Термоэлектрический автономный источник питания

 

Изобретение относится к оборудованию обеспечения бурения скважин и может быть использовано для питания электроэнергией скважинной аппаратуры. Задачей изобретения является увеличение мощности и надежности источника питания. Источник питания содержит установленный в разрыв бурильных колонны труб корпус с закрепленными на нем термоэлементами, соединенными проводами между собой и со скважинной аппаратурой. Термоэлементы установлены в пазах, которые выполнены на наружной поверхности корпуса по окружности. Пазы могут быть выполнены в несколько рядов. Термоэлементы в пазах могут быть залиты композитным материалом или резиновой смесью. Электрические провода могут быть введены внутрь корпуса и загерметизированы. Каждый термоэлемент состоит из последовательной цепи разнородных проводников, образующих места электрических контактов. Термоэлементы могут быть соединены между собой параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

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 (явление, обратное эффекту Пельтье), см. патент США N 6150601 (прототип). Этот источник питания содержит корпус с закрепленными на нем термоэлементами, установленный в разрыв эксплуатационной колонны труб. Термоэдс возникает в электрической цепи, состоящей из нескольких разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру.

Недостаток прототипа - низкая мощность из-за трудности обеспечения разности температур.

Задачами создания изобретения является повышение мощности и надежности источника за счет обеспечения постоянной и большой разности температур на термоэлементах и обеспечение питания скважинной аппаратуры в процессе бурения.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что у термоэлектрического автономного источник питания, содержащего установленный в разрыв колонны труб корпус с закрепленными на нем термоэлементами, соединенными проводами между собой и с скважинной аппаратурой, термоэлементы установлены в пазах, которые выполнены на наружной поверхности корпуса по окружности, при этом в качестве колонны труб используется колонна бурильных труб.

Каждый термоэлемент состоит из последовательной цепи разнородных проводников, образующих места электрических контактов. Пазы могут быть выполнены в несколько рядов. Термоэлементы в пазах залиты композитным материалом или резиновой смесью. Электрические провода введены внутрь корпуса и загерметизированы. Термоэлементы соединены между собой параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.

Изготовлены первые образцы источника питания.

Термоэлектрический автономный источник питания содержит установленный в разрыве колонны бурильных трубах 1 корпус 2 с термоэлементами 3 (фиг.1). Термоэлементы 3 установлены в пазы 4 на корпусе 1 и залиты композитным материалом или резиновой смесью 5 (Фиг.2). Провода 6 введены внутрь корпуса 2 и загерметифированы. Потребителем электроэнергии является электронная аппаратура 7, смонтированная внутри корпуса скважинного припбора 8. Термоэлектрческий автономный источник питания при помощи электрического разъема 9 состыкован со скважинной аппаратурой 7. Под термоэлектрическим автономным источником питания установлен забойный двигатель 10 и породоразрушающий инструмент 11, формирующий стенку скважины 12. Каждый из термоэлементов 3 (фиг. 2) содержит по две теплопроводные пластины 13 и 14. Последовательная цепь разнородных проводников 15 образует места электрических контактов 16.

При работе холодный буровой раствор подается внутрь колонны бурильных труб 1. В результате того, что температура породы в забое значительно выше температуры бурового раствора, а также имеет место подогрев бурового раствора на породоразрушающем инструменте и забойном двигателе температура раствора в затрубном пространстве между корпусом 2 и стенкой скважины 12 выше, чем внутри бурильных труб 1, т.е. Т₂ > T₁. За счет этого возникает разность потенциалов на проводах 6. Полученное напряжение через электрический разъем 9 подается на скважинную аппаратуру 7.

Применение полезной модели позволило: - осуществлять энергопитание электронной аппаратуры без использования генераторов и химических источников энергии; - уменьшить габариты источника питания; - снизить гидравлические потери.

- повысить долговечность источника питания, обеспечивающую длительную эксплуатацию; - обеспечить полную автономность и надежность источника питания электроэнергией.

Формула изобретения

1. Термоэлектрический автономный источник питания, содержащий установленный в разрыв колонны труб корпус с закрепленными на нем термоэлементами, соединенными проводами между собой и со скважинной аппаратурой, отличающийся тем, что термоэлементы установлены в пазах, которые выполнены на наружной поверхности корпуса по окружности, при этом в качестве колонны труб используется колонна бурильных труб.

2. Термоэлектрический автономный источник питания по п. 1, отличающийся тем, что каждый термоэлемент состоит из последовательной цепи разнородных проводников, образующих места электрических контактов.

3. Термоэлектрический автономный источник питания по п. 1 или 2, отличающийся тем, что пазы выполнены в несколько рядов.

4. Термоэлектрический автономный источник питания по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что термоэлементы в пазах залиты композитным материалом или резиновой смесью.

5. Термоэлектрический автономный источник питания по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что электрические провода введены внутрь корпуса и загерметизированы.

6. Термоэлектрический автономный источник питания по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что термоэлементы соединены между собой параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2