ТУРБОГЕНЕРАТОР АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для исследования скважин в процессе бурения, в частности для питания электрической схемы скважинного прибора.

Известен турбогенератор, состоящий из электромашинного генератора, заключенного в маслонаполненный защитный корпус, и гидротурбины, вал которой уплотнен манжетой из эластичного материала и связан с валом электромашинного генератора. Для повышения надежности турбогенератора уплотняющая манжета устанавливается кромкой внутрь маслонаполненного корпуса, а в нижнюю часть корпуса помещен разбиватель вращения жидкостей, выполненный в виде втулки с диском. Кроме того, в станине корпуса на уровне между разбивателем и манжетой установлен обратный клапан (авт.св. СССР N 251102, приоритет 14.03.1968).

Однако этот турбогенератор обладает следующими недостатками: повышенный износ лопаток, так как поток промывочной жидкости в процессе бурения полностью проходит через гидротурбину; низкая работоспособность узла уплотнения вала при наличии в буровом растворе абразивных частиц; высокая вероятность попадания жидкой фазы бурового раствора в генераторный узел между валом и разбивателем, что приводит к сбоям в работе генератора. Изменение потока промывочный жидкости влечет за собой изменение ЭДС и мощности генератора.

Известен также 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 [2].

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.

Кроме того, общим недостатком существующих турбогенераторов является большая вероятность попадания жидкости в маслонаполненный корпус электромашинного генератора, вследствие чего возникают сбои в его работе.

Наиболее близким по технической сущности является турбогенератор для аппаратуры каротажа в процессе бурения [1]. 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 компенсируются подпружиненным поршнем.

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

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эксплуатационной надежности работы турбогенератора за счет обеспечения равномерности вращения лопаток гидротурбины и упрощения конструкции. Поставленная задача решается тем, что в турбогенератор, содержащий гидротурбину, узел опоры вала гидротурбины с компенсатором давления и электромашинный генератор, введены регулятор расхода бурового раствора, проходящего через гидротурбину, установленный на корпусе турбогенератор и узел бесконтактной передачи вращения от вала гидротурбины к валу электромашинного генератора, выполненный в виде магнитной муфты, при этом узел опоры вала гидротурбины расположен в маслонаполненном защитном корпусе, а электромашинный генератор - в воздушной среде, отделенной от маслонаполненной части разделителем сред, установленным между ведущей и ведомой частями магнитной муфты и выполненным из материала с диамагнитными свойствами.

Регулятор расхода бурового раствора выполнен в виде седла с отверстиями для прохода жидкости вне турбогенератора, перекрытыми подпружиненным клапаном.

На фиг. 1 изображен предлагаемый турбогенератор при малом расходе промывочной жидкости; на фиг.2 - узел регулирования расхода бурового раствора при большом расходе.

Функционально турбогенератор состоит из узла регулирования расхода бурового раствора I, узла гидротурбины II, узла опоры вала гидротурбины III, узла бесконтактной передачи вращения IV и узла генератора переменного тока V.

Узел регулирования расхода включает отверстие для прохода бурового раствора через гидротурбину с фильтром 1, седло 2, клапан 3, подпружиненный пружиной 4. Узел гидротурбины включает ротор турбины 5, посаженный на вал 6, статоры турбины 7, установленные в корпусе 8, который имеет выходные отверстия А для бурового раствора. Узел опоры вала включает подшипники 9, уплотнительные элементы вала 10, эластичную манжету 11. Полость Б, ограниченная уплотнительными элементами 10, корпусом узла опоры 12 и разделителем сред 13, заполнена маслом.

Узел бесконтактной передачи вращения включает магнитную муфту, состоящую из втулки 14, выполненной, например, из самарий-кобальтовых магнитов и закрепленной на валу турбины 6 и втулки 15, выполненной из аналогичных магнитов и посаженной на вал генератора 16. Магнитные втулки 14 и 15 разделены между собой разделителем сред 13, выполненным из диамагнитного материала, например титанового сплава.

Генератор 16 размещен внутри корпуса 17, и так как детали генератора не имеют непосредственного контакта с буровым раствором, во внутренней полости находится воздушная среда под атмосферным давлением.

Турбогенератор работает следующим образом. Седло 2 в сборке с турбогенератором устанавливается в специальный переводник 18, навернутый на бурильную трубу 19, и спускается в скважину. После включения буровых насосов буровой раствор проходит через отверстие с фильтром 1 и вращает гидротурбину 5, проходя через отверстия А. При возникновении перепада давления в гидротурбине, равное 0,5 МПа, буровой раствор, воздействуя на клапан 3, поджимает пружину 4 и перемещает клапан 3 вниз, открывая отверстия B (см. фиг.2) и разделяя поток бурового раствора.

Таким образом, на гидротурбине устанавливается постоянный перепад давления, и частота вращения вала турбины в процессе работы, независимо от расхода бурового раствора, остается постоянной. Так как полость Б имеет небольшой объем, то объемные изменения заключенного в полости масла незначительны, и эластичная манжета 11 вполне компенсирует эти изменения, это позволило ограничиться уплотнением вала 6 с использованием лабиринтного уплотнения. Вращение вала 6 посредством магнитных втулок 14 и 15, разделенных между собой диамагнитным разделением сред 13, передается валу генератора 16.

Использование: для исследования скважин в процессе бурения, в частности для питания электрической схемы скважинного прибора. Сущность изобретения: турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения содержит корпус с отверстием для прохода жидкости через турбогенератор, гидротурбину, узел ее опоры с компенсатором давления и электромашинный генератор. На корпусе турбогенератора установлен регулятор расхода бурового раствора, проходящего через гидротурбину. Узел опоры вала гидротурбины расположен в маслонаполненном защитном корпусе, а электромашинный генератор - в воздушной среде, отделенной от маслонаполненной части разделителем сред из диамагнитного материала, установленным между ведущей и ведомой частью магнитной муфты бесконтактной передачи вращения от вала электротурбины к валу электромашинного генератора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения, содержащий корпус с отверстиями для прохода жидкости через турбогенератор, гидротурбину, узел опоры вала гидротурбины с компенсатором давления и электромашинный генератор, отличающийся тем, что в него введены регулятор расхода бурового раствора, проходящего через гидротурбину, установленный на корпусе турбогенератора, узел бесконтактной передачи вращения от вала гидротурбины к валу электромашинного генератора, выполненный в виде магнитной муфты, при этом узел опоры вала гидротурбины расположен в маслонаполненном защитном корпусе, а электромашинный генератор - в воздушной среде, отделенной от маслонаполненной части разделителем сред, установленным между ведущей и ведомой частями магнитной муфты и выполненным из материала с диамагнитными свойствами. 2. Турбогенератор по п.1, отличающийся тем, что регулятор расхода бурового раствора выполнен в виде седла с отверстиями вне турбогенератора, перекрытыми подпружиненным клапаном.