ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 2004 года по МПК E21B47/12 

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.

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.

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.