Термоэлектрический автономный источник питания
Источник питания предназначен для использования в системах питания электроэнергией геонавигационных приборов, используемых для обеспечения горизонтального и наклонного бурения скважин и для обеспечения телеметрического контроля скважин в процессе бурения. Термоэлектрический автономный источник питания содержит корпус, элементы Пельтье с электрическими выводами, имеющие две поверхности и соединенные проводами с потребителем электроэнергии; причем термоэлементы закреплены одной поверхностью на бурильных трубах, другой - обращены внутрь, а в качестве потребителя электроэнергии использована скважинная аппаратура. Электрические выводы могут быть соединены с накопителем энергии. Термоэлементы и накопители энергии могут быть соединены между собой параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно. Изобретение обеспечивает повышение долговечности. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к технологическому оборудованию обеспечения бурения под нефть и газ и конкретно предназначено для питания электроэнергией скважинной аппаратуры.
Известен автономный источник питания телеметрической системы, содержащий гидротурбину, приводимую в движение потоком промывочной жидкости, маслозаполненный статор, залитый эпоксидным компаундом, и ротор генератора переменного тока на постоянных магнитах, расположенных на одном валу с гидротурбиной (Молчанов А.А., Сираев А.X. “Скважинные автономные системы с магнитной регистрацией”, М., Недра, 1979, с.102, 103).
Недостатком такого источника питания является его значительные осевые и диаметральные габариты из-за наличия нескольких ступеней турбины с направляющими аппаратами.
Известен также автономный источник питания телеметрической системы (генератор) по патенту РФ №2170348. Этот автономный источник питания телеметрической системы содержит корпус обтекаемой формы с фланцем крепления к наружному кожуху, в котором выполнены окна для прохода бурового раствора, и кабельным наконечником с разъемом на торце. Кроме того, этот автономный источник питания содержит гидротурбину и генератор.
Недостатком является невозможность обеспечения энергоснабжением приборов телеметрической системы при отсутствии прокачки бурового раствора.
Известен также автономный источник питания, работа которого основана на явлении термоЭДС-“3еебека” (явление, обратное эффекту Пельтье), см. Физический энциклопедический словарь, М., Советская энциклопедия, 1983, с. 756 (прототип). Источник питания содержит термоэлементы, соединенные с потребителем электроэнергии. ТермоЭДС возникает в электрической цепи, состоящей из нескольких разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру.
Недостатки прототипа - низкий ресурс работы химических элементов и ограниченная мощность.
Задачей создания изобретения является увеличение ресурса работы источника скважинной аппаратуры.
Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что в термоэлектрическом автономном источнике питания, содержащем корпус, элементы Пельтье с электрическими выводами, установленные на наружной поверхности корпуса и соединенные между собой параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно, выполнен внутри корпуса изотопный или химический источник тепловой энергии. Электрические выводы могут быть соединены напрямую с потребителем электроэнергии (скважинным прибором) или с накопителем энергии, который в свою очередь соединен с потребителем электроэнергии. Накопитель энергии может быть выполнен в виде аккумуляторов, конденсаторов или ионисторов. Аккумуляторы, конденсаторы или ионисторы могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно.
Накопитель энергии и элементы Пельтье могут быть установлены в общем корпусе.
Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.
Техническая реализация изобретения реальна, т.к. в конструкции термоэлектрического автономного источника питания использованы серийно выпускаемые детали и узлы.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2, где:
на фиг.1 приведена схема автономного источника питания телеметрической системы в составе колонны бурильных труб; на фиг.2 - схема подключения потребителя электроэнергии через накопитель энергии.
Термоэлектрический автономный источник питания (фиг.1) установлен в колонне бурильных труб 1 (или в эксплуатационной колонне 1) и предназначен для питания потребителя электрической энергии 2, например, скважинного прибора. Потребитель электрической энергии 2 установлен и сцентрирован на центраторах 3 и имеет герметичный вывод 4. Термоэлектрический автономный источник питания может быть установлен на дополнительных центраторах 5 и содержит корпус 6, элементы Пельтье 7 с электрическими выводами 8. Элементы Пельтье 7 могут быть соединены параллельно, последовательно или последовательно-параллельно. Внутри корпуса 6 установлен изотопный или химический источник тепловой энергии 9. Через герметичный вывод 10 выходят провода 11, которые через герметичный ввод 4 входят внутрь потребителя электроэнергии 2.
На фиг.2 приведена более усовершенствованная схема термоэлектрического автономного источника питания. Она дополнительно содержит накопитель энергии 12. Накопитель энергии 12 выполнен в виде аккумуляторов, конденсаторов или ионисторов 13, соединенных последовательно, или параллельно, или последовательно-параллельно.
При работе термоэлектрического автономного источника питания в колонне бурильных труб наружная поверхность элементов Пельтье омывается относительно холодным буровым раствором, а внутренняя подогревается от изотопного или химического источника тепловой энергии 9. На электрических выводах 8 элементов Пельтье возникает ЭДС и электрический ток, который по проводам 11 поступает к потребителю электрический энергии 2.
Применение изобретения позволило:
1. Многократно увеличить ресурс работы источника питания и обеспечить бесперебойное питание электроэнергией скважинного прибора телеметрической системы в процессе бурения и в процессе эксплуатации скважины.
2. Обеспечить высокую надежность источника питания.
3. Получить стабильное напряжение питания в условиях воздействия больших давлений, температур и вибраций.
4. Получить значительный экономический эффект за счет исключения спускоподъемных операций для частой замены ранее применявшегося источника питания скважинной аппаратуры телеметрической системы.
Формула изобретения
1. Термоэлектрический автономный источник питания, содержащий корпус, элементы Пельтье с электрическими выводами, установленные на наружной поверхности корпуса и соединенные между собой параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно, отличающийся тем, что внутри корпуса установлен изотопный или химический источник тепловой энергии.
2. Термоэлектрический автономный источник по п.1, отличающийся тем, что электрические выводы соединены с накопителем энергии, а накопитель энергии соединен с потребителем энергии.
3. Термоэлектрический автономный источник по п.2, отличающийся тем, что накопитель энергии выполнен в виде аккумуляторов, конденсаторов или ионисторов.
4. Термоэлектрический автономный источник по п.3, отличающийся тем, что аккумуляторы, конденсаторы или ионисторы соединены последовательно, или параллельно или последовательно-параллельно.
5. Термоэлектрический автономный источник по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что накопитель энергии и элементы Пельтье установлены в общем корпусе.
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.02.2008
Извещение опубликовано: 27.02.2008 БИ: 06/2008
