JPS61171884A - 回転運動を与えるダウンホ−ル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転運動を与えるダウンホール装置に関し、特
にドリルストリングに沿って通る泥水流の運動エネルギ
を回転運動に変換して発電機、またけ測定または信号発
生器具を駆動する装置に関する。

〔従来の技術〕

バッテリの収容用の空間制限ダウホールのために、そし
て頻繁な蓄電池置換に対する必要性に関連した諸問題を
回避するために、そこには多くの状況があって泥水流に
より駆動されるターボ発電機で電力がダウ７ホー“で発
生さ１ることまたは　　　　　會可動部分ダウンホール
に必要な機械的エネルギが泥水流で駆動される羽根車に
より直接発生されることが望まれる。これらの機能ダウ
ンホールを実施する装置は周知である。例えば出願人の
英国特許明細書第２，０８２，６５３人号と第２０８７
．９５１Ａ号は泥水駆動羽根車が発電機と線形変位絞り
部材の両方を駆動して測定データを表面に伝送する目的
で泥水流中に圧力パルスを発生させる配置を開示した。

しかしながら、このような周知の装置は泥水流が羽根車
に作用するために実質的な推力を収容できる羽根車軸受
の使用を必要とし、そして長い使用寿命を有する適当な
軸受を製造することは困難である。ダウンホールを操作
する装置は、頻繁な修理または交換が失われたせん孔時
間によって極めて高価になるはずなのでこのような修理
または交換を要求すべきでないことは特に重要である。

さらに敵意ある状態ダウンホールと泥水の擦過特性の観
点でダウンホール装置に長い使用寿命を確保することは
困難であるはずである。

〔発明が解決し工うとする問題点〕

本発明の目的は長い使用寿命ダウンホールの可能な定義
された型式の装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、回転軸線がドリルストリングの軸線に
沿って配置された回転駆動部材と、泥水流で駆動される
ように配置されて駆動部材に駆動トルクを与えるように
連結された駆動部材と共軸な環状翼つき羽根車と、環状
羽根車軸受と、泥水流が羽根車に達する前に泥水流に作
用を及ぼすように羽根車の直接上流に配置された翼つき
固定子とを含んで、固定子の翼が泥水流に対して傾斜さ
れて羽根車軸受に小さいまたは無視できる推力を生じさ
せるような角度で泥水流を羽根車の翼に衝撃を与えるよ
うＫした定義された型式のダウンホール装置を提供する
。

このような装置では、軸受に作用する推力は前述に参照
した英国特許明細書第２０８２．６５３Ａ号と１ｇ２，
ｏａｒ，ｅｓｌｈ号に開示された配置と同様な状態のも
とての場合であろうよりも一層少ない。

それ故に，長い使用寿命の可能な本発明の装置の軸受を
提供することは比較的容易である。

本発明の好適実施例では、固定子翼は泥水流に対して１
方向に好適には１０〜１５度の範囲の角度で傾斜され、
そして羽根車翼は泥水流に対してほぼ平行でありまえは
泥水流に対して前記１方向に傾斜される。

回転駆動部材は概して発電機に連結されて泥水流の運動
エネルギがダウンホールの使用の丸めの電力を発生する
ように使用される。たとえこのような装置のエネルギ伝
達の効率が概して前述に参照した周知の装置のそれと同
じ高さでないであろうにしても、この装置は泥水パルス
遠隔測定装置および関連測定器具に対する信号送信器の
動力要求を容易に供給できることがわかった。

本発明は、特に、固定子と羽根車が泥水なし環境で駆動
部材を含有するケーシングを散囲み、固定子がケーシン
グに対して固定され、そして羽根車が軸受によりケーシ
ング上に回転可能にされるところに特長がある。この場
合、軸受表面の大きさくマグニチュード）は一方ではケ
ーシングの外径、他方では泥水流用のダクトの内径によ
って制限されて、しかして軸受表面により収容されねば
ならない推力は実際と同じように小さいことは重要であ
る。回転シールを備えるのを阻止するために、羽根車は
駆動部材に磁気的に連結されて駆動部材に駆動トルクを
与えるようにしてもよい。

羽根車軸受は泥水流により潤滑されるように意図された
型式のものであってもよく、この場合、流れ通路は好適
には固定子に設けられて泥水を軸受に供給する。軸受は
対向する両方向く作用する上下軸受部材を含んでもよく
、各軸受部分は角度接触軸受の形態であっても工い。

〔発明の実施例〕

本発明を一層よく理解するために添付図面を参照して本
発明による装置の好適な実施例を詳細に説明する。

第１図に示すそれ自体周知の信号送信器ｌはせん孔中の
ポアホール内のドリルストリングの端に３□−１，９□
カ、−７，ヶゆ、−１カ　　　Ｙ送信器ｌはドリルスト
リングを下って通る泥水の圧力を調節することによって
圧力パルスの形態で表面に測定データを伝送する役目を
果す。

送信器１はダクト２を備え、その上端には絞りオリフィ
ス６を形成する環状の流れ収縮器４を備えており、泥水
流を矢印８の方向にドリルストリングを下って降下させ
る。ダクト２内には絞りオリフィス６の付近において上
端で支承される細長のケーシング１０があり、絞り部材
１２はケーシング１０に対して変位して絞りオリフィス
６０貫流横断面積を変える。環状羽根車２２はケーシン
グ１０を敗囲み、そして泥水流中で回転可能である。羽
根車ｎはケーシング内で駆動部材１８に磁気的に連結さ
れて駆動部材１８を駆動し、駆動部材１８が次いでポン
プ１６と発電機加の両方を駆動してダウンホールに電力
を供給する。ポンプ１６は絞り部材稔を線形的に変位さ
せるように設けられ、絞り部材１２の変位方向は電気入
力信号の制御のもとてソレノイドアクチュエータ（図示
せず）により決定される。

このような信号発信器の詳細な構造と作動は、内容がこ
の明細書に参照として紹介された出願人の英国特許明細
書第２，１２３，４５８号を参照して決定されてもよい
。

第２図から第５図を参照して説明する本発明による装置
の形態では、英国特許明細書第２．１’２３，４５８Ａ
号の図面に示す羽根車は第２図に部分的に示す環状羽根
車（資）と環状固定子３２に取って替えられる。

固定千支は泥水流方向あに対して！方向に傾斜され九翼
あを有するが、羽根車Ｉは泥水流方向公に平行な翼あを
有する。変形においては羽根車翼％はまた泥水流方向田
に対して前記１方向に傾斜される。ケーシング１０は第
２図に示さないけれども、羽根車（資）と固定子３２が
ケーシング１０を取囲むことは明白である。

第３図から第５図を参照して、固定子３２はケーシング
１０に固定したカラー羽と該カラーお上にねじ止めした
翼つき軸受リング４０とを含む。カラー謁はその外表面
に３つの長手方向スロット４２を備え、スロット４２は
カラーあの円周のまわりに等角度的に分布される。第３
図に破線で示すように、各スロット４２はカラーあの外
側表面における入口開口と羽根車に隣接する出口開口と
を有する。

羽根草加はケーシングｌＯを級囲む磁気軸受リングＩと
、リング４４を取囲んでそれに固定された翼軸受リング
４６とを含む。リング必はその外側表面に６つの長手方
向スロット絽を担持し、スロット４８はリングＩの周辺
のまわりに等角度に分布される。各スロット４８はそれ
ぞれ希土磁石父、好適にはサマリウム・コバルト磁石を
含む。磁石間の３つは半径方向外方に向いた北極を有し
、そしてさらに前記磁石と交叉する磁石間の３つは半径
方向外方に向いた南極を有する。これらの羽根車磁石間
はケーシング内に等角度に分布した６つのさらの希土磁
石５２と、かつ磁石間に同様な配置に方向づけられたそ
れらの極と共作動する。このようにして、駆動トルクは
、磁石間と５２のセットが画定された相対方位で磁気的
に一緒にロックされて、羽根車から磁石５２を担持する
ケーシング１０の内部の被駆動軸に伝達される。磁石軸
受リング必はまたリングＩの対向する両端表面でそれぞ
れ開放したその内側表面に一連の長手方向スロット５４
を有する。

羽根車（９）は上下環状接触軸受５６と５８によりケー
シング１０に関して回転可能に設けられる。各軸受５６
または５８は、比較的柔い弾性変形材料、例えばゴムで
作られてケーシング１０に固定した部材６０と羽根車Ｉ
に固定した部材６２により画定される軸受レースと、比
較的硬い材料、例えば鋼で作られた球６４とを含む。代
替的に、軸受レースは比較的硬い材料で作られてもよい
し、そして球は比較的に柔い材料で作られてもよい。し
かしながら、好適には、軸受は泥水流で潤滑されること
が意図されているので、レースまたは球のいずれかは比
較的柔い材料で作られるべきであり、そしてこのような
柔い材料の使用が、球とレース間にトラップされるよう
になる泥水流内の粒子の作用により軸受が迅速に摩耗し
なくなることを確実にする。

軸受部材６０はケーシング１０に関して制限摺動運動を
することができ、そして完成した軸受組立体ゆヵオ７．
ッ□６６□ヶーッ、７、。、わ８．、　　　　裏たカラ
ー６８間に軸方向に保持され、ばね７０がカラー６８と
下部軸受５８の部材６０間に配置されて使用時に軸方向
膨張を許容させるようになる。

作動において、ケーシングｉｏと外側ダクト（第３図か
ら第５図では図示せず）間の環状空間を下方に、すなわ
ち方向列に流動する泥水は固定子諺の＠３４に衝突し、
そしてこれらの翼あて方向づけられて羽根軍属あ上への
泥水流の衝突による羽根車（９）の軸方向作用する推力
が小さくまたは無視出来るような角度で泥水が次いで羽
根車Ｉの翼３６に衝突するようにされる。換言すれば、
実質的には推力の全体は切線方向に作用して羽根車Ｉに
回転運動を与えるようになる。このようにして小さくま
たは無視できる推力は軸受に伝達される。粘性抗力のた
めに推力のいずれの成分も無視されるならば、推力ベク
トルは羽根車＠ｆｃ対して直角になり、この場合に最良
の結果がケーシング１０の軸線に対して平行な羽根軍属
で達成される。しかしながら、実際において、いくらか
の粘性抗力が存在し、そして固定子翼と同じ方向に羽根
軍属を傾斜させることでこのことを補償して羽根軍属に
衝突する泥水流が粘性抗力のために推力成分を抹消する
垂直上方の推力成分を発生させるようにすることが望ま
れる。

このような配置における軸受により経験される極めて小
さくまたは無視できる推力の観点では、軸受は軽い構造
であってもよいし、そして泥水流で潤滑されてもよい。

このような潤滑は固定子カラー羽のスロット４２に沿っ
て通る泥水によって、そして羽根車Ｉの磁石軸受リング
Ｉのスロット５４による上下軸受５６と５８間を通る泥
水によって確実になされる。

代替的な配置では、各軸受５６または５８は第６図に１
端から示したような軸受８０で取替えられ、軸受８０は
羽根車（資）のそれぞれの端における平らな環状軸受表
面に対して直接支持する。構造を一層容易に明白にする
ために第６図で組立体から散外して示した軸受８０は内
側表面上のゴム層８４とスリーブの１端から他端に潤滑
泥水を流動させる８つの等角度離隔軸方向みぞ８６とを
有する金属スリーブ８２を含む。加えるに、８つのゴム
平担部８８が層８４と一体に形成され、セしてみぞ８６
に対して直接オフセット状になるように半径方向に位置
決めされる。平担部８８はスリーブ８２の端からスリー
ブ８２の高さ隆起部（レベルブラウト）へ軸方向に延び
て、高さ隆起部（レベルブラウト）において羽根車（９
）上の対応する軸受表面に対して支承する８つの半径方
向離隔軸受表面を形成する。

他の代替的な配置では、固定子具はその全長に沿って屈
曲されて翼が泥水流に対して傾斜される角度が羽根車か
らの距離の減少につれて増加するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置と一緒に使用されてもよいそれ自
体周知なダウンホール信号発信器の図、第２図は線Ａ−
Ａの１＠面上の本発明の装置の羽根車と固定子の部分の
側面図であって羽根車と固定子が実際線Ａ−Ａのいずれ
かの側に対称的に延びると理解されるべき図、第３図は
ケーシングの１側面上の羽根車と固定子を通る軸方向断
面図、第４図と第５図は第３図の線■−■および■−■
のそれぞれに沿ったケーシングを通る横断面図、第６図
は装置で使用されてもよい軸受の代替的形態の端面図で
ある。 ！・・・信号発信器、２・・・ダクト、４・・・環状流
収縮器、６・・・絞りオリフィス、１０・・・細長ケー
シング、１２・・・絞り部材、１６・・・ポンプ、１８
・・・駆動部材、加・・・発電機、η・・・羽根車、田
・・・泥水流方向、（９）・・・環状羽根車、諺・・・
環状固定子、あ・・・固定子具、あ・・・羽根車具、関
、６８・・・カラー、４０，４６・・・翼軸受リング、
４２、４８．５４・・・スロット、必・・・磁石軸受リ
ング、艶、５２・・・希土磁石、５６・・・上部角度接
触軸受、５８・・・下部角度接触軸受、６０．６２・・
・部材、６４・・・球、６６・・・固定ストップ材、７
０・・・ばね、８０・・・軸受、８２・・・金属スリー
ブ、８４・・・ゴム層、８６・・・みぞ、８８・・・ゴ
ム平担部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ドリルストリングに沿つて通る泥水流の運動エネル
   ギを発電機、または測定または信号発生器具の駆動用の
   回転運動に変換するダウンホール装置であつて該装置が
   ドリルストリングの軸線に沿つて回転軸線が配置された
   回転駆動部材と、泥水流により駆動されるように配置さ
   れて前記駆動部材に駆動トルクを与えるように連結した
   駆動部材と共軸な羽根車と、環状羽根車軸受とを含む装
   置において、翼つき固定子が羽根車の直接上流に配置さ
   れて泥水流が羽根車に達する前に泥水流に作用を及ぼす
   ようにし、固定子の翼は泥水流に対して傾斜されて羽根
   車軸受に小さいまたは無視出来る推力を生じるような角
   度で泥水流が羽根車の翼に衝撃を与えるようにしたこと
   を特徴とする回転運動を与えるダウンホール装置。 ２、前記固定子翼が泥水流に対して１方向に傾斜され、
   前記羽根車翼が泥水流に対してほぼ平行でありまたは前
   記固定子翼よりも小さい程度で泥水流に対して前記１方
   向に傾斜されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の回転運動を与えるダウンホール装置。 ３、前記固定子翼が泥水流に対して１０〜１５度の範囲
   の角度で少なくともそれらの下流部分で傾斜されること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のダウンホー
   ル装置。 ４、前記固定子翼はその長さに沿つて僅かに屈曲された
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または
   第３項のいずれかに記載の回転運動を与えるダウンホー
   ル装置。 ５、前記羽根車軸受は泥水流により潤滑されることを意
   図した型式のものであることを特徴とする前記特許請求
   の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の回転運動を
   与えるダウンホール装置。 ６、前記羽根車軸受は弾性変形材料から作つた少なくと
   も１つの軸受表面を含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第５項に記載の回転運動を与えるダウンホール装置。 ７、前記羽根車軸受が対向する両方向に作用する上下軸
   受部分を含むことを特徴とする前記特許請求の範囲のい
   ずれかに記載の回転運動を与えるダウンホール装置。 ８、前記の固定子と羽根車が泥水なし環境で駆動部材を
   含むケーシングを取囲み、前記固定子が羽根車軸受によ
   つてケーシングに関連して固定されることを特徴とする
   前記特許請求の範囲のいずれかに記載の回転運動を与え
   るダウンホール装置。 ９、前記羽根車が駆動部材に磁気的に連結されて駆動部
   材に駆動トルクを与えるよりにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第８項に記載の回転運動を与えるダウンホ
   ール装置。 １０、前記駆動部材が発電機に連結されて発電機を駆動
   するようにしたことを特徴とする前記特許請求の範囲の
   いずれかに記載のダウンホール装置。