Турбогенераторный агрегат для автономных скважинных приборов Советский патент 1983 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для преобразования энергии потока пром1геочной жидкости ствола скважины в электрическую энергию и снабжения электроэнергией скважинны автономных измерительных систем |И приборов , Известно устройство для передачи забойной информации в процессе бурения, в котором размещен ген ера тор переменного тока на постоянных магнитах, приводимый в движение потоком промывочной жидкости через гидротурбину, прибор для измерения азимута скважины, в котором содержится генератор переменного тока, служащий для снабжения электроэнергией измерительных систем fl и t.2 Известен автономный турбинный агрегат, содержащий гидротурбин приводимую в движение потоком промывочной жидкости, маслозаполн.енный статор и ротор генератора переменно го тока на гЮстоянных магнитах, расположенный на одном полом привод ном всшу с гидротурбиной уплотнитель ные устройства приводного вала из сальниковых и армированных резиноманжетных уплотнений, маслянный ком пенсатор, размещенный на роторной части гидротурбины, поршневой лубри.катор с пружиной, размещенный внутри полой части приводного вала и запол ненный с одной стороны консистентной проекторной смазкой, сообщающейся ,с полостью между элементами УПЛОТНИтельных устройств, а с другой сторо ны заполненный трансформаторным мас лом и сообщающийся с масляным/ ком.пенсатором С Недостатками известного устройст ва являются невозможность осуществл ния постоянного контроля уровня смазки в поршневом лубрикаторе и оп ративной ее дозаправки, что снижает надежность работы прибора в целом, а также расположение резинового компенсатора на роторной (вращающейся) части турбогенератора, уменьшающее эффективность работы компенсатора из-за действия центробежных сил. Кроме того, наличие сальниковых уплотнений, обладающих повышенным иэноссм и не предотвращающих попада ние крупных частиц к трущимся поверхностям, неприспособленных к высоким окружным скоростям, приводит, как прав.ило, .к потере -уплотнительных свойств, и применяется в основном в узлах соответст.венного назначения. Целью изобретения является повыш ние надежности работы турбогенераторного агрегата. Поставленная цель достигается тем,что в турбогенераторном агрегате Для автономных скважинных приборов, содержащем гидротурбину и маслозаполненный ротор генератора переменного тока, расположенные на полом приводном валу, уплотнительное устройство приводного вала, маслозаполненный статор,-масляный компенсатор, поршневой лубрикатор с пружиной) размещенной внутри приводного вала, поршневой, лубрикатор снабжен подвижным полым штоком с обратным клапаном и пробкой на конце со стороны /буровой колонны. При этом масляный компенсатор размещен непосредственно за турбиной на ее статоре. Уплотнительное устройство выполнено в виде последовательно установленных резиноманжетного, торцового, стояночного, прямоточного лаби ринтного и импеллёрного уплотнений, причем полость между резиноманжетным и торцовым уплотнениями сообщена с полостью повышенного давления лубрикатора. Кроме того, импеллерное уплотнение и лабиринты прямоточного уплотнения выполнены на барабане ротора. На чертеже изображен предложенный, турбогенераторный агрегат и часть буровой колонны, общий вид. Турбогенераторный агрегат имеет гидротурбину, состоящую из роторной и статорной частей. Роторная часть гидротурбины включает роторные лопатки 1, барабан 2 ротора, обтекатель 3, гайку 4, полый приводной вал 5. Статорная часть гидротурбины включает статорные лопатки 6, статорные стойки 7, корпус 8 статорных лопаток, статорный корпус 9 уплотнений гайку 10 корпуса уплотнений. На барабане 2 ротора выполнены радиальные выступы 11 импеллёрного уплотнения и лабиринты 12 прямоточного уплотнения, в нем же размещена и резиновая армированная манжета 13 стояночного уплотнения. В статорном корпусе 9 уплотнений и гайке 10 размещены уплотнительные устройства полого приводного вала, состоящие из армированных резиноманжетных уплотнений 14 и торцового уплотнения 15. Внутри полого приводного вала 5 размещен поршень 16 лубрикатора, пружина 17. Поршень 16 лубрикатора соединен с полым подвижным штоком 18, на противоположном конце которого размещено заправочное устройство в виде обратного клапана 19 и пробки 20, выходящей в проточную часть буровой-колонны 21. Непосредственно за статорными стойками установлен масляный; резиновый компенсатор 22, защищенный сверху кожухом 23, имеющим, С целью удобства в эксплуатации горизонтальный разъем.

Генератор переменного тока состоит из статора 24, залитого эпоксидны компаундом и размещенного мехщу корпусом 25 радиально-упорных шарикоподшипников 26, корпусом 27 радиального шарикоподшипника 28, корпусом статора 29 и кольцевого магнитного ротора выполненного из постоянных магнитов 30 и закрепленного на полом привод ном валу 5.

Внутренние полости 31 штока 18, полого приводного вала 5 и статорного корпуса 9 уплотнений заполнены Консистентной протекторной смазкой Через пробку 20. Остальные полости .заполнены трансформаторным маслом через заправочный канал, снабженный пробкой 32, обратным клапаном 33. Для возможности прокачки и удаления воздушных включений из запорного масла в корпусе заднего подшипника 27 выполнен дренажный канал, закрываемый пробкой 34.

Использование электроэнергии турбогенератора осуществляется через Iэлектровывод 35. Турбогенераторный агрегат устанавливается непосредственно в колонну буровых труб 36 и крепится к ним с помощью шпилек 37 и гаек 38. Стрелками на чертеже показано направление движения (бурового раствора) промывочнойжидкости в колонне буровых труб при бурении 21 перемещении смазочных материалов внГутри турбогенераторного агрегата при его заправке.

В процессе, работы турбогенераторного агрегата, использующего энергию гидравлического потока промывочной жидкости, компенсатор 22 осуществляет буферную передачу давления на забое в маслрзаполненную полость генератора и под поршень лубрикатора 16 с пружиной 17. Лубрикатор за счет пружины поддавливает консис тентную про,тектррную смазку в полость между манжетньлм 14 и торцовым 15 уплотнениями (внутреннюю полость статорного корпуса уплотнений 9), создает там дополнительные уплотняюадие зоны по типу суфлерных уплотняющих зон, что и приводит к надежному разделению маслозаполненных полостей как между собой, так и от промывочно жидкости. По мере израсходования смазки за счет продавливания лубрикатором последней через уплотнительные устройства, полый шток 18 перемещается в проточной части буровой колонны вместе с поршнем 16 лубрикатора. .По величине его выдвижения осуще.ствляют контроль за наличием смазки и в случае необходимости производят ее дозаправку через заправочное устройство на выходном конце Тполого штока. В момент прокачки .промывочнойжидкости лопатки 11 импеллерногс уилотнения отбрасывают крупные частицы жидкости, а лабиринты 12 прямоточного уплотнения подстраховывают импеллерное уплотнение и улавливают прорвавшиеся крупные частицы жидкости. В тот момент, когда роторутурбогенераторного агрегата не вращается,предотвращение попадания крупных частиц выполняет стояночное уплотнение 13, выполненное в виде стандартной резиновой армированной манжеты и размещенное на ротор 6м барабане 2.

.В момент вращения ротора манжета стояночного уплотнения 13 под дей:твием центробежных а,ил отклоняется эт шейки гайки 10.корпуса, а в работу вступают импеллерное уплотнение 11 и лабиринты 12 прямоточного уплотнения. ,

Приведенная конструкция и компанока турбогенераторного агрегата позво:лила использовать его в забойной инклинометрической системе (ЗИС), прецазначенной для непрерьшного контроля, измерения и передачи на поверхность в процессе бурения по колонне бурильных труб инклинометрических параметров: зенитного угла (угла наЛлона), азимутального угла ствола наклонной скважины (азимута) и угла установки отклонителя. Применение турбогенераторного агрегата в составе забойной инклинометрической системы (ЗИС) обеспечивает контроль te процессе бурения за направлением наклонных и вертикальных скважин диаметром от 190 мм и более.

Ожидаемый годовой экономический эффект ЗИС - 100000 руб.,. из них около 20% приходится на турбогенера торный агрегат . Годовая потребность- 10 комплектов. Общий годовой экономический эффект турбогенераторного агрегата составит 200.000 руб.

21

1. ТУРБОГЕНЕРАТОРНЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ .СКВАЖИННЫХ ПРИБОРОВ, содержащий гидротурбину и маслозаполненный ротор генератора переменного тока, расположенные на полом приводном валу, уплотнительное устройство приводного вала, маслозаполнённый статор, масляный компен-j сатор, поршневой лубрикатор с пружиной, размещённой внутри приводного вала, отличающийся тем, что, с целью повьапения надежности турбогенераторного агрегата в работе, поршневой лубрикатор снабжен подвижным полым штокОм с xj6paTHiiwi клапаном и пробкой на конце- со стороны буровой колонны. 2.Агрегат по ri.l, отличающийся тем, что масляный компенсатор непосредственно за турбиной на ее статоре. 3.Агрегат по пп. 1 и 2,-о т л ичающийся тем, что уплотнительное устройство выполнено в виде последовательно установленных резиномант, жетного, торцового, стояночного, § прямоточного лабиринтного и импеллер-f-ногб уплотнений, причем полость между ff резиноманжетным и торцовым уплотне-. р ниями сообщена с полостью повышен- iHoro давления лубрикатора. , 3 4. Агрегат по п.1, о т л и ч аю щ и и с я теМ;,что импёллерное уплотне- 1 .ние и лабиринты прямоточного уплотнения выполнены на барабане ротора. Л -q оо 00