УЗЕЛ ПРИВОДА СКВАЖИННОГО ПРИБОРА Российский патент 2021 года по МПК E21B47/12 H02K5/12 H02K9/19 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к оборудованию для исследования скважин, в частности к приборам, осуществляющим оперативную передачу данных между скважинной и наземной частями комплекса, измеренных скважинной частью комплекса, на поверхность, модуляцию потока промывочной жидкости импульсами положительного давления, а более конкретно, - к узлу привода данного прибора, приводящему в движение непосредственно исполнительный орган прибора - клапан.

Уровень техники

Известны различные устройства компоновки и герметизации привода приборов для передачи данных, между скважиной и наземной частями комплекса.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является узел привода, описанный в патенте US 6714138B1, 30.03.2004. Известный узел привода состоит из редуктора, который непосредственно соединен с исполнительным органом – клапаном, через вал, установленном на подшипниках качения, и узле, обеспечивающем герметизацию редуктора относительно внешней среды, расположенном в первой камере, заполненной жидкостью и отделенной от окружающей среды герметичным разделителем сред, находящимся под внешним давлением бурового раствора, и электрического двигателя, который расположен во второй камере, заполненной газом, герметично отделенной от первой камеры, и передающий вращение редуктору посредством муфты, которая создает герметизацию в совокупности с охранным кожухом.

Недостатком указанного ближайшего технического решения является недостаточное охлаждение электрического двигателя, работающего в максимально тяжелых условиях, так как газ в замкнутом объеме является плохим источником отвода тепла, что приводит к чрезмерному перегреву электрического двигателя, что напрямую сказывается к резкому сокращению его срока службы и увеличению риска поломки электрического двигателя непосредственно в процессе работы и передачи импульсов к наземным частям комплекса.

Заявленное изобретение устраняет указанные недостатки и позволяет достичь заявленный технический результат.

Раскрытие изобретения

Технической задачей, которую решает предлагаемое решение, является создание узла привода, содержащего камеру, в которой расположен электрический двигатель, с дополнительным отводом тепла в процессе работы.

Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения электрического двигателя, работающего в максимально тяжелых условиях, исключении перегрева электрического двигателя, увеличение его срока службы и снижении риска его поломки непосредственно в процессе работы.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата узел привода скважинного прибора содержит редуктор, непосредственно соединенный с исполнительным органом, через вал, установленный на подшипниках качения, и узле, обеспечивающем герметизацию редуктора относительно внешней среды, расположенного в первой камере, заполненной жидкостью и отделенной от окружающей среды герметичным разделителем сред, находящимся под внешним давлением бурового раствора, и электрический двигатель, расположенный во второй камере, герметично отделенной от первой камеры и передающий вращение редуктору посредством муфты, обеспечивающей герметизацию в совокупности с охранным кожухом, причем вторая камера заполнена газом и жидкостью.

Вторая камера заполнена жидкостью на 30-80% от всего объема второй камеры.

В качестве жидкости во второй камере использовано машинное масло.

В качестве газа во второй камере использован воздух.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – известный из уровня техники узел привода;

Фиг. 2 – вторая камера известного из уровня техники узла привода;

Фиг. 3 - узел привода (продольный разрез), согласно заявленному изобретению;

Фиг. 4 – вторая камера узла привода (продольный разрез), согласно заявленному изобретению.

Осуществление изобретения

Заявленный узел привода состоит из редуктора, который непосредственно соединен с исполнительным органом – клапаном, через вал, установленный на подшипниках качения, в узле, обеспечивающем герметизацию редуктора относительно внешней среды, расположенного в первой камере, заполненной жидкостью и отделенной от окружающей среды герметичным разделителем сред, находящимся под внешним давлением бурового раствора, и электрического двигателя, который расположен во второй камере, согласно изобретению заполненной частично газом и частично жидкостью, герметично отделенной от первой камеры, и передающего вращение редуктору посредством муфты, которая создает герметизацию в совокупности с охранным кожухом.

На фиг. 1 и 2 показан известный из уровня техники узел привода, являющийся наиболее близким к заявленному техническому решению. Главным отличием известного узла привода от заявленного является то, что вторая камера (фиг. 2), в которой расположен электрический двигатель, заполнена только газом, в результате чего не обеспечивается достаточное охлаждение электрического двигателя, работающего в максимально тяжелых условиях, так как газ в замкнутом объеме является плохим источником отвода тепла, что приводит к чрезмерному перегреву электрического двигателя, что напрямую сказывается к резкому сокращению его срока службы и увеличению риска поломки электрического двигателя непосредственно в процессе работы и передачи импульсов к наземным частям комплекса. При этом в заявленном решении вторая камера, в которой расположен электрический двигатель, заполнена газом и жидкостью. Жидкость, при вращении привода, приводится в движение по всему объёму второй камеры, что является наиболее подходящим источником отвода тепла в замкнутом объеме при работе в максимально тяжелых условиях, обеспечивая эффективность охлаждения электрического двигателя, исключая его перегрев, тем самым увеличивая его срок службы и уменьшая риск его поломки в процессе работы.

На фиг. 3 показан продольный разрез узла привода, согласно настоящему изобретению. Узел привода состоит из редуктора 1, который непосредственно соединен с исполнительным органом – клапаном 2, через вал 3, установленном на подшипниках качения 4, и узле 5, обеспечивающем герметизацию редуктора относительно внешней среды, расположенном в первой камере 6, заполненной жидкостью и отделенной от окружающей среды 7 герметичным разделителем сред 8, находящимся под внешним давлением бурового раствора, и электрического двигателя 9, который расположен во второй камере 10, согласно изобретению, заполненной частично газом 16 и частично жидкостью 15. Вторая камера 10 отделена от первой камеры 6 посредством герметичной магнитной муфты 11 и от блока управления 12 – герметизирующими элементами. Из-за больших нагрузок, которые вызывает буровой раствор, воздействуя напрямую на клапан 2, и которые передаются через вал 3 и редуктор 1 на электрический двигатель 9, происходит сильный нагрев электрического двигателя 9.

На фиг. 4 показан продольный разрез второй камеры 10 узла привода, согласно настоящему изобретению. Жидкость 15 заливается во вторую камеру 10 в определенном количестве и за счет вращения электрического двигателя 9 и присоединённых к нему элементов, которые вращаются вместе с валом 3 электрического двигателя 9, приводится в движение, в результате чего жидкость 15 соприкасается с элементами внешнего кожуха 14, происходит его нагрев и ускоренная отдача тепла буровому раствору, благодаря тому, что он находится в постоянном движении.

В результате не происходит перегрева электрического двигателя 9, что увеличивает его ресурс и повышает надежность работы аппаратуры.

Вращение редуктору 1, который соединен с герметичной магнитной муфтой 11, от электрического двигателя 9 передается магнитным полем, которое создается между магнитами герметичной муфты 11 и магнитами стыковочного узла 13 электрического двигателя 9.

В качестве газа 16 может использоваться, например, воздух, а в качестве жидкости 15, например, машинное масло. Жидкость 15 может быть залита во вторую камеру в определенном количестве, например, 30-80 процентов от всего объема второй камеры 10.

Заявленное решение работает следующим образом.

Прибор, содержащий заявленный узел привода, во вторую герметичную камеру 10 которого предварительно залита жидкость 15, помещается в скважину. Электрический двигатель 9 и присоединённые к нему элементы, расположенные во второй камере 10, заполненной газом 16 и жидкостью 15, при работе начинают нагреваться. При нагреве жидкости происходит ее расширение (увеличение в объеме). При объеме жидкости в камере более 80% от общего объема камеры ей не хватит объема самой камеры для расширения, поэтому большее количество жидкости (более 80%) во второй камере не допустимо. Газ, находящийся в камере и заполняющий оставшийся объем камеры, имеет свойство сжиматься при тепловом расширении жидкости, т.е. является компенсатором расширения жидкости. При меньшем количестве жидкости (меньше 30% от общего объема камеры) во второй камере уменьшается эффективность отвода тепла от электрического двигателя по причине малой с ним и жидкостью площади контакта. Нагретая жидкость отдает тепло стенкам камеры 10, с которыми она соприкасается, которые в свою очередь через элементы внешнего охранного кожуха 14 отдают тепло находящемуся с внешней стороны и в постоянном движении буровому раствору.

Выполнение узла привода вышеуказанным образом повышает эффективность охлаждения электрического двигателя, работающего в максимально тяжелых условиях, исключает перегрев электрического двигателя, увеличивая его срок службы и снижая риск его поломки непосредственно в процессе работы.

Изобретение относится к оборудованию для исследования скважин, в частности к приборам, осуществляющим оперативную передачу данных между скважинной и наземной частями комплекса, измеренных скважинной частью комплекса, на поверхность, модуляцию потока промывочной жидкости импульсами положительного давления, а более конкретно - к узлу привода данного прибора, приводящему в движение непосредственно исполнительный орган прибора – клапан. Узел привода скважинного прибора содержит редуктор, непосредственно соединенный с исполнительным органом через вал, установленный на подшипниках качения в узле, обеспечивающем герметизацию редуктора относительно внешней среды, расположенного в первой камере, заполненной жидкостью и отделенной от окружающей среды герметичным разделителем сред, находящимся под внешним давлением бурового раствора, и электрический двигатель, расположенный во второй камере, герметично отделенной от первой камеры, и передающий вращение редуктору посредством муфты, обеспечивающей герметизацию в совокупности с охранным кожухом. При этом вторая камера заполнена газом и жидкостью. Причем вторая камера заполнена жидкостью на 30-80% от всего объема второй камеры. Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждения электрического двигателя, работающего в максимально тяжелых условиях, исключении перегрева электрического двигателя, увеличении его срока службы и снижении риска его поломки непосредственно в процессе работы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Узел привода скважинного прибора, содержащий редуктор, непосредственно соединенный с исполнительным органом через вал, установленный на подшипниках качения в узле, обеспечивающем герметизацию редуктора относительно внешней среды, расположенного в первой камере, заполненной жидкостью и отделенной от окружающей среды герметичным разделителем сред, находящимся под внешним давлением бурового раствора, и электрический двигатель, расположенный во второй камере, герметично отделенной от первой камеры, и передающий вращение редуктору посредством муфты, обеспечивающей герметизацию в совокупности с охранным кожухом, отличающийся тем, что вторая камера заполнена газом и жидкостью, причем вторая камера заполнена жидкостью на 30-80% всего объема второй камеры.

2. Узел привода по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкости во второй камере использовано машинное масло.

3. Узел привода по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа во второй камере использован воздух.