Передатчик сигнала буровой скважины

 

Г. ПЕРЕДАТЧИК СИГНАЛА БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ, для телеметрической системы пульсации бурового раствора, содержащий конфузор, дроссельный элемент, узел управления дроссельным элементом, турбогенератор с крыльчаткой, электрический генератор , расположенные в кожухе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы турбогенератор снабжен расположен-; ньм в кожухе и связанным с электрическим генератором вращающимся магнитом , состоящим из чередующихся рядов магнитов с полюсами разноимен ной полярности, обращенными ларужу в радиальном направлении, при этом крьшьчатка имеет электропроводное кольцо, вьшолненное из электропроводящего материала, или магнитное & кольцо, выполненное из магнитного ел материала. ,.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5!)4 Е 2! В 47/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3325249/22-03 .(22) 26,08.81 (31) 8037213 (32) 20,11.80 (33) GB (46) 15,12,85. Бюл. Р 46 (71) НЛ Сперриг Сан, Инк (GB) (72) Энтони Уильям Рассел и Майкл

Кинг Рассел (0В) (53) 622.242(088,8) (56) Патент Великобритании -1323788) кл. F I R, опублик. !973, (54)(57) 1, ПЕРЕДАТЧИК СИГНАЛА БУРОВОИ СКВАЖИНЫ, для телеметрической системы пульсации бурового раствора, содержащий конфузор, дроссельный элемент, узел управления дроссель,SU„„11 2 4 A ным элементом, турбогенератор с крыльчаткой, электрический генератор, расположенные в кожухе, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения надежности работы турбогенератор снабжен расположенным в кожухе и связанным с электрическим генератором вращающимся магнитом, состоящим из чередующихся рядов магнитов с полюсами разноимен ной полярности, обращенными наружу в радиальном направлении, при этом крыльчатка имеет электропроводное кольцо, выполненное из электропроводящего материала, или магнитное кольцо, выполненное из магнитного материала.

2. Передатчик по и. 1, о т л и. ч а ю шийся тем, что электропроводное кольцо имеет кольцо из электропроводящего материала, окруженное кольцом из ферромагнитного материала, создающего оборотный путь для магнитного потока.!

199204

3, Передатчик по и. 1, о т л ич а ю m и Й с я тем, что намагничивающееся кольцо представляет собой гистереэисное кольцо.

4. Передатчик по п ° 1, о т л ич а ю шийся тем, что магниты выполнены из самариваено-кобальтового материала.

Изобретение относится к устройству для подачи сигналов в буровой скважине при бурении и касается передатчика сигнала буровой скважины для телеметрической системы пульсации бурового раствора.

Цель изобретения — повышение надежности работы.

На фиг. 1 представлена верхняя часть передатчика, продольное сечение, на фиг. 2 — центральная часть передатчика, продольное сечение; на фиг. 3 — нижняя часть передатчика, продольное сечение, на фиг. 4 — нижняя часть, продольное сечение A-A на фиг. 3, Передатчик содержит канал 1, на верхнем конце которого выполнен круг лый конфузор 2, образующий дроссельное отверстие 3 для бурового раствора; проходящего вниз буровой колонны в направлении стрелки 4, Внутри канала 1 находится удлиненный кожух

5, несущий на своем верхнем конце, вблизи от дроссельного отверстия 3, дроссельный элемент 6, который может смещаться относительно кожуха 5 в направлении оси канала 1 для изменения проходного поперечного сечения дроссельного отверстия 3. Дроссельный элемент 6 снабжен валом 7, который проходит в кожух 5, причем пространство внутри кожуха 5 заполнено маслом, для того чтобы обеспечить баланс гидростатического давления, и уплотнен у верхнего конца посредством диафрагмы 8, проходящей между внутренней стороной стенки кожуха

5 и валом 7. Кожух 5 жестко установлен внутри канала посредством трех верхних опорных перемычек 9 и трех нижних опорных перемычек 10, идущих в радиальном направлении!

ЭО

40 между кожухом 5 и каналом l,чтобы обеспечить кольцевой зазор между кожухом 5 и каналом 1 для потока бурового раствора.

Кольцеобраэное насосное колесо

ll имеющее ряд лопастей 12, распределенных по его периферии и расположенных под углом к потоку бурового раствора, окружает кожух 5 и удерживается на плече 13 кожуха посредством заполненного политетрафторэтиленом(ТРЩупорного подшипника !

4, Лопасти 12 установлены на намагничиваемом стальном выступе 15, который окружает медное приводное кольцо 16. Редкоземельный магнитный узел 17 удерживается кольцеобразным валом 18, обеспечивающим возможность его вращения, установленным внутри кожуха 5 посредством подшипников, например 19, и содержит шесть

Яп,, Го (самарий-кобальт) магнитов

20, распределенных по периферии вала 18, У трех магнитов 20 северный полюс обращен наружу в радиальном направлении, а у других трех магнитов 20, чередующихся с предыдущими тремя магнитами 20, наружу н радиальном направлении обращен южный полюс. Когда насосное колесо 11 вращается н потоке бурового раствора, вихревые токи будут ноэбуждаться в медном приводном кольце 16 посредством интенсивного магнитного поля, связанного с шестью магнитами 20 иэ Я„, Со, при этом намагничива— емый стальной выступ 15 обеспечивает обратный путь для магнитного потока, магнитный узел 17, а спедовательно, и нал 18 будут вынуждены вращаться с насосным колесом 11 посредством взаимодействия между магнитным полем, связанным з l с магнитами 20 и магнит:.bw полем, связанным с вихревыми токами, возбужденными в приводном кольце 16 °

Кольцеобразный вал 18 приводит в движение ротор 21 электрического генератора 22 для подачи энергии к измерительному оборудованию посредством круглой выходной пластины 23, шарнирно установленной внутри вала 18 посредством поворотных пальцев 24 и рычага 25 передачи крутящего момента, прикрепленного к периферии пластины 23 и расположенного так, чтобы вхбдить в зацепление с приводным пальцем 26, прикрепленным к периферии ротора 21.

Кроме того, кольцеобразный вал 18 приводит в действие гидравлический насос 27 посредством расположенной под углом пластины 28 и взаимосвязанной пластины 29 упора поршней, снабженной дорожкой 30 качения.

Гидравлический насос 27 содержит восемь цилиндров 31, идущих параллельно оси кожуха 5 и отстоящих друг от друга в угловом направлении, и соответствующие поршни 32, взаимосвязанные с каждым цилиндром

31, Нижний конец каждого поршня 32 постоянно смещен в положение зацепления с упорной пластиной 29 посредством соответствующей возвратной пружины 33 поршня, так что вращение пластины 28 с валом 18 заставляет поршни 32 совершать возвратнопоступательное осевое движение внутри цилиндров 31, при этом восемь поршней 32 циклично совершают возвратно-поступательное движение, так что когда одни поршни находятся на вершине своего хода, то диаметрально противоположные поршни будут находиться в нижней части хода и наоборот. Кроме того, насос 27 содержит вращающийся клапанный элемент 34, установленный на подшипниках 35 и предназначенный для синхронного вращения с пластиной 28, с тем чтобы подать производительность каждого цилиндра 31 поочередно к одной из сторон плунжера

36 двойного действия, расположенного внутри цилиндра 37. Плунжер 36 двойного действия подсоединен к валу 7 дроссельного элемента 6 посредством выходного вала, так что дроссельный элемент 6 может быть смещен посредством насоса 27 для изменения.

199204 4 проходного поперечного сечения дрос. сельного отверстия 3, Гидравлическое масло, которое заполняет кожух 5 и которое подается к каждому из цилиндров 3! с одной из сторон плунжера 36 двойного действия, принудительно подается взаимосвязанным поршнем 32 в соответствующую осевую расточку 38 в кор пусе 39 клапана, который окружает вращающийся клапанный элемент 34 при ходе поршня 32 вверх, Каждая из осевых расточек 38 пересечена соответствующей верхней радиальной расточкой 40 и соответствующей нижней радиальной расточкой 41. Вращающийся клапанный элемент 34 снабжен верхним периферийным углублением 42, которое выходит у периферии клапанного элемента 34 на дуге приблизительно в 180, и которое также о выходит у вершины клапанного элемента 34 в нижнюю часть 43 цилиндра 37 под плунжером 36 и нижним периферийным углублением 44,которое выходит у периферии клапанного элемента 34 на дуге приблизительно о в 180 на противоположной стороне клапанного элемента 34 относитель30 но верхнего периферийного углубления 42, и которое в своей верхней зоне также выходит в центральное кольцевое углубление 45, образованное в клапанном элементе 34. Центральное кольцевое углубление 45

35 постоянно удерживается гидравлически сообщенным с кольцевым каналом

46, окружающим цилиндр 37, и корпу" сом 39 клапана посредством радиальных каналов (не показаны) идущих

Э через корпус 39 клапана. Кольцевой канал 46 сам по себе гидравлически сообщен с верхней частью 47 цилиндра 37 над плунжером 36.

Имеется две возможных фазы Враще.

45 ия вращающегося элемента 34 относительно вращения пластины 28, а имен но первая фаза вращения, при которой верхнее периферийное углубление

42 сообщается с верхними радиаль50 ными расточками 40 при ходе связанных поршней 32 вверх, а нижнее периферийное углубление 44 сообщается с нижними радиальными расточками

41 при ходе связанных поршней 32

55 вниз, и вторая фаза вращения, при которой верхнее периферийное углубление 42 сообщается с верхними радиальными расточками 40 при ходе

1199204

55 связанных поршней 32 вниз, а нижнее периферийное углубление 44 сообщается с нижними радиальными расточками 41 при ходе. связанных поршней

32 вверх. Таким образом, в течение первой фазы вращения клапанного элемента 34 вход насоса 27 будет соединен с верхней частью 47 цилиндра 37, а выход насоса 27 будет соединен с нижней частью ци— линдра 37, так что плунжер 36, а следовательно, и дроссельный элемент 6 будут смещаться вверх. Ha— оборот, в течение второй фазы вращения клапанного элемента 34 вход насоса 27 будет соединен с нижней частью цилиндра 37, а выход насоса 27 будет соединен с верхней частью 47 до цилиндра 37, так что плунжер

36 и дроссельный элемент 6 будут смещаться вниз.

Вращающийся клапанный элемент

34 соединен с воспринимающим крутящий момент исполнительным устройством, содержащим круглую приводную пластину 48, расположенную противоположно выходной пластине 23, посредством приводного вала 49, установленного с обеспечением возможности вращения внутри кольцеобразного вала 18, посредством подшипников 50. Приводная пластина 48 на пе риферии снабжена дополнительным приводным пальцем 51, который зацепляется первым выходным пальцем

52 в первом положении вращения на периферии выходной пластины 23 для того, чтобы вызвать приведение в движение клапанного элемента 34 посредством вала 18 во второй фазе вращения. Работающая на растяжение пружина 53 смещает выходную пластину 23 в первое угловое положение.

Для относительно низких электрических нагрузок, приложенных к выходу re нератора 22, выходная пластина 23 будет приводить в движение и приводную пластину 48 в первой фазе вращения посредством первого выходного пальца 52, а также будет приводить в движение ротор 21 генератора 22 посредством рычага 25 пере дачи крутящего момента. Однако если нагрузка на генератор увеличивается до точки, где крутящий момент, требуемый для приведения в движение ротора 21 достаточен для преодоления смещения пружины 53, рычаг 25 передачи крутящего момента будет вынужден наклонить выходную пластину 23 в ее второе угловое положение противоположно действию пружины 53. Это заставит первый выходной палец 52 выйти иэ зацепления с приводным пальцем 51 приводной пластины 48, а второй выходной палец 54 войти в зацепление с приводным пальцем 51 после того, как выходная пластина 23 повернется на

)80 относительно приводной пластины 48. Это заставит привести в движение приводную пластину 48 во второй фазе вращения посредством второго выходного пальца 54, и по-. дача рабочей жидкости от насоса 27 к плунжеру 36 двойного действия будет обратной. Безусловно если нагрузка генератора последовательно уменьшается в достаточной степени, пружина 53 наклонит выходную пластину 23. обратно в ее первое угловое положение и приводная пластина 48 снова будет приведена в движение в первой фазе вращения.

Поэтому можно оценить, что если данные замера измерительным оборудованием таковы, чтобы приемлемым образом изменять электрическую нагрузку генератора 22, фаза вращения вращающегося клапанного элемента 34, а следовательно, направление смещения плунжера 36 двойного действия будут изменяться выходным сигналом измерительного оборудования, Это, в свою очередь, заставит дроссельный элемент 6 смещаться относительно дроссельного отверстия 3 для модуляции давления потока бурового раствора вверх от дроссельного отверстия

3 и создаст ряд пульсаций давления, соответствующих данным замера, которые будут перемещаться вверх в потоке бурового раствора и могут быть восприняты на поверхности преобразователем давления вблизи от выхода насоса, создающего поток бурового раствора. Следовательно это устройство позволяет данным в цифровой форме передаваться на поверхность.

0 77

zoм ю

1f 125

Фиг.Ф

ВИИИПИ Заказ 774)/62 Тираж 539 Подписное

1:,»-. ал ППП Пате г..-, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Фиг 2

10 а В 1 гЗ 25Z6 21 5 Г2!

2 15 1б 18