Устройство регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы

Изобретение относится к наклонно-направленному бурению нефтяных и газовых скважин. А именно к генераторам питания скважинной аппаратуры, входящей в состав забойных телеметрических систем. Устройство регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы содержит установленный над электрическим разделителем генератор, размещенный внутри защитного кожуха, с верхней стороны которого установлен переводник для крепления к колонне бурильных труб. Внутри переводника закреплена крестовина с окнами для прохождения бурового раствора, в центре которой зафиксирована штанга. На штанге установлен с возможностью осевого перемещения направляющий аппарат. Штанга выполнена со ступенчатой внутренней расточкой и резьбой, а направляющий аппарат крепится через продольные окна, выполненные в штанге, к подпружиненной втулке. Осевое положение втулки определяется регулирующим винтом, проходящим через центральное отверстие втулки и установленным на резьбе во внутренней расточке штанги. Техническим результатом является плавная предварительная регулировка скорости вращения турбины генератора для получения номинального напряжения на его выводах, повышение надежности корпусных деталей, входящих в состав колонны бурильных труб. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к наклонно-направленному бурению нефтяных и газовых скважин. Конкретно к генераторам питания скважинной аппаратуры, входящей в состав забойных телеметрических систем.

Известно устройство регулировки режима работы генератора по патенту РФ 42265 "Способ и устройство регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы".

Способ регулировки режима работы генератора, включающий генератор и скважинный прибор, установленный внутри электрического разделителя, и заключающийся в перепуске части бурового раствора, отличающийся тем, что часть бурового раствора перепускают из колонны труб в затрубное пространство. Причем часть бурового раствора может перепускаться после генератора или после телеметрической системы. Устройство для регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы содержит размещенный внутри защитного кожуха генератор, установленный за ним электрический разделитель, внутри которого смонтирована скважинная аппаратура и система перепуска бурового раствора, отличающееся тем, что система перепуска бурового раствора выполнена в виде отверстий за генератором или за скважинным прибором. Отверстия системы перепуска бурового раствора направлены под углом вверх. В отверстия установлены гидромониторные твердосплавные или керамические насадки. Гидромониторные насадки установлены расширяющейся частью в сторону затрубного пространства. Часть отверстий под гидромониторные насадки закрыта заглушками. Отверстия под гидромониторные насадки могут иметь различное проходное сечение. Гидромониторные насадки смещены по высоте относительно друг друга. Отверстия закрыты кольцом, выполненным с возможностью поворота, со сквозными отверстиями, расположенными напротив отверстий, предназначенных для перепуска. Недостатками устройства являются:

1. Снижение прочности бурильной колонны в месте установки твердосплавных насадок.

2. Ступенчатая регулировка объема бурового раствора, перепускаемого из колонны труб в затрубное пространство, и, как следствие, ступенчатая регулировка частоты оборотов генератора.

3. Повышенное или пониженное напряжение на выводах генератора, связанное с тем, что частота вращения его турбины отличается от номинальной.

4. Разрушение стенок скважины буровым раствором, перепущенным через отверстия в бурильной колонне.

Известны способ и устройство для регулировки режима работы генератора по патенту РФ 15585 (прототип). Устройство для регулировки режима работы генератора входит в состав забойной телеметрической системы. Забойная телеметрическая система содержит размещенный внутри кожуха генератор, устройство для его крепления, электрический разделитель и немагнитную вставку, внутри которой смонтирована скважинная аппаратура. Между кожухом генератора и генератором установлена цилиндрическая вставка, образующая перепускной канал, и заслонка. Способ заключается в отводе части бурового раствора через кольцевой перепускной канал. С помощью заслонки открывают либо закрывают перепускной канал. Недостатками устройства являются:

1. Грубая регулировка, ограничивающаяся положениями полностью закрыто или полностью открыто.

2. Отсутствие плавной предварительной регулировки скорости вращения турбины генератора для получения номинального напряжения на его выводах.

Задачами изобретения являются: плавная предварительная регулировка скорости вращения турбины генератора для получения номинального напряжения на его выводах, повышение надежности корпусных деталей, входящих в состав колонны бурильных труб, а также перемещение и надежная фиксация лопаток направляющего аппарата относительно рабочих лопаток турбины.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что регулировка режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы выполняется изменением взаимного положения лопаток направляющего аппарата и рабочих лопаток генератора. Устройство регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы содержит установленный над электрическим разделителем генератор, размещенный внутри защитного кожуха, с верхней стороны которого установлен переводник для крепления к колонне бурильных труб. Внутри переводника закреплена крестовина с окнами для прохождения бурового раствора, в центре которой зафиксирована штанга. На штанге установлен с возможностью осевого перемещения направляющий аппарат. Штанга выполнена со ступенчатой внутренней расточкой и резьбой, а направляющий аппарат крепится через продольные окна, выполненные в штанге, к подпружиненной втулке, осевое положение которой определяется регулирующим винтом, проходящим через центральное отверстие втулки и установленным на резьбе во внутренней расточке штанги. Головка винта выполнена с гранями, профиль которых повторяет углубление во втулке, обеспечивающей фиксацию винта. Наружная поверхность штанги выполнена ступенчатой, одна из ступеней предназначена для крепления в крестовине, а другая служит для ограничения перемещения по штанге направляющего аппарата. На штанге установлена шпонка, входящая в паз, выполненный в отверстии крестовины. Штанга зафиксирована от осевого перемещения в крестовине гайкой крестовины. Между крестовиной и гайкой крестовины установлена шайба, разогнутая в шлицы, выполненные на гайке крестовины, и в пазы, выполненные на торце крестовины. На наружном кольце крестовины выполнены выступы, входящие в пазы, выполненные внутри переводника. В переводнике крестовина крепится гайкой переводника, зафиксированной от поворота стопорной шайбой, разогнутой в шлицы гайки переводника и в пазы, выполненные на торце переводника. Внутренняя поверхность отверстия направляющего аппарата выполнена с выступом, который входит при максимальном перемещении в зацепление с кольцевой поверхностью, образованной ступенчатым переходом штанги с одного диаметра на другой. Направляющий аппарат выполнен в виде турбины с противоположным углом подъема лопаток.

Предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, что подтверждается патентными исследованиями и тем, что оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Сущность изобретения поясняется на чертежах.

На фиг.1 приведен генератор с минимальным расстоянием «L» между рабочими лопатками генератора и лопатками направляющего аппарата.

На фиг.2 приведен генератор с максимальным расстоянием «L» между рабочими лопатками генератора и лопатками направляющего аппарата.

На фиг.3 приведены отдельные детали устройства регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы.

На фиг.4 приведены отдельные детали устройства регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы, вид под другим углом.

Пример реализации способа. Направляющий аппарат создает предварительное направление буровому раствору. Например, в конструкции турбобура после прохождения через лопатки направляющего аппарата буровой раствор изменяет направление и попадает на рабочие лопатки под оптимальным углом. При изменении расстояния между лопатками направляющего аппарата и рабочими лопатками генератора изменяется угол, под которым буровой раствор воздействует на рабочую лопатку, и меняется эффективность этого воздействия, а следовательно, частота оборотов и напряжение на выводах генератора. Регулировка режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы выполняется изменением взаимного положения лопаток направляющего аппарата и рабочих лопаток генератора.

Устройство регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы, фиг.1, содержит установленный над электрическим разделителем (не показан) генератор 1 с турбиной 2, размещенный внутри кожуха 3, с верхней стороны которого установлен переводник 4 для крепления к колонне бурильных труб. Внутри переводника 4 закреплена крестовина 5 с окнами для прохождения бурового раствора, в центре которой зафиксирована штанга 6. На штанге 6 установлен с возможностью осевого перемещения направляющий аппарат 7. Штанга 6 выполнена со ступенчатой внутренней расточкой и резьбой, а направляющий аппарат 7 крепится через продольные окна 8, выполненные в штанге, к подпружиненной пружиной 9 втулке 10 винтами 11. Осевое положение втулки 10 определяется регулирующим винтом 12, проходящим через центральное отверстие втулки 10 и установленным на резьбе во внутренней расточке штанги 6. Головка регулирующего винта 12 выполнена с гранями, профиль которых повторяет углубление 13 во втулке 10, обеспечивающей фиксацию регулирующего винта 12. Наружная поверхность штанги 6 выполнена ступенчатой, одна из ступеней предназначена для крепления в крестовине 5, а другая служит для ограничения перемещения по штанге 6 направляющего аппарата 7. На штанге установлена шпонка 14, входящая в паз, выполненный в отверстии крестовины 5. Штанга 6 зафиксирована от осевого перемещения в крестовине 5 гайкой крестовины 15. Между крестовиной 5 и гайкой крестовины 15 установлена шайба 16, разогнутая в шлицы, выполненные на гайке крестовины 15, и в пазы, выполненные на торце крестовины 5. На наружном кольце крестовины 5 выполнены выступы 17, входящие в пазы 18, выполненные внутри переводника 4. В переводнике 4 крестовина 5 крепится гайкой переводника 19, зафиксированной от поворота стопорной шайбой 20, разогнутой в шлицы гайки переводника 19 и в пазы, выполненные на торце переводника 4. Внутренняя поверхность отверстия направляющего аппарата выполнена с кольцевым выступом 21, который входит при максимальном перемещении в зацепление с кольцевой поверхностью 22, образованной ступенчатым переходом штанги 6 с одного диаметра на другой. Направляющий аппарат 7 выполнен в виде турбины с противоположным углом подъема лопаток.

Устройство работает следующим образом. На поверхности определяют характеристику устройства: частоту оборотов в зависимости от производительности бурового раствора и положения направляющего аппарата.

Так как на буровых используются буровые насосы с различной производительностью, причем режимы промывки скважины для различных забойных двигателей также отличаются, на буровой перед спуском генератора в составе скважинного прибора телеметрической системы в скважину, зная производительность буровых насосов и характеристику устройства, полученную после испытания устройства на поверхности, необходимо выставить зазор «L». Зазор «L» в направляющем аппарате устанавливают такой, чтобы число оборотов турбины обеспечило номинальное напряжение на выводах генератора. Предварительную настройку выполняют в следующей последовательности. Торцевым ключом отжимают втулку 10, головка регулирующего винта 12 выходит из углубления 13. Вращая регулирующий винт 12, перемещают втулку 10, которая за винты 11 сдвигает направляющий аппарат 7 в новое положение. После того как осевое усилие на торцевом ключе ослабевает, головка регулировочного винта защелкивается в углублении 13, что предотвращает самопроизвольное изменение положения лопаток направляющего аппарата относительно рабочих лопаток турбины.

Применение изобретения позволило:

1. Обеспечить плавную регулировку частоты оборотов турбины и напряжения на выводах генератора.

2. Обеспечить номинальное напряжение на выводах генератора.

3. Обеспечить перемещение и надежную фиксацию лопаток направляющего аппарата относительно рабочих лопаток турбины.

4. Повысить надежность корпусных деталей, входящих в состав колонны бурильных труб.

1. Устройство регулировки режима работы генератора питания скважинного прибора телеметрической системы, содержащее установленный над электрическим разделителем генератор, размещенный внутри защитного кожуха, с верхней стороны которого установлен переводник для крепления к колонне бурильных труб, отличающееся тем, что внутри переводника закреплена крестовина с окнами для прохождения бурового раствора, в центре которой зафиксирована штанга, на штанге установлен с возможностью осевого перемещения направляющий аппарат, причем штанга выполнена со ступенчатой внутренней расточкой и резьбой, а направляющий аппарат крепится через продольные окна, выполненные в штанге, к подпружиненной втулке, осевое положение которой определяется регулирующим винтом, проходящим через центральное отверстие втулки и установленным на резьбе во внутренней расточке штанги.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что головка регулирующего винта выполнена с гранями, профиль которых повторяет углубление во втулке, обеспечивающей фиксацию регулирующего винта.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность штанги выполнена ступенчатой, одна из ступеней предназначена для крепления в крестовине, а другая служит для ограничения перемещения по штанге направляющего аппарата.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на штанге установлена шпонка, входящая в паз, выполненный в отверстии крестовины.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что штанга зафиксирована от осевого перемещения в крестовине гайкой крестовины.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что между крестовиной и гайкой крестовины установлена шайба, разогнутая в шлицы, выполненные на гайке крестовины, и в пазы, выполненные на торце крестовины.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на наружном кольце крестовины выполнены выступы, входящие в пазы, выполненные внутри переводника.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в переводнике крестовина крепится гайкой переводника, зафиксированной от поворота стопорной шайбой, разогнутой в шлицы гайки переводника и в пазы, выполненные на торце переводника.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что внутренняя поверхность отверстия направляющего аппарата выполнена с выступом, который входит при максимальном перемещении в зацепление с кольцевой поверхностью, образованной ступенчатым переходом штанги с одного диаметра на другой.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющий аппарат выполнен в виде турбины с противоположным углом подъема лопаток.