Турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения

 

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для исследования скважин в процессе бурения, в частности для питания электрической схемы скважинного прибора. Техническим результатом является защита регулятора расхода от твердых частиц в промывочной жидкости и повышения износостойкости элементов регулятора расхода промывочной жидкости. Турбогенератор, установленный в бурильной трубе, сопрягаемой через переводник с другой бурильной трубой, снабженной фильтром, и, содержащий корпус с отверстиями для прохода жидкости через турбогенератор, гидротурбину, узел опоры вала гидротурбины и электромашинный генератор, а также выполненный в виде седла с отверстиями вне турбогенератора, перекрытыми подпружиненным клапаном, регулятор расхода промывочной жидкости, проходящей через гидротурбину, отличается тем, что регулятор расхода промывочной жидкости снабжен круговыми полыми вставками, которые установлены в отверстиях седла и выступают над его поверхностью для соприкосновения с подпружиненным клапаном, причем величина выступов превышает величину диаметра отверстий фильтра в бурильной трубе. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Предложение относится к области промысловой геофизики и предназначено для исследования скважин в процессе бурения, в частности для питания электрической схемы скважинного прибора.

Известен турбогенератор, содержащий гидротурбину, электромашинный генератор, находящийся в маслонаполненном защитном корпусе, опоры и скользящее уплотнение вала турбины, выполненное из двух манжет, установленных кромками друг к другу и разделенных распорной втулкой, обратный клапан, установленный между манжетами. Для создания избыточного давления при заправке масла в корпусе установлен впускной клапан и компенсатор давления (авт. св. СССР №321617, приоритет 29.06.1970 г.).

В данной конструкции несколько увеличивается ресурс работы генератора, однако недостатки, связанные с чрезмерным износом гидротурбины, невозможностью сохранения электрических характеристик генератора независимо от расхода бурового раствора, остаются.

Известен также турбогенератор для аппаратуры каротажа в процессе бурения (Разработка методики и аппаратуры каротажа в процессе бурения для системы АГИС: Отчет / ВНИИГИС: руководитель Рапин В.А. - Октябрьский, 1979 - ГР 77013464, с.74-76). Турбогенератор содержит гидротурбину с подшипниковым узлом, электромашинный генератор, находящиеся в маслонаполненном корпусе, уплотнительные элементы, поршневой компенсатор давления, через который скважинное давление передается внутрь генератора. Температурное расширение масла и изменение давления внутри корпуса генератора в процессе спускоподъемных операций компенсируется подпружиненным поршнем.

Турбогенератор имеет те же недостатки, которые связаны с невозможностью регулирования потока бурового раствора, проходящего через турбинный узел генератора.

Наиболее близким по технической сущности является турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения (патент РФ №2109940, приоритет 27.04.98 г., Е 21 В 47/00).

Турбогенератор содержит корпус с отверстиями для прохода промывочной жидкости через турбогенератор, гидротурбину, узел ее опоры, электромашинный генератор. На корпусе турбогенератора установлен регулятор расхода промывочной жидкости (бурового раствора), проходящей через гидротурбину, который выполнен в виде седла с отверстиями для прохода жидкости вне турбогенератора, перекрытыми подпружиненным клапаном.

Такое выполнение регулятора расхода промывочной жидкости позволяет при возникновении перепада давления в гидротурбине разделять поток жидкости путем перемещения подпружиненного клапана, и таким образом, на гидротурбине устанавливается постоянный перепад давления. В процессе закрытия и открытия отверстий седла поток промывочной жидкости абразивно воздействует на края этих отверстий, кромки которых изнашиваются, разрушаются и клапан неплотно прилегает к седлу, тем самым нарушается герметичность клапана, что приводит к отказу телесистемы. Кроме того, твердые частицы, попадающиеся в промывочной жидкости и проходящие через фильтры, могут быть прижаты пружиной между плоскостями клапана и седла, в результате поток жидкости направляется в обход гидротурбины и регулятор расхода перестает выполнять свой функции.

Предлагаемая конструкция решает задачу защиты регулятора расхода от твердых частиц в промывочной жидкости и повышения износостойкости элементов регулятора расхода промывочной жидкости, и в конечном итоге - повышения эксплуатационной надежности работы турбогенератоpa.

Поставленная задача решается тем, что в турбогенераторе, установленном в бурильной трубе, сопрягаемой через переводник с другой бурильной трубой, снабженной фильтром для промывочной жидкости, и, содержащем корпус с отверстиями для прохода промывочной жидкости через турбогенератор, гидротурбину, узел опоры вала гидротурбины и электромашинный генератор, а также выполненный в виде седла с отверстиями вне турбогенератора, перекрытыми подпружиненным клапаном, регулятор расхода промывочной жидкости, проходящей через гидротурбину, при этом регулятор расхода промывочной жидкости снабжен круговыми полыми вставками, которые установлены в отверстиях седла с выступами над поверхностью седла для соприкосновения с подпружиненным клапаном, причем величина выступов превышает величину диаметра отверстий фильтра в бурильной трубе. Круговые полые вставки и клапан выполнены из сверхтвердого материала.

На фиг.1 изображен предлагаемый турбогенератор при малом расходе промывочной жидкости.

На фиг.2 - узел регулирования расхода промывочной жидкости при большом расходе.

Турбогенератор состоит из узла регулирования расхода промывочной жидкости I, узла гидротурбины II, узла опоры вала гидротурбины III, узла бесконтактной передачи вращения IV и электромашинного генератора V.

Узел регулирования расхода включает отверстия “А” в фильтре 1 для прохода промывочной жидкости через гидротурбину II, седло 2, клапан 3, выполненный из сверхтвердого материала, подпружиненный пружиной 4. В отверстиях “В” седла 2 размещены полые вставки 5 также из сверхтвердого материала, которые установлены с выступами “С” над поверхностью седла 2, соприкасающимися с подпружиненным клапаном 3. Седло 2 в сборе с турбогенератором устанавливается в специальный переводник 6, навернутый на бурильную трубу 7. В бурильной трубе 9 над турбогенератором устанавливается фильтр 8, диаметр отверстий в котором меньше, чем высота “С” выступов полых вставок.

Турбогенератор работает следующим образом.

После включения буровых насосов промывочная жидкость проходит через отверстия “А” фильтра 1 и вращает гидротурбину II, проходя через отверстия “D”. При возникновении перепада давления в гидротурбине промывочная жидкость, воздействуя на клапан 3, поджимает пружину 4 и перемещает клапан 3 вниз, открывая отверстие “В” (фиг.2) и разделяя поток промывочной жидкости. При малом расходе промывочной жидкости клапан 3 поджат к вставкам 5 и перекрывает их по их кромке и течение потока жидкости прекращается.

Твердые частицы вещества (металлическая стружка, камешки, куски резины), проходящие через отверстия фильтра 8, свободно проходят также в зазор между седлом 2 и клапаном 3, и защемления их не происходит. Так как контакт седла и клапана происходит по твердым кромкам вставок, которые не изнашиваются под действием абразивных частиц промывочной жидкости, то ресурс работы регулятора расхода резко возрастает, тем самым повышается эксплуатационная надежность устройства. Через определенное время наработки полые вставки легко заменить на новые и турбогенератор снова пригоден к работе.

Формула изобретения

1. Турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения, установленный в бурильной трубе, сопрягаемой через переводник с другой бурильной трубой, снабженной фильтром, и, содержащий корпус с отверстиями для прохода жидкости через турбогенератор, гидротурбину, узел опоры вала гидротурбины и электромашинный генератор, а также выполненный в виде седла с отверстиями вне турбогенератора, перекрытыми подпружиненным клапаном, регулятор расхода промывочной жидкости, проходящей через гидротурбину, отличающийся тем, что регулятор расхода промывочной жидкости снабжен круговыми полыми вставками, которые установлены в отверстиях седла и выступают над его поверхностью для соприкосновения с подпружиненным клапаном, причем величина выступов превышает величину диаметра отверстий фильтра в бурильной трубе.

2. Турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения по п.1, отличающийся тем, что круговые полые вставки и клапан выполнены из сверхтвердого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2