Электробур для бурения нефтяных и газовых скважин (варианты)

Изобретение касается забойных буровых машин с электрическим двигателем, которые опускаются в скважину на свинчиваемых трубах. Техническим результатом является повышение надежности токоподвода и регулирование частоты вращения долота. Для этого электробур содержит долото для разрушения породы, шпиндель, упорный подшипник, электрический двигатель и токоподвод, который соединяет источник энергии на поверхности Земли с электрическим двигателем. При этом в качестве бесколлекторного электрического двигателя постоянного тока в нем установлен бесколлекторный двигатель постоянного тока с тиристорным коммутатором. Причем управляющие электроды тиристоров коммутатора связаны с выходными цепями датчика положения ротора, который питается от источника переменного напряжения повышенной частоты, причем источник переменного напряжения повышенной частоты подсоединен к верхнему концу токоподвода, а нижний конец токоподвода соединен с входной цепью датчика положения ротора через электрический фильтр, содержащий по крайней мере один электрический конденсатор. Во втором варианте входная цепь датчика положения ротора подсоединена к нижнему концу токоподвода через схему поддержания постоянства напряжения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение касается забойных буровых машин с электрическим двигателем, которые применяются при добыче нефти и газа, в частности изобретение касается тех забойных буровых машин с электрическим двигателем, которые опускаются в скважину на свинчиваемых трубах.

Известен электробур для бурения нефтяных и газовых скважин, описанный в книге "Ю.А.Сафаров, А.Б.Фрадкин. Электробурение. Азнефтеиздат, Баку, 1957", содержащий долото, шпиндель (упорный подшипник), электрический двигатель, заполненный изолирующей жидкостью (трансформаторным маслом), и токоподвод, причем токоподвод своим верхним концом соединен с источником электрической энергии на поверхности Земли, а нижним концом - с электрическим двигателем, который находится в забое. Этот электробур широко применяется в практике бурения скважин.

В известном электробуре в качестве электрического двигателя установлен асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором. Токоподвод такого электробура является трехжильным или двухжильным (в случае двухжильного токоподвода роль третьей жилы выполняют металлические трубы, на которых электробур опускают в скважину). Каждому стыку между отдельными трубами соответствует трехконтактный или двухконтактный штепсельный разъем токоподвода. Между контактами разъема действует линейное напряжение токоподвода. Это напряжение обычно превышает 1000 Вольт. Слабость межконтактной изоляции разъемов определяется тем, что токоподвод размещен в глинистом растворе, который заполняет трубы, а сама конструкция разъема имеет ограничения, обусловленные необходимостью автоматического соединения разъемов при свинчивании отдельных бурильных труб. Низкая надежность токоподвода (частые электрические пробои в штепсельных разъемах) является главным недостатком известного электробура. Кроме этого, сложным является регулирование частоты вращения долота в известном электробуре.

Известны также попытки ряда научных учреждений разработать электробур с высоконадежным одножильным токоподводом и с простой схемой регулирования частоты вращения долота за счет установки в нем традиционного двигателя постоянного тока со скользящим электрическим контактом на коллекторе, о чем свидетельствует, например, публикация "А.С.Лопата, Т.I.3авгородня. Дослiдження гiдродинамiчних зусиль при роботi ковзаючого контакту в рiдкому iзолюючому середовищi. Вiсник Львiвського полiтехнiчного iнституту № 15 "Питання та регулювання електричних машин", видавництво Львiвського унiверситету, 1967". Однако эти попытки потерпели неудачу из-за плохого качества коммутации в сильно удлиненном коллекторном двигателе постоянного тока, а также из-за негативного влияния искрения на коллекторе на жидкую среду (все электробуры заполняются изолирующей жидкостью, преимущественно трансформаторным маслом).

Известны также предложения использовать в электробуре бесколлекторный двигатель постоянного тока. Например, в британской заявке "UK Patent Application GB 2337281. Int.cl. E 21 B 44/00. A downhole drilling apparatus with control means. Applicant Philip Head. Date of publication 17.11.1999." предлагается использовать в буровой машине, опускаемой в скважину на гибком наматываемом трубопроводе, бесколлекторный двигатель постоянного тока (при полном отсутствии описания схемы и конструкции этого двигателя). Необходимо отметить, что существует большое количество схем и конструкций таких двигателей (патентный класс МПК Н02К 29/02). Большинство из них не могут быть выполнены на сколько-нибудь значительные мощности, не говоря уже о возможности работать в условиях забоя буримой скважины. Задача увеличения надежности токоподвода в этой заявке не ставится. Впрочем, в случае забойной машины, опускаемой в скважину на гибком наматываемом трубопроводе, такая задача неактуальна, поскольку токоподвод в этом случае не имеет промежуточных штепсельных разъемов.

Целью настоящего изобретения является создание работоспособного электробура с высокой надежностью токоподвода, а именно с токоподводом, который содержит кабель с единственной жилой и одноконтактные штепсельные разъемы, внутри которых отсутствуют токопроводящие элементы, между которыми действует электрическое напряжение. Целью изобретения является также обеспечение простого регулирования частоты вращения долота. Эта техническая задача в течение полувека (с тех пор, как применяется бурение с забойным электрическим двигателем, опускаемым в скважину на свинчиваемых трубах) оставалась нерешенной проблемой электробурения.

Указанная цель достигается тем, что в электробуре, который содержит долото, шпиндель (упорный подшипник), бесколлекторный электрический двигатель постоянного тока, заполненный изолирующей жидкостью, например трансформаторным маслом, и токоподвод, причем токоподвод своим верхним концом соединен с источником электрической энергии на поверхности Земли, а нижним концом - с бесколлекторным электрическим двигателем постоянного тока, который находится в забое, в качестве бесколлекторного электрического двигателя постоянного тока установлен бесколлекторный двигатель постоянного тока с тиристорным коммутатором, причем управляющие электроды тиристоров коммутатора связаны с выходными цепями датчика положения ротора.

В электробуре по первому варианту изобретения входная цепь датчика положения ротора питается от источника напряжения повышенной частоты, причем источник напряжения повышенной частоты соединен с верхним концом токоподвода, а нижний конец токоподвода соединен с входной цепью датчика положения ротора через электрический фильтр, содержащий по крайней мере один конденсатор.

В электробуре по второму варианту изобретения входная цепь датчика положения ротора соединена с нижним концом токоподвода через схему поддержания постоянства напряжения.

В качестве бесколлекторного двигателя постоянного тока с тиристорным коммутатором целесообразно использовать двигатель с якорной обмоткой замкнутого типа, расположенной на статоре, в котором коммутация (закрывание) тиристоров происходит за счет ЭДС вращения. При этом для осуществления коммутации за счет ЭДС вращения угловое положение датчика положения ротора двигателя устанавливается таким, чтобы активные стороны коммутируемых секций якорной обмотки были размещены под сбегающими краями магнитных полюсов, расположенных на роторе двигателя. В качестве датчика положения ротора двигателя целесообразно использовать датчик положения трансформаторного типа по дифференциальной схеме. Расположенные на роторе двигателя с тиристорным коммутатором магнитные полюсы целесообразно выполнить на основе постоянных магнитов.

В электробуре по второму варианту изобретения схему поддержания постоянства напряжения целесообразно построить на принципе двухпозиционного регулирования.

Автору и заявителям не известно аналогичное техническое решение.

На фиг.1 изображена схема конструкции электробура с отдельными элементами электрической схемы согласно первому варианту изобретения, на фиг.2 - электрическая схема двигателя постоянного тока с тиристорным коммутатором и его соединения с токоподводом по первому варианту изобретения, на фиг.3 - сечения А-А и В-В фиг.1, которые представляют конструкцию датчика положения ротора, на фиг.4 - соединение входной цепи датчика положения ротора с токоподводом по второму варианту изобретения, на фиг.5 - диаграммы открывания тиристоров коммутатора, на фиг.6 - схема для объяснения принципа питания входной цепи датчика положения ротора двигателя по первому варианту изобретения.

Электробур по первому варианту изобретения содержит долото 1 (фиг.1), шпиндель 2 (упорный подшипник для передачи осевой нагрузки на долото), электрический бесколлекторный двигатель постоянного тока с тиристорным коммутатором 3 и токоподвод 4. Долото 1 закреплено на валу шпинделя 2. Вал 5 шпинделя и вал 6 двигателя выполнены пустотными для обеспечения возможности прохождения от труб 7, на которых электробур опускают в скважину, к долоту 1 глинистого раствора, которым промывают скважину во время бурения. Внутреннее пространство электрического двигателя 3 заполнено трансформаторным маслом и в верхней части двигателя отделено от пространства труб, заполненного глинистым раствором, торцевым уплотнением 8. В одном блоке с уплотнением смонтирован компенсатор потери трансформаторного масла. Такое же уплотнение размещено на нижнем конце вала двигателя (если шпиндель заполнен глинистым раствором), или на нижнем конце вала шпинделя, если шпиндель заполнен трансформаторным маслом.

Электрический бесколлекторный двигатель постоянного тока с тиристорным коммутатором 3 содержит статор 9 с якорной обмоткой (см. фиг.1, 2) ротор 10 с магнитными полюсами, тиристорный коммутатор 11, трансформаторный датчик положения ротора 12. Статор 9 расположен в стальном корпусе 13 двигателя. Продолжением корпуса 13 двигателя является отдельный корпус 14 тиристорного коммутатора и датчика положения ротора, отдельный корпус 15 уплотнения и компенсатора потери трансформаторного масла и переходник 16 для соединения электробура с трубами 7.

На фиг.2 показана электрическая схема двигателя на одной паре полюсов. Двигатель имеет якорную обмотку замкнутого типа (как в якорях коллекторных машин постоянного тока). Для большей наглядности на фиг.2 изображена обмотка кольцевого якоря (методический прием, который обычно применяют при изложении принципа работы коллекторных машин постоянного тока). Обычно двигатель имеет не одну а несколько пар полюсов. В этом случае одинаково расположенные под разными парами полюсов секции якорной обмотки соединяют параллельно (вариант петлевой обмотки) или последовательно (вариант волновой обмотки). Магнитные полюсы ротора 10 выполнены с использованием постоянных магнитов, без обмотки возбуждения. Тиристорный коммутатор 11 состоит из двух групп тиристоров: анодной группы (или группы "+"), у которой общей шиной "+" соединены все аноды (см. фиг.2), и катодной группы (или группы "-"), у которой общей шиной "-" соединены все катоды. Шина "+" тиристорного коммутатора соединена с корпусом 14 тиристорного коммутатора. Замкнутая якорная обмотка статора 9 точками присоединения тиристорного коммутатора разделена на секции с одинаковыми количествами витков. К каждой точке раздела между секциями (эти точки на фиг.2 пронумерованы римскими числами) присоединена пара тиристоров (один тиристор от группы "+" и один - от группы "-"). Каждый тиристор на схеме фиг.2 может быть пронумерован числом, которое указывает на точку присоединения к обмотке якоря, с индексом "+" или "-" в зависимости от принадлежности тиристора к анодной или катодной группе (например 1⁺1^- и т.д).

Между управляющим электродом и катодом каждого тиристора включена через диод 17 выходная цепь 18 датчика положения ротора, которая представляет собой управляющую обмотку трансформаторного датчика положения ротора. На схеме фиг.2 показано включение управляющей обмотки для тиристора 1⁺. Входная цепь 19 трансформаторного датчика положения ротора, которая представляет собой обмотку возбуждения, включена через электрический фильтр, представляющий собой электрический конденсатор 20, между нижним концом токоподвода 4 и корпусом 14 тиристорного коммутатора.

На фиг.3 показаны в увеличенном виде сечения электробура по А-А и по В-В (см. фиг.1), которые представляют конструкцию датчика положения ротора двигателя электробура. В двигателе постоянного тока с тиристорным коммутатором применен датчик положения ротора трансформаторного типа по дифференциальной схеме. Датчик положения ротора содержит два статора из шихтованной электротехнической стали (статор 21 и статор 22). Внутри статора 21 расположен ротор 23 датчика, неподвижно соединенный с валом 6 двигателя постоянного тока с тиристорным коммутатором. Ротор датчика также выполнен из шихтованной электротехнической стали. Каждая управляющая обмотка 18 датчика положения образуется (как это показано на фиг.2) путем последовательно-встречного соединения катушек, охватывающих одинаково расположенные на обоих статорах зубцы. Таким образом, датчик положения ротора построен по дифференциальной схеме. Числа с индексом "+" или "-" на фиг.3 обозначают зубцы, на которых размещены управляющие обмотки, которые подают открывающие сигналы на тиристоры с соответствующими номерами. Обмотка возбуждения 19 датчика положения ротора образуется путем последовательно-согласного соединения катушек (см. фиг.2) с диаметральным шагом, расположенных в донной части глубоких пазов (фиг.3). Конструкция датчика положения ротора на фиг.3 соответствует четырехполюсному двигателю постоянного тока с тиристорным коммутатором. Угловое положение статоров и ротора датчика положения ротора относительно статора и ротора электрического двигателя выбирается таким, чтобы открывающие сигналы от датчика поступали на тиристоры, связанные с секциями якорной обмотки двигателя, активные стороны которых размещены под сбегающими краями магнитных полюсов. На фиг.2 открытые тиристоры показаны затемненными. Основанием для примененной в изобретении конструкции датчика положения ротора являются изобретения: 1. A.c СССР № 298996 НО2К 29/02, О.В.Кекот, "Трансформаторный датчик положения ротора". 2. А.с СССР № 550733, НО2К 29/02, О.В.Кекот, А.П.Пролыгин, Б.П.Гущо-Малков, Р.Н.Попович "Трансформаторный датчик положения ротора".

Токоподвод 4 (см. фиг.1) состоит из секций одножильного кабеля 24, закрепленных в трубах 7 (частично внутри двигателя электробура), штепсельных разъемов 25, расположенных в зоне соединительных замков труб, и двухкольцевого токоприемника 26 на верхнем конце колонны бурильных труб, что дает возможность проворачивания бурильных труб в скважине (согласно существующей технологии бурения) без прерывания электрической цепи. Одно из колец токоприемника соединено с кабелем 24, а другое - с колонной бурильных труб 7.

К кольцевому токоприемнику присоединен расположенный на поверхности Земли источник электрической энергии 27 для питания двигателя электробура. Источник электрической энергии 27 питается от трехфазной сети 6 кВ и обеспечивает на выходе регулируемое напряжение постоянного тока (от нуля до величины примерно 1000 Вольт). Такой источник энергии состоит из известных узлов: силового трансформатора и регулируемого выпрямителя на тиристорах. Вместе с этим к кольцевому токоприемнику через разделительный электрический конденсатор 28 присоединен расположенный на поверхности Земли источник напряжения повышенной частоты 29 для питания обмотки возбуждения трансформаторного датчика положения ротора, присоединенной к нижнему концу токоподвода. Частота переменного напряжения этого источника равна 10 кГц. Источник переменного напряжения повышенной частоты 29 питается от сети 220 В и построен на основе мультивибратора на силовых транзисторах. Источник электрической энергии постоянного тока 27 и источник напряжения повышенной частоты 29 разделены между собой, кроме конденсатора 28, электрическим дросселем 30.

В электробуре по второму варианту изобретения источник напряжения повышенной частоты 29 для питания обмотки возбуждения 19 трансформаторного датчика положения ротора 12 расположен не на поверхности Земли, а находится вместе с двигателем в забое (см. фиг.4) и питается постоянным током. Он включен через схему поддержания постоянства напряжения 31 между нижним концом токоподвода 4 и корпусом 14 тиристорного коммутатора. Применена двухпозиционная схема поддержания постоянства напряжения. На фиг.4 приведен ее простейший вариант. Схема состоит из накопительного электрического конденсатора 32, зарядного сопротивления 33 и реле 34.

Электробур работает следующим образом. Пусть ротор двигателя электробура с магнитными полюсами вращается в направлении, показанном на фиг.2, 3 стрелкой.

Активные стороны секций якорной обмотки, соединенных с открытыми тиристорами, расположены, как это видно из фиг.2, под сбегающими краями полюсов. Как только окажутся открытыми два соседние тиристоры одной группы (на фиг.2 тиристоры 1⁺ и 2⁺), образуется короткозамкнутый контур, электродвижущая сила вращения в котором имеет такое направление, которое способствует возрастанию электрического тока во вновь открывшемся тиристоре 2⁺ и спаданию тока в ранее открывшемся тиристоре 1⁺. При спадании тока в ранее открывшемся тиристоре до нуля последний самостоятельно закрывается (открывающий сигнал от датчика положения ротора к этому моменту исчезает). Такой же процесс одновременно происходит с тиристорами 11^- и 12^- группы "-". Последовательность открывания тиристоров дополнительно объясняют диаграммы открывания тиристоров (фиг.5). Стрелки на диаграммах, которые показывают номер открывающегося тиристора, необходимо представлять себе связанными с валом 6 двигателя электробура (в двухполюсном его исполнении). Описанный процесс физически повторяет все то, что происходит в обычном коллекторном двигателе постоянного тока при перемещении щеток по коллектору. Исключение составляет лишь некоторый интервал частоты вращения вблизи нулевой частоты вращения, где коммутация за счет ЭДС вращения в установившемся режиме принципиально невозможна. Однако при ускоренном движении ротора коммутация осуществима и в области нулевой частоты вращения, в результате чего пуск такого двигателя может успешно осуществляться. Изложенные положения обоснованы математически (см. статью "О.Кекот. Явнополюсна машина з тиристорним комутатором i замкненою обмоткою якоря: перспективи застосування в потужному регульованому електроприводi. Електромеханiка. Теорiя i практика. Працi 100-рiччю вiд дня народження Тихона Губенка. Львiв, 1996"), а также проверены экспериментально.

Вращающий момент от двигателя постоянного тока с тиристорным коммутатором передается через вал шпинделя долоту, которое разрушает породу в забое. Для создания условий разрушения породы часть веса труб 7 передается через шпиндель 2 на долото 1. Выбуренная порода выносится глинистым раствором по затрубному пространству на поверхность Земли.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока с тиристорным коммутатором 3 питается регулируемым напряжением постоянного тока от источника энергии постоянного тока 27 через токоподвод 4. В качестве одного из проводников токоподвода используются трубы 7, на которых электробур опускают в скважину. Таким образом, в токоподводе используется одножильный кабель 24 и одноконтактные штепсельные разъемы 25, а не трехконтактные или двухконтактные, как в известных электробурах. Внутри штепсельных разъемов отсутствуют токопроводящие элементы, между которыми может действовать электрическое напряжение, в результате чего возрастает надежность токоподвода по сравнению с известными электробурами.

Изменяя величину напряжения постоянного тока на выходе источника энергии 27, можно регулировать частоту вращения двигателя постоянного тока с тиристорным коммутатором (частота вращения пропорциональна напряжению якоря, подобно обычному коллекторному двигателю постоянного тока с независимым возбуждением) и, таким образом, добиваться оптимальных условий работы долота в забое, обеспечивая или максимальную механическую скорость проходки (в случае малых глубин бурения), или максимальную проходку на долото (в случае больших глубин бурения). Заметим, что регулирование частоты вращения долота в забое осуществляется самым простым из возможных способов - применением в источнике энергии 27 широко известного и широко распространенного регулируемого выпрямителя на тиристорах.

Сигнал для открывания тиристоров коммутатора индуцируется в тех выходных обмотках трансформаторного датчика положения ротора, которые имеют катушки, расположенные напротив башмаков ротора 23 датчика (см. фиг.3). Исполнение трансформаторного датчика положения ротора по дифференциальной схеме (образование выходных управляющих обмоток путем последовательно-встречного соединения катушек, одинаково расположенных на разных статорах) позволяет добиться высокого отношения полезного сигнала к помехе и обойтись без любых средств дополнительного формирования сигнала и, таким образом, предельно упростить электрическую схему.

Специального разъяснения требуют приемы, примененные в двух вариантах изобретения для питания обмотки возбуждения трансформаторного датчика положения ротора. В первом варианте изобретения обмотка возбуждения датчика положения ротора питается переменным током повышенной частоты (около 10 кГц) от источника, расположенного на поверхности Земли. Этот прием основывается на том, что обмотка якоря двигателя постоянного тока с тиристорным коммутатором обладает некоторой индуктивностью, которая может быть использована для отделения якоря двигателя от переменного напряжения повышенной частоты, которое питает обмотку возбуждения датчика положения ротора. Принцип питания обмотки возбуждения датчика с поверхности Земли объясняет электрическая схема на фиг.6. Ветвь схемы E-R-L-D представляет якорь двигателя постоянного тока с тиристорным коммутатором. Тут Е - электродвижущая сила якоря, R, L - соответственно, активное сопротивление и индуктивность якоря. Диод D символизирует одностороннюю проводимость тиристорного коммутатора. Параллельно якорю двигателя включена через разделительный фильтр, представленный конденсатором 20, обмотка возбуждения 19 датчика положения ротора. Z_c - сопротивление токоподвода. В токе I₂ присутствует лишь переменная составляющая частотой 10 кГц (путь для постоянной составляющей от источника 27 закрыт разделительным конденсатором 20), в то время как в токе I₁ присутствует как постоянная составляющая, так и переменная составляющая частотой 10 кГц. Однако переменная составляющая в токе I₁ ограничивается индуктивностью якоря L, которая на частоте 10 кГц создает значительное индуктивное сопротивление. Таким образом, имеет место лишь ограниченное шунтирование якорем двигателя цепи обмотки возбуждения датчика положения ротора. Этот фактор обеспечивает реальную работоспособность датчика положения ротора. На поверхности Земли разделительный конденсатор 28 отделяет источник напряжения 10 кГц от постоянного напряжения источника энергии 27, а дроссель 30 ограничивает ответвление переменного тока частотой 10 кГц в источник энергии 27.

Электрический фильтр в цепи обмотки возбуждения датчика положения ротора может содержать, кроме конденсатора 20, и другие реактивные элементы, что может быть обусловлено, например, необходимостью ограничить влияние на работу датчика положения ротора высших гармоник в напряжении источника питания 27.

Во втором варианте изобретения источник напряжения повышенной частоты 29 (см. фиг.4) питается за счет электрической энергии постоянного тока, которая передается на забой для питания двигателя. Величина напряжения постоянного тока может изменяться в широких пределах в зависимости от режима работы двигателя (от нескольких десятков вольт до тысячи вольт). Двухпозиционная схема поддержания постоянства напряжения 31 питает источник напряжения повышенной частоты 29 неизменным по величине напряжением постоянного тока, которое снимается с накопительного конденсатора 32, который заряжается через сопротивление 33 от напряжения постоянного тока, которое действует в токоподводе. Поддержание постоянства напряжения на конденсаторе осуществляется за счет реле 34, обмотка которого включена параллельно конденсатору 32, а нормально закрытый контакт включен в цепь заряжания конденсатора. Эта двухпозиционная схема поддержания постоянства напряжения может быть реализована также на бесконтактных схемных элементах.

Цель изобретения (создание работоспособного электробура с высокой надежностью токоподвода и возможностью простого регулирования частоты вращения долота) достигается за счет сформулированных в заявке конструктивных и схемных признаков в их тесной взаимосвязи. Предложенные в двух вариантах изобретения схемы питания входной цепи датчика положения ротора дают возможность обеспечить работу в забое бесколлекторного двигателя постоянного тока с регулируемым напряжением питания двигателя без создания отдельной линии для питания датчика положения ротора. Причем в первом варианте изобретения источник питания входной цепи датчика положения ротора вынесен на поверхность Земли, что дает возможность предельно упростить электрическую схему, которая находится в забое. С другой стороны, тиристорный коммутатор, тиристоры которого открываются по сигналам от датчика положения ротора, а закрываются за счет ЭДС вращения, не содержит схемных средств для закрывания тиристоров, которые присутствуют, например, в автономных инверторах для управления асинхронными двигателями. (Понятно, что размещение любых схемных средств для закрывания полупроводниковых приборов в условиях нефтяной скважины является проблематичным). Применение многосекционной якорной обмотки замкнутого типа позволяет максимально снизить тепловую нагрузку на отдельные тиристоры, что в условиях высоких температур в недрах Земли очень важно. Установка в электробуре трансформаторного датчика положения ротора по дифференциальной схеме, все выходные цепи которого смонтированы на общем магнитопроводе, дает возможность обойтись в условиях использования коммутации за счет ЭДС вращения без дополнительных схемных средств формирования выходных сигналов и, таким образом, максимально упростить конструкцию двигателя постоянного тока с тиристорным коммутатором.

Несмотря на то, что установленный в электробуре датчик положения ротора трансформаторного типа является безусловно наиболее целесообразным вариантом датчика, независимые пункты формулы (1-й и 2-й) сформулированы более обобщенно и предусматривают установку в электробуре любого датчика положения ротора, например датчика на основе элементов Холла, магнитодиодов и т.п. Первый пункт формулы устанавливает лишь одно ограничение: чтобы входная цепь датчика была пригодной для питания его переменным напряжением повышенной частоты.

1. Электробур для бурения нефтяных и газовых скважин, содержащий долото, шпиндель, упорный подшипник, бесколлекторный электрический двигатель постоянного тока, заполненный изолирующей жидкостью, например трансформаторным маслом, и токоподвод, причем токоподвод своим верхним концом соединен с источником электрической энергии на поверхности Земли, а нижним концом - с электрическим двигателем, находящимся в забое, отличающийся тем, что в качестве бесколлекторного электрического двигателя постоянного тока в нем установлен бесколлекторный двигатель постоянного тока с тиристорным коммутатором, причем управляющие электроды тиристоров коммутатора связаны с выходными цепями датчика положения ротора, который питается от источника переменного напряжения повышенной частоты, причем источник переменного напряжения повышенной частоты подсоединен к верхнему концу токоподвода, а нижний конец токоподвода соединен с входной цепью датчика положения ротора через электрический фильтр, содержащий по крайней мере один электрический конденсатор.

2. Электробур для бурения нефтяных и газовых скважин, содержащий долото, шпиндель, упорный подшипник, бесколлекторный электрический двигатель постоянного тока, заполненный изолирующей жидкостью, например трансформаторным маслом, и токоподвод, причем токоподвод своим верхним концом соединен с источником электрической энергии на поверхности Земли, а нижним концом - с электрическим двигателем, находящимся в забое, отличающийся тем, что в качестве бесколлекторного электрического двигателя постоянного тока в нем установлен бесколлекторный двигатель постоянного тока с тиристорным коммутатором, причем управляющие электроды тиристоров коммутатора связаны с выходными цепями датчика положения ротора, а входная цепь датчика положения ротора подсоединена к нижнему концу токоподвода через схему поддержания постоянства напряжения.

3. Электробур по п.1 или 2, отличающийся тем, что бесколлекторный двигатель постоянного тока с тиристорным коммутатором выполнен с якорной обмоткой замкнутого типа, расположенной на статоре, а коммутация (закрывание) тиристоров в нем происходит за счет ЭДС вращения.

4. Электробур по п.3, отличающийся тем, что для осуществления коммутации за счет э.д.с. вращения угловое положение датчика положения ротора устанавливается таким, чтобы активные стороны коммутируемых секций якорной обмотки были расположены под сбегающими краями магнитных полюсов, расположенных на роторе двигателя.

5. Электробур по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нем установлен датчик положения ротора трансформаторного типа.

6. Электробур по п.2, отличающийся тем, что в нем установлена схема поддержания постоянства напряжения, построенная на принципе двухпозиционного регулирования.

7. Электробур по п.4, отличающийся тем, что расположенные на роторе двигателя с тиристорным коммутатором магнитные полюсы выполнены на основе постоянных магнитов.

Приоритет по пунктам:

04.11.2003 - все пункты формулы.