Генератор-мультипликатор для питания забойной телеметрической системы

 

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для питания систем, использующихся для контроля параметров бурения. Задачей изобретения является повышение надежности работы генератора в условиях низких расходов бурового раствора. Устройство содержит установленные внутри вставки в колонну бурильных труб, генератор, кинематически соединенный с мультипликатором, который через муфту соединен со шпинделем забойного двигателя. Генератор содержит статор с обмотками и ротор с магнитами, при этом ротор генератора кинематически соединен с быстроходным валом мультипликатора. Тихоходный вал мультипликатора соединен со шпинделем забойного двигателя, в качестве которого используется турбобур или винтовой забойный двигатель. Мультипликатор выполнен в виде планетарного редуктора, имеющего находящиеся в сцеплении фрикционные диски, и снабжен быстроходным и тихоходным валами, в корпусе которого выполнены окна для прохождения бурового раствора, использующегося в качестве смазочной жидкости. В верхней части генератора могут быть выполнены стыковочный узел для соединения с забойной телеметрической системой и электрический разъем. Муфта выполнена эластичной, обеспечивающей компенсацию прецессии шпинделя забойного двигателя. Генератор дополнительно выполняет функции датчика оборотов забойного двигателя. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям, предназначено для контроля забойных параметров в процессе бурения и может использоваться как для телеметрических систем с электромагнитным каналом связи, так и для телеметрических систем с гидравлическим каналом связи.

Известна телеметрическая система для передачи информации с забоя по гидравлическому каналу связи по А.С. СССР 471 429, МПК Е 21 В 47/12, содержащая корпус, электрический генератор, датчики и приемники забойных параметров, а также расположенный в конфузорно-диффузорном канале корпуса герметичный сосуд с жидкостью, выполненный в виде двух усеченных конусов, соединенных между собой сильфоном с жесткой перегородкой, которая делит сосуд на две части, в каждой из которых расположены электроды, соединенные через блок управления с датчиками забойных параметров.

Недостатками устройства являются его низкая надежность и большое потребление энергии для питания разрядного контура и низкая скорость передачи информации с забоя скважины, вызванная высокой инерционностью системы.

Известна телеметрическая система по А.С. СССР 286891, МПК Е 21 В 47/12, которая содержит рабочий клапан, управляющий клапан, связанный с преобразователем информации, цилиндр с поршнем, связанный с рабочим клапаном, полость высокого и низкого давления, сообщенные между собой через калиброванные каналы, дополнительную камеру с каналами, перекрывающимися управляющим клапаном.

Недостатками этой телеметрической системы являются высокие энергозатраты на привод управляющего клапана, вызванные отсутствием разгрузки от осевых усилий, которые возникают при перекрытии проточного отверстия под рабочим клапаном, инерционность системы, обусловленная задержкой срабатывания управляющего и рабочего клапанов, вызванная перепадом давления перед и после управляющего клапана, большие диаметральные габариты, препятствующие применению устройства для бурения скважин малого диаметра, высокое гидравлическое сопротивление, вызванное наличием трех диафрагм с отверстиями, снижающее эффективность работы забойного двигателя и генератора питания телеметрической системы.

Известно устройство для передачи забойной информации в процессе бурения по заявке России 96121043 A, МПК 2 E 21 B 47/12, опубл. 27.01.1999 г. (прототип). Это устройство содержит установленные внутри вставки в колонну бурильных труб (составной части колонны) генератор, соединенный с мультипликатором, который кинематически через муфту соединен со шпинделем (валом) забойного двигателя.

Недостатком системы являются: 1. Низкая надежность системы, обусловленная тем, что в случае выхода турбины из строя, например заклинивании, прекращается подача электропитания на скважинную аппаратуру.

2. Ограниченный ресурс работы генератора, вызванный абразивным износом лопастей турбины.

3. Не продуман вопрос смазки опор генератора и герметизации вала.

4. Не предусмотрено измерение частоты вращения генератора.

Задачами создания изобретения является повышение надежности работы генератора забойной телеметрической системы в условиях низких расходов бурового раствора.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что генератор-мультипликатор для питания забойной телеметрической системы, содержащий установленные внутри вставки в колонну бурильных труб, генератор, кинематически соединенный с мультипликатором, который через муфту соединен со шпинделем забойного двигателя, отличается тем, что мультипликатор выполнен в виде планетарного редуктора, имеющего находящиеся в сцеплении фрикционные диски, и снабжен быстроходным и тихоходным валами, генератор содержит статор с обмотками и ротор с магнитами, при этом ротор генератора кинематически соединен с быстроходным валом мультипликатора, тихоходный вал которого соединен со шпинделем забойного двигателя, в качестве которого используют турбобур или винтовой забойный двигатель, в корпусе планетарного редуктора выполнены окна для прохождения бурового раствора, использующегося в качестве смазывающей жидкости. В верхней части генератора может быть выполнено устройство для соединения с забойной телеметрической системой и электрический разъем. Муфта может быть выполнена эластичной, обеспечивающей компенсацию прецессии шпинделя забойного двигателя. Генератор дополнительно выполняет функции датчика оборотов забойного двигателя.

Проведенные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 и 2, где: - на фиг. 1 приведена схема устройства, заполненного смазывающей жидкостью.

- на фиг. 2 приведена схема устройства без применения смазывающей жидкости в полостях генератора-мультипликатора, Генератор-мультипликатор для питания забойной телеметрической системы (фиг. 1) содержит внутри вставки в колонну бурильных труб 1, генератор 2, содержащий в свою очередь статор 3 с обмоткой 4 и ротор 5 с магнитами 6. Обмотка 4 залита герметичным составом. Ротор 5 соединен быстроходным валом 7 с планетарным редуктором 8. Планетарный редуктор 8 через тихоходный вал 9 и муфту 10, которая состоит их водила 11 и вилки 12, соединен со шпинделем 13 турбобура или винтового забойного двигателя 14.

В верхней части генератора выполнены стыковочный узел для соединения с забойной телеметрической системой 15 и электрический разъем для соединения с забойной телеметрической системой 16. Планетарный редуктор 8 выполнен в корпусе 17. Быстроходный и тихоходный валы 7 и 9 установлены в шариковых 18 (фиг. 1) или резиновых 19 подшипниках (фиг. 2). В первом варианте исполнения корпус 17 уплотнен посредством уплотнений 20, а его полость заполнена смазывающей жидкостью, в планетарном редукторе 8 применены зубчатые шестерни 21. Во втором варианте (фиг. 2) корпус 17 выполнен негерметичным и через него проходит буровой раствор, выполняющий роль смазки, в планетарном редукторе 8 применены фрикционные диски 22.

В нижней части системы установлен компенсатор давления и температурного расширения жидкости 23 и присоединена скважинная аппаратура 24.

Работает забойная телеметрическая система следующим образом.

При прохождении бурового раствора через турбобур или забойный двигатель 14 шпиндель 13 приводится во вращение через муфту 10, тихоходный вал 9, планетарный редуктор 8, быстроходный вал 7 и ротор 5. В обмотке генератора 4 вырабатывается электрический ток для питания скважинной аппаратуры 24.

Применение изобретения позволило: 1. Повысить надежность системы.

2. Обеспечить работоспособность генератора и передачу информации при небольших расходах бурового раствора.

3. Измерять частоту вращения шпинделя забойного двигателя.

4. Повысить ресурс работы генератора.

5. Обеспечить компенсацию изменения давления и температурного расширения смазывающей жидкости.

6. Обеспечить смазку подшипников в одном из вариантов исполнения буровым раствором.

Формула изобретения

1. Генератор-мультипликатор для питания забойной телеметрической системы, содержащий установленные внутри вставки в колонну бурильных труб, генератор, кинематически соединенный с мультипликатором, который через муфту соединен со шпинеделем забойного двигателя, отличающийся тем, что мультипликатор выполнен в виде планетарного редуктора, имеющего находящиеся в сцеплении фрикционные диски, и снабжен быстроходным и тихоходным валами, генератор содержит статор с обмотками и ротор с магнитами, при этом ротор генератора кинематически соединен с быстроходным валом мультипликатора, тихоходный вал которого соединен со шпинделем забойного двигателя, в качестве которого используется турбобур или винтовой забойный двигатель, в корпусе планетарного редуктора выполнены окна для прохождения бурового раствора, использующегося в качестве смазочной жидкости.

2. Генератор-мультипликатор по п.1, отличающийся тем, что в верхней части генератора выполнены стыковочный узел для соединения с забойной телеметрической системой и электрический разъем.

3. Генератор-мультипликатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что муфта выполнена эластичной, обеспечивающей компенсацию прецессии шпинделя забойного двигателя.

4. Генератор-мультипликатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что генератор дополнительно выполняет функции датчика оборотов забойного двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2