Генератор питания телеметрической системы с гидравлическим каналом связи

Изобретение относится к исследованиям в процессе бурения скважин и может быть использовано для питания электроэнергией скважинных приборов в процессе бурения. Генератор содержит статор, выполненный в виде оси, и внешний ротор, установленный на двух резиновых подшипниках с двумя турбинами и с электрическими разъемами во внутренних полостях на концах статора. На торцах турбин установлены твердосплавные кольца, в которые упираются ответные подпружиненные твердосплавные кольца торцевого уплотнения. Один или все электрические разъемы выполнены подпружиненными. Между осью и деталями торцевого уплотнения выполнен кольцевой зазор, выравнивающий давление внутри генератора с давлением внешней среды. Подружиненный электрический разъем установлен в подвижной втулке, входящей в неподвижную втулку, установленную в оси статора, причем в неподвижной втулке выполнены продольные пазы, которые ограничивают осевое и радиальное перемещение штифтов, установленных в подвижной втулке, а между торцом подвижной втулки и кольцевым выступом неподвижной установлена пружина сжатия. Изобретение направлено на повышение ресурса и надежности генератора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии обеспечения бурения под нефть или газ. Конкретно, изобретение предназначено для преобразования энергии промывочной жидкости в электрическую и питания электроэнергией автономных навигационных и геофизических приборов в процессе бурения.

Известен генератор переменного тока для питания автономной скважинной аппаратуры в процессе бурения скважин малого диаметра, включающий неподвижный внутренний статор с коллектором и закрепленный на приводном валу внешний ротор, снабженный электромагнитами (патент РФ №2060383, МПК Е 21 В 47/022, 47/00, приоритет от 21.02.92 г.).

Известен автономный турбинный агрегат, 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).

Этот генератор состоит из статора, размещенного внутри агрегата, и шестиполюсного кольцевого магнитного ротора, выполненного снаружи. Ротор одновременно является корпусом для рабочих лопаток трехступенчатой гидротурбины. Перед каждой ступенью рабочих лопаток гидротурбины, в свою очередь, установлены три ступени направляющих аппаратов, собранных на внешнем корпусе, что увеличивает диаметр устройства. Электрические разъемы находятся снизу генератора.

Для предотвращения попадания промывочной жидкости в электрогенератор и подшипниковые узлы установлены уплотняющие устройства, внутренняя полость электрогенератора заполнена трансформаторным маслом.

Ввиду того что турбогенератор работает при различных температурах (от наружной температуры воздуха до +80...+130°С на глубинах бурения скважин до 1200... 3500 м и более), а масло имеет высокий коэффициент температурного расширения, введен компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости (масла). Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости выполнен внутри входного обтекателя генератора. Он состоит из двух тонких профильных пластин, одна из которых выпуклая, а другая - вогнутая.

Компенсатор давления и температурного расширения смазывающей жидкости предназначен для компенсации изменения объема масла и маслозаполненной полости генератора в рабочих условиях при повышении температуры, а также выравнивания давления внутри и снаружи генератора.

Недостатками этого генератора являются: его небольшой ресурс, низкая надежность, недостаточная мощность, большие масса и габариты устройства. Кроме того, генератор очень сложен по конструкции и нетехнологичен. Эти недостатки обусловлены в первую очередь тем, что в качестве привода используется гидротурбина с направляющими аппаратами. Использование гидротурбины с направляющими аппаратами в качестве привода предъявляет повышенные требования к качеству очистки промывочной жидкости от фракций выбуренной породы и посторонних предметов, попадание которых в зазор между рабочими и направляющими лопатками гидротурбины может привести к ее остановке (заклиниванию). Наличие направляющих аппаратов гидротурбины увеличивает диаметральный габарит генератора, что нежелательно при бурении скважин относительно малого диаметра.

Второй конструктивный недостаток - это сложность и ненадежность компенсатора давления и температурного расширения смазывающей жидкости. Из-за упругости стенок компенсатора давление смазывающей жидкости всегда меньше давления окружающей среды. Это может привести к попаданию промывочной жидкости в систему смазки.

Следующий недостаток обусловлен расположением всех разъемов с одной стороны генератора, что обуславливает подключение электрооборудования только с нижней стороны и ограничивает использование данной конструкции для устройств, требующих подключение сверху, таких как, например, аппаратура, использующая для передачи телеметрической информации на поверхность гидравлический канал связи.

Известен генератор по пат. РФ №2184225 (прототип). Генератор содержит статор в виде неподвижной оси, установленный на резиновых подшипниках, наружный статор с двумя турбинами и магнитами. Ротор установлен на статоре на подшипниках. Внутренняя полость генератора герметизирована. Сверху и снизу выполнены кабельные наконечники.

Задачами создания изобретения являются: повышение ресурса и надежности генератора, увеличение мощности с одновременным уменьшением габаритов и массы генератора.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что генератор питания телеметрической системы с гидравлическим каналом связи, содержащий статор, выполненный в виде оси, и внешний ротор, установленный на двух резиновых подшипниках, с двумя турбинами и электрическими разъемами во внутренних полостях на концах статора, отличается тем, что на торцах турбин установлены твердосплавные кольца, в которые упираются ответные подпружиненные твердосплавные кольца торцевого уплотнения, а один или все электрические разъемы выполнены подпружиненными. Между осью и деталями торцевого уплотнения выполнен кольцевой зазор, выравнивающий давление внутри генератора с давлением внешней среды. Подружиненный электрический разъем установлен в подвижной втулке, входящей в свою очередь в неподвижную втулку, установленную в оси статора, причем в неподвижной втулке выполнены продольные пазы, которые ограничивают осевое и радиальное перемещение штифтов, установленных в подвижной втулке, а между торцом подвижной втулки и кольцевым выступом неподвижной установлена пружина сжатия.

Проведенные патентно-технические исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной и изобретательским уровнем. Кроме того, оно является промышленно применимым, т.е. может быть изготовлено с использованием стандартного оборудования. Следовательно, предложенное техническое решение удовлетворяет всем критериям изобретения.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, 2

Генератор содержит статор 1 в виде оси 2 и внешний ротор 3, установленный на двух резиновых подшипниках 4, две турбины 5 и электрические разъемы 6 во внутренних полостях на концах статора 1, полость «А» между статором и ротором герметизирована двумя торцовыми уплотнениями 7. Торцовые уплотнения 7 содержат твердосплавные кольца 8, установленные на торцах турбин 5, и ответные подпружиненные твердосплавные кольца 9. Один из электрических разъемов 6 (или оба) выполнен подпружиненным. Подпружиненный электрический разъем установлен в подвижной втулке 10, в свою очередь установленной в неподвижную втулку 11, установленную в оси статора 1. В неподвижной втулке 10 выполнены продольные пазы «С», которые ограничивают осевое и радиальное перемещения штифтов 12, установленных в подвижной втулке 11. Между торцом подвижной втулки 10 и кольцевым выступом неподвижной втулки 12 установлена пружина сжатия 13. Статор 1 выполнен в виде неподвижной оси 2 с электрическими разъемами 6 с двух сторон, которые позволяют соединить генератор с другими устройствами, в том числе: с излучателем электромагнитного канала связи и пульсатором гидравлического канала связи.

При погружении устройства в скважину в процессе бурения или спускоподъемных операциях и соответственно изменении температуры и давления окружающей среды, изменяется объем масла и торцовые уплотнения 7 обеспечивают небольшое превышение внутреннего давления и не позволяют буровому раствору проникнуть внутрь. Штифты 14 фиксируют неподвижную втулку 14.

Применение предложенного изобретения дает следующие преимущества:

1. Отсутствие направляющего аппарата предотвращает заклинивание турбины в случае попадания посторонних предметов в буровой раствор или его некачественной очистки. Отказ от направляющего аппарата значительно снизил диаметр и осевые габариты генератора.

2. Наличие двух торцовых уплотнений обеспечило более надежную герметизацию генератора, т.к. давление в нем всегда больше давления окружающей среды за счет усилия, создаваемого пружинами торцовых уплотнений.

3. Разъемы с двух сторон позволили подключать измерительные устройства сверху и снизу генератора.

4. Выполнение одного или обеих электрических разъемов подпружиненными облегчило монтаж генератора в состав телеметрической системы.

1. Генератор питания телеметрической системы с гидравлическим каналом связи, содержащий статор, выполненный в виде оси, и внешний ротор, установленный на двух резиновых подшипниках с двумя турбинами и электрическими разъемами во внутренних полостях на концах статора, отличающийся тем, что на торцах турбин установлены твердосплавные кольца, в которые упираются ответные подпружиненные твердосплавные кольца торцевого уплотнения, а один или все электрические разъемы выполнены подпружиненными.

2. Генератор питания телеметрической системы с гидравлическим каналом связи по п.1, отличающийся тем, что между осью и деталями торцевого уплотнения выполнен кольцевой зазор, выравнивающий давление внутри генератора с давлением внешней среды.

3. Генератор питания телеметрической системы с гидравлическим каналом связи по п.1 или 2, отличающийся тем, что подпружиненный электрический разъем установлен в подвижной втулке, входящей, в свою очередь, в неподвижную втулку, установленную в оси статора, причем в неподвижной втулке выполнены продольные пазы, которые ограничивают осевое и радиальное перемещение штифтов, установленных в подвижной втулке, а между торцом подвижной втулки и кольцевым выступом неподвижной установлена пружина сжатия.