Этот источник питания содержит химические элементы в общем корпусе, который закреплен с зазором внутри колонны бурильных труб над скважинной аппаратурой при помощи разъема на торце и кабельного наконечника.

Недостаток - низкий ресурс работы химических элементов.

Задачей создания изобретения является увеличение ресурса работы источника питания скважинной аппаратуры при незначительном расходе циркуляции бурового раствора.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что источник питания скважинной аппаратуры, содержащий химические элементы, размещенные в корпусах и в общем корпусе, закрепленном с зазором внутри колонны бурильных труб, отличается тем, что химические элементы выполнены с раздельно хранящимися компонентами, основной компонент находится в закрытой полости химического элемента, выполненной с возможностью сообщения с дополнительной полостью, содержащей компонент, вызывающий активизацию химического элемента, общий корпус снабжен блоком управления и блоком контроля напряжения, расположенными в общем корпусе и соединенными с химическими элементами. В качестве компонента, вызывающего активацию химического элемента, может быть использован буровой раствор, находящийся в зазоре между источником питания и колонной бурильных труб.

Источник питания выполнен с возможностью поочередного задействования химических элементов. Сообщение закрытой полости с дополнительной выполнено через разделяющее устройство. Разделяющее устройство выполнено в виде клапана с приводом или в виде мембраны с поршнем, или в виде пиропатрона с электрическим детонатором. Перед клапаном установлен фильтр. В конструкции источника может быть применен смеситель. Смеситель выполнен в виде двух пластин с отверстиями. Отверстия в пластинах выполнены под углом к оси источника. Источник питания скважинной аппаратуры может дополнительно содержать блок контроля напряжения, осуществляющий перекоммутацию химических элементов.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.

Техническая реализация изобретения реальна, т.к. в конструкции источника питания использованы серийно выпускаемые детали и узлы.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1...6, где: На фиг. 1 приведена схема источника питания скважинной аппаратуры в составе колонны бурильных труб, На фиг. 2 - первая модификация химического элемента, На фиг. 3 - вторая модификация химического элемента, На фиг. 4 - третья модификация химического элемента, На фиг. 5 - четвертая модификация химического элемента, На фиг. 6 - пятая модификация устройства.

Источник питания скважинной аппаратуры (фиг. 1) содержит химические элементы 1 и 2 в общем корпусе 3, закрепленном с зазором "А" внутри колонны бурильных труб 4.

Химические элементы 1 и 2 установлены над скважинной аппаратурой 5 и присоединены к ней при помощи кабельного наконечника 6 и разъема 7. Все химические элементы 1 и 2 содержат (фиг. 2): корпус 8, внутри которого в полостях "В" и "С" размещены отдельно хранящиеся компоненты 9 и 10, разделенные перегородкой 11 или мембраной 12. Наиболее вероятно, что один из компонентов находится в жидкой фазе, а другой - в твердой, хотя и не исключено использование компонентов в любых других сочетаниях, например с применением паст и суспензий. Возможно применение трех и более компонентов. В перегородке 11 выполнено отверстие "D" закрытое клапаном 13 с приводом клапана 14. Один электрод 15 выведен через изолирующую втулку 16, а вторым электродом может, например, служить корпус 8.

Вторая модификация реализации изобретения (фиг. 3) содержит вместо перегородки 11 мембрану 12, по обе стороны которой размещены отдельно хранящиеся компоненты 9 и 10.

Над отдельно хранящимися компонентами 9 установлен поршень 17 с уплотнением 18. В корпусе выполнено отверстие "D", закрытое клапаном 13 с приводом клапана 14. Полость "Е" над отверстием "D" соединена с зазором "А" посредством канала "С". В канале "С" может быть установлен фильтр 19. Давление Р1 > Р2.

В третьей модификации (фиг. 4) отсутствует мембрана 12 и поршень 17 с уплотнением 18. Роль отдельно хранящегося компонента выполняет буровой раствор, проходящий в зазоре "А" чрез фильтр 19, установленный перед клапаном 13.

Четвертая модификация устройства (фиг. 5) содержит те же узлы, что и источник питания (фиг. 3), и дополнительно - смеситель 20, в котором размещен отдельно хранящийся компонент 10. Смеситель 20 образован двумя решетками 21 и 22 с отверстиями 23 в них. Отверстия 23 выполнены под углом к оси химического элемента (этот угол менее 90^o). В общем корпусе 3 (фиг. 1) установлены блок контроля напряжения 24 и блок управления 25. Блок контроля напряжения 24 и блок управления 25 соединены с химическими элементами 1 и 2.

Пятая модификация устройства (фиг. 6) содержит пиропатрон 26 с электрическим детонатором 27.

Работает устройство (фиг. 1 и 2) следующим образом. При подаче сигнала с блока управления 25 привод клапана 14 химического элемента 1 перемещает вверх клапан 13 и отдельно хранящийся компонент 9 смешивается с отдельно хранящимся компонентом 10.

Вторая модификация источника питания скважинной аппаратуры (фиг. 3) работает следующим образом. Сигнал с блока управления 25 (фиг. 1) подается на привод клапана 14, который перемещает клапан 13 вверх. Из зазора "А" по каналу "G" в полость "Е" поступает буровой раствор, который далее поступает в полость "F" над поршнем 17. Поршень 17, перемещаясь вниз, создает давление в отдельно хранящемся компоненте 9 (жидком), при этом прорывается мембрана 12 и отдельно хранящиеся компоненты 9 и 10 перемешиваются. Между электродами возникает напряжение.

Третья модификация источника питания (фиг. 4) работает следующим образом. При подаче сигнала на привод клапана 14 клапан 13 открывает отверстие "D" и буровой раствор, выполняющий функцию жидкого отдельно хранящегося компонента 9, из зазора "А" по каналу "G" через фильтр 19 поступает в полость "Е" и далее в зазор "В" для смешения с отдельно хранящимся компонентом 10, например, находящимся в твердой фазе.

Четвертая модификация (фиг. 5) работает аналогично второй (фиг. 3) и, кроме того, отдельно хранящийся компонент 9 проходит через пластину 21 с отверстиями 23 и перемешивается с отдельно хранящимся компонентом 10. Смесь отдельно хранящихся компонентов 9 и 10 через пластину 22 подается на электрод 15.

Пятая модификация источника работает следующим образом. При подаче напряжения на электрический детонатор 27 срабатывает пиропатрон 26. В полоти "F" создается повышенное давление и поршень 17 перемещается вниз, прорывая мембрану 12.

Во всех модификациях источника питания скважинной аппаратуры (фиг. 1... 5) при снижении напряжения химического элемента 1, которое контролирует блок контроля напряжения 24, блок управления 25 автоматически задействует очередной химический элемент 2 и осуществит перекоммутацию, т.е. отключит химический элемент 1 от скважинной аппаратуры 5 и подключит химический элемент 2.

Применение изобретения позволило: 1. Увеличить ресурс работы источника питания и обеспечить бесперебойное питание электроэнергией скважинного прибора.

2. Стабилизировать напряжение питания за счет поочередного подключения химических элементов.

3. Получить значительный экономический эффект за счет исключения спускоподъемных операций для частой замены ранее применявшегося источника питания скважинной аппаратуры.

Формула изобретения

1. Источник питания скважинной аппаратуры, содержащий химические элементы, размещенные в корпусах и в общем корпусе, закрепленном с зазором внутри колонны бурильных труб, отличающийся тем, что химические элементы выполнены с раздельно хранящимися компонентами, основной компонент находится в закрытой полости химического элемента, выполненной с возможностью сообщения с дополнительной полостью, содержащей компонент, вызывающий активизацию химического элемента, общий корпус снабжен блоком управления и блоком контроля напряжения, расположенными в общем корпусе и соединенными с химическими элементами.

2. Источник питания по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента, вызывающего активизацию химического элемента, используется буровой раствор, находящийся в зазоре между источником питания и колонной бурильных труб.

3. Источник питания по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью поочередного задействования химических элементов.

4. Источник питания по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что сообщение закрытой полости с дополнительной выполнено через разделяющее устройство.

5. Источник питания по п.4, отличающийся тем, что разделяющее устройство выполнено в виде клапана с приводом.

6. Источник питания по п.4, отличающийся тем, что разделяющее устройство выполнено в виде мембраны с поршнем.

7. Источник питания по п.4, отличающийся тем, что разделяющее устройство выполнено в виде мембраны и пиропатрона с электрическим детонатором.

8. Источник питания по п.5, отличающийся тем, что перед клапаном установлен фильтр.

9. Источник питания по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что каждый химический элемент содержит смеситель, обеспечивающий однородность смеси раздельно хранящихся компонентов.

10. Источник питания по п.9, отличающийся тем, что смеситель выполнен в виде двух пластин с отверстиями.

11. Источник питания по п.10, отличающийся тем, что отверстия в пластинах выполнены под углом к оси источника питания скважинной аппаратуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6