Погружной автономный источник для электропитания скважинных устройств Советский патент 1993 года по МПК H02K5/12 E21B47/22 

Изобретение относится к области бурения направленных нефтяных и газовых скважин турбинным способом. Предлагаемый автономный источник электрической энергии может быть использован для питания измерительной аппаратуры и автоматизированных погружных систем контроля и автоматизированного управления процессом бурения.

Цель изобретения - повышение надёжности погружного автономного источника для электропитания скважинных устройств за счет отсутствия в конструкции генератора электрической энергии уплотнения вращающихся частей.

На чертеже показан забойный автономный источник, установленный в буровой трубе, продольный разрез.

В нижней части погружного автономного источника размещена гидротурбина 1.которая через муфту 2 соединена с внешним ротором 3. Ротор 3 содержит корпус 4, выполненный заодно с выходным концом вала, и постоянных магнитов 5, размещенных внутри корпуса 4 и закрепленных при помощи полюсных наконечников 6. Кроме этого, в корпусе 4 выполнены отверстия 7 для прохождения промывочной жидкости. Внутри внешнего ротора 3 размещен статор 8, который неподвижно закреплен на несущем валу 9 и герметизирован стальным тонкостенным стаканом 10, установленным на свободный конец несущего вала 9, и резиновыми кольцами 11. Несущий вал 9 жестко соединен с фланцем 12, который имеет неподвижную опору относительно буровой трубы 13. Вал 9 и фланец 12 имеют центральные отверстия, через которые выводные концы 14 генератора подведены к гермовводу Т5. Вращение ротора 3 относительно статора 8 обеспечивается резиноме- таллическими опорами 16,17 и наличием между статором и ротором зазора 18. заполненного ферромагнитной жидкостью Центровка ротора 3 е буровой трубе 13

00

с

00

о ел ел со о

существлена при помощи резинометалли- еской опоры .19.

Работает погружной автономный источик для электропитания скважинных устройств следующим образом.

При вращении гидротурбины 1 вращающий момент через муфту 2 передается внешнему ротору 3. Вращение ротора 3 беспечивается за счет резинометалличе- киЗс опор 16,17 и 19. Для нормальной рабоы опор 16 ,17 и 19 необходимо обеспечить их постоянную промывку жидкостью. Это остигается за счет отверстий 7 в корпусе 4 внешнего ротора 4. Проходя через полости внешнего ротора 3, промывочный раствор будет заполнять заз ор между статором 8 и ротором 3, что недопустимо из-за наличия в нем твердой фазы и абразивных частиц. Чтобы не допустить попадания промывочного раствора в зазор 18, он заполнен феррожид- костью, изготовленной на основе технического масла. Использование ферромагнитной жидкости на основе воды не возможно, так как она будет высыпаться промывочным раствором. Ферромагнитная жидкость надежно удерживается в зазоре 18 магнитным полем постоянных магнитов 5.

Так как величина зазора 18 заполненного ферромагнитной жидкостью и толщина стального стакана 10 над пакетом статора незначительны, то основная часть магнитного потока проходит через статора 8 и при вращении внешнего ротора 3 наводит ЭДС в обмотках статора 8, Под действием ЭДС по обмоткам протекает ток. Для обеспечения надежной работы автономного источника электрической энергии токоведущие части электрического генератора герметизированы при помощи гермоввода 15, стального стакана 10 и уплотнительных резиновых колец 11.

При прокачивании промывочного раствора, который на глубине в несколько километров находится под большим давлением, он попадает во все полости погружного оборудования. При этом надежность работы автономного погружного источника определяется в основном герметизацией

токоведущих частей генератора и работоспособностью узлов, обеспечивающих его вращение.

Использование в качестве вращающихся опор 16 и 17 резнометаллических опор турбобура, заполнение зазора 18 между статором 8 и ротором 3 феррожидкостью и при- меиение предложенной системы герметизации внутреннего статора 8 позволило создать конструкцию электрического генератора, обеспечивающего надежную работу погружного автономного источника в условиях скважины без применения уплотнения вращающихся частей. Как известно,

уплотнение вращающихся частей является самым недолговечным, а, следовательно, и самым ненадежным узлом автономного источника электрической энергии. Кроме этого, уплотнение вращающихся частей

значительно усложняет конструкцию генератора электрической энергии.

Техническим преимуществом предлагаемого погружного автономного источника для электропитания скважинных устройств

перед прототипом является повышение надежности и упрощение его конструкции.

Преимуществом предлагаемого погруж- ного-автономного источника перед прототипом является его долговечность и

технологичность изготовления,

Фор мула изобретения Погружной автономный источник для электропитания скважинных устройств, содержащий гидротурбину и электрический генератор, включающий внешний ротор с постоянными магнитами, соединенный с гидротурбиной, статор, размещенный внутри ротора на консольно несущем валу, отличающийся тем, что, с целью повышения надеж-.

ности, подшипниковые опоры генератора вы- полнены резинометаллическими, зазор между статором и ротором генератору заполнен ферромагнитной жидкостью на основе масла, а статор помещен в стальной

тонкостенный стакан, установленный на свободный конец несущего вала, причем открытая часть стакана уплотнена резиновым кольцом.

Сущность изобретения: погружной автономный источник содержит гидротурбину и электрический генератор с внешним ротором и статором, закрепленным на несущем валу. Ротор установлен на резино-металли- ческих подшипниках. Зазор между ротором и статором заполнен ферромагнитной жидкостью. Статор герметизирован стальным тонкостенным стаканом. Погружной источник установлен в буровой трубе. Изобретение повышает надежность электропитания. 1 ил.