RU142726U1

RU142726U1 - Borehole Generator

Info

Publication number: RU142726U1
Application number: RU2013143838/03U
Authority: RU
Inventors: Григорий Степанович Сокирский; Михаил Иванович Ширманов; Анатолий Иванович Удовиченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТехГеоБур"
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-06-27

Abstract

Скважинный генератор, содержащий охранный кожух, входящий в компоновку бурильной колонны и закреплённый посредством сменного фланца, внешний ротор с корпусом, постоянными магнитами и рабочими лопатками, внутренний статор с силовой обмоткой источника тока и трёхфазной обмоткой источника напряжения со встроенным трёхфазным выпрямителем (мост Ларионова), выполненных на оси герметичной оболочки и резинового компенсатора, внешний ротор собран в корпусе с эластичными подшипниками (втулками Гудрича) и установленным на нём шнеком, сменным направляющим аппаратом, при этом верхний подшипник закрыт обтекателем с фильтром центробежного типа, а проток бурового раствора в зазоре между статором и ротором обеспечивается насосом винтового типа в виде многогранников втулок Гудрича и винтовых канавок износостойких втулок.A downhole generator containing a guard that is part of the drill string assembly and secured with an interchangeable flange, an external rotor with a housing, permanent magnets and rotor blades, an internal stator with a power winding of a current source and a three-phase winding of a voltage source with an integrated three-phase rectifier (Larionov bridge), made on the axis of a sealed shell and a rubber compensator, the external rotor is assembled in a housing with elastic bearings (Goodrich bushings) and a screw mounted on it, interchangeable on control device, while the upper bearing is closed by a cowl with a centrifugal type filter, and the mud flow in the gap between the stator and rotor is provided by a screw-type pump in the form of polyhedrons of Goodrich bushings and screw grooves of wear-resistant bushings.

Description

Полезная модель относится к области бурения скважин, а более конкретно к электрическим машинам для питания передающих устройств скважинной аппаратуры и может быть использована для питания автономных забойных, геофизических и навигационных комплексов.The utility model relates to the field of well drilling, and more particularly to electric machines for powering downhole equipment transmitting devices and can be used to power autonomous downhole, geophysical, and navigation systems.

Известен турбогенератор для питания скважинной аппаратуры, содержащий внешний ротор с корпусом и рабочими лопатками турбины, внутренний статор с обмоткой, выполненный на оси, в котором обмотка залита герметичным неэлектропроводным материалом, устойчивым к абразивному износу, внешний ротор установлен на подшипниках скольжения, внутренние рабочие поверхности подшипников скольжения выполнены из эластичного материала, например, резины, со сквозными каналами и смонтированы на съемных втулках с буртиками, а втулки закреплены на оси, причем верхний подшипник скольжения закрыт с торца обтекателем с образованием кольцевого зазора между ним и корпусом (патент РФ №2184225).A known turbogenerator for feeding downhole equipment, comprising an external rotor with a casing and rotor blades of the turbine, an internal stator with a winding made on an axis, in which the winding is filled with sealed non-conductive material resistant to abrasion, the external rotor is mounted on sliding bearings, the internal working surfaces of the bearings the slides are made of an elastic material, for example rubber, with through channels and mounted on removable sleeves with shoulders, and the sleeves are fixed on an axis, the upper sliding bearing is closed from the end of the fairing to form an annular gap between it and the housing (RF Patent №2184225).

Недостатком известного турбогенератора является сложность герметизации статорной обмотки, а изменение рабочей температуры обмотки приводит к нарушению адгезии изолирующего материала и как следствие к нарушению герметичности, кроме того, форма сигнала питающего напряжения скважинной аппаратуры значительно искажается и для ее фильтрации приходится использовать конденсаторы большой емкости, которые ненадежны в условиях повышенной вибрации.A disadvantage of the known turbogenerator is the difficulty of sealing the stator winding, and a change in the working temperature of the winding leads to a breakdown in the adhesion of the insulating material and, as a consequence, to a leakage, in addition, the waveform of the supply voltage of the downhole equipment is significantly distorted and large capacitors that are unreliable have to be used to filter it. in conditions of increased vibration.

Известен также турбогенератор для питания скважинной аппаратуры, который содержит защитный корпус, по меньшей мере, один узел крепления, неподвижную ось со сквозным осевым отверстием, на которой размещены статор с обмоткой возбуждения, соединенной с электрическим разъемом, и размещенный на подшипниках ротор с, по меньшей мере, одной турбиной, внутри которого размещена группа постоянных магнитов. Внутри ротора установлена до полнительная группа постоянных магнитов. На статоре установлена дополнительная обмотка возбуждения, соединенная с электрическим разъемом, размещенным на нижнем конце статора. При этом ротор выполнен из верхней и нижней частей, размещенных на трех подшипниках, установленных на неподвижной оси, которая также выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой, причем одна из обмоток возбуждения выполнена слаботочной, а вторая - силовой. Провода от обмоток возбуждения к электрическому разъему проходят через сквозное отверстие внутри неподвижной оси. Внутренняя полость турбогенератора заполнена смазывающей жидкостью. Отверстие для заправки смазывающей жидкостью выполнено сверху и содержит винт (патент РФ №2333353).Also known is a turbogenerator for supplying downhole equipment, which comprises a protective housing, at least one attachment point, a fixed axis with a through axial hole, on which a stator with an excitation winding connected to an electrical connector, and a rotor with at least at least one turbine, inside which a group of permanent magnets is placed. An additional group of permanent magnets is installed inside the rotor. An additional field winding is installed on the stator, connected to an electrical connector located on the lower end of the stator. In this case, the rotor is made of upper and lower parts placed on three bearings mounted on a fixed axis, which is also made of upper and lower parts connected to each other, one of the field windings being made low-current, and the second - power. Wires from the field windings to the electrical connector pass through the through hole inside the fixed axis. The internal cavity of the turbogenerator is filled with lubricating fluid. The opening for filling with lubricating fluid is made on top and contains a screw (RF patent No. 23333353).

Недостатком известного турбогенератора является то, что возможно попадание бурового раствора во внутреннюю полость генератора, вследствие этого быстрый износ подшипников в абразивной среде и выход генератора из строя.A disadvantage of the known turbogenerator is that it is possible for drilling fluid to enter the internal cavity of the generator, as a result of which the bearings wear rapidly in an abrasive medium and the generator breaks down.

Задачей полезной модели является повышение надежности работы генератора и улучшение условий работы скважинных приборов.The objective of the utility model is to increase the reliability of the generator and improve the working conditions of downhole tools.

Поставленная задача решается предлагаемым скважинным генератором, содержащим охранный кожух, входящий в компоновку бурильной колонны и закрепленный посредством сменного фланца, внешний ротор с корпусом, постоянными магнитами и рабочими лопатками, внутренний статор с силовой обмоткой источника тока и трехфазной обмоткой источника напряжения со встроенным трехфазным выпрямителем (мост Ларионова), выполненных на оси герметичной оболочки и резинового компенсатора, внешний ротор собран в корпусе с эластичными подшипниками (втулками Гудрича) и установленным на нем шнеком, сменным направляющим аппаратом, при этом верхний подшипник закрыт обтекателем с фильтром центробежного типа, а проток бурового раствора в зазоре между статором и ротором обеспечивается насосом винтового типа в виде многогранников втулок Гудрича и винтовых канавок износостойких втулокThe problem is solved by the proposed downhole generator containing a guard that is included in the drill string assembly and secured by means of a replaceable flange, an external rotor with a housing, permanent magnets and rotor blades, an internal stator with a power winding of a current source and a three-phase winding of a voltage source with an integrated three-phase rectifier ( Larionov bridge), made on the axis of a sealed shell and rubber compensator, the outer rotor is assembled in a housing with elastic bearings (Hood bushings Icha) mounted thereon and auger, replaceable guide vanes, the upper bearing cowling closed with a filter of a centrifugal type, and the mud flow in the gap between the stator and the rotor, screw-type pump provided in the form of polyhedra sleeves Goodrich and helical grooves wear sleeves

Полезная модель иллюстрируется чертежом. Скважинный генератор для питания скважинной аппаратуры установлен в охранном кожухе 1, входящем в компоновку бурильной колонны и закреплен посредством сменного фланца 2. Применяя различные конструкции фланцев, можно интегрировать генератор в различные типоразмеры телесистем. Второй подвижной точкой опоры генератора на компоновку бурильной колонны является сменный направляющий аппарат 3. В зависимости от параметра расхода рабочей жидкости подбирается угол атаки лопатки направляющего аппарата. Вариации применения сменных шнеков 4 и направляющих аппаратов 3 позволяют правильно подобрать частоту вращения ротора 5 с постоянными магнитами 6 и 7 для обеспечения необходимых электрических параметров. В работе генератора для обеспечения смазки эластичных подшипников (втулок Гудрича) 8 и 9 применяется буровой раствор. Его грубая фильтрация осуществляется устройством центробежного типа, которое представляет собой кольцевое щелевое отверстие между обтекателем 10 и регулятором зазора 11, снабженное центробежным отбрасывателем крупных частиц. Проток бурового раствора в зазоре между статором 12 и ротором 13 обеспечивается насосом винтового типа, который реализован многогранниками втулок Гудрича и винтовыми канавками износостойких втулок 14 и 15. Статор генератора собран на оси 16 и представляет собой, по сути, два независимых источника питания: силовой источник тока 17 и маломощный трехфазный источник напряжения 18, оснащенный трехфазным выпрямителем (мостом Ларионова) 19. Обмотка статора изолирована от бурового раствора оболочкой 20. Внутренняя полость, образованная заправочным устройством 23, оболочкой 20, гермовводом 22 и компенсатором 21 заполнена жидкостью, которая выполняет функцию отвода тепла от обмоток статора и компенсирует статическое давление от бурового раствора. Компенсатор 21 мембранного типа позволяет изменять объем внутренней полости статора генератора в зависимости от температуры охлаждающей жидкости и отслеживать динамические изменения бурового раствора.The utility model is illustrated in the drawing. The downhole generator for powering the downhole equipment is installed in a guard casing 1, which is part of the drill string assembly and is fixed by means of a replaceable flange 2. Using various designs of flanges, it is possible to integrate the generator into various telemetry system sizes. The second movable point of support of the generator for the assembly of the drill string is a removable guide apparatus 3. Depending on the parameter of the flow of the working fluid, the angle of attack of the blade of the guide apparatus is selected. Variations in the use of interchangeable screws 4 and guide vanes 3 make it possible to correctly select the rotational speed of the rotor 5 with permanent magnets 6 and 7 to provide the necessary electrical parameters. In the operation of the generator, drilling fluid is used to lubricate the elastic bearings (Goodrich bushings) 8 and 9. Its coarse filtration is carried out by a centrifugal type device, which is an annular slotted hole between the fairing 10 and the gap regulator 11, equipped with a centrifugal ejector of large particles. The mud flow in the gap between the stator 12 and the rotor 13 is provided by a screw-type pump, which is implemented by Goodrich bushings polyhedra and screw grooves of wear-resistant bushings 14 and 15. The generator stator is assembled on axis 16 and, in fact, consists of two independent power sources: a power source 17 and a low-power three-phase voltage source 18, equipped with a three-phase rectifier (Larionov bridge) 19. The stator winding is isolated from the drilling fluid by a sheath 20. The internal cavity formed by the filling device Property 23, the sheath 20, the pressure seal 22 and the compensator 21 is filled with a liquid that performs the function of heat removal from the stator windings and compensates for the static pressure from the drilling fluid. The compensator 21 of the membrane type allows you to change the volume of the internal cavity of the generator stator depending on the temperature of the coolant and monitor the dynamic changes in the drilling fluid.

При работе генератора буровой раствор проходит через лопатки сменного направляющего аппарата 3, вращая ротор генератора и смазывая эластичные подшипники через центробежный насос.When the generator is operating, drilling fluid passes through the blades of the interchangeable guide apparatus 3, rotating the generator rotor and lubricating the elastic bearings through a centrifugal pump.

Полезная модель позволяет создать надежный источник постоянного напряжения за счет трехфазной обмотки статора и моста Ларионова, обеспечить возможность регулировки оборотов в зависимости от расхода рабочей жидкости, интегрирование в различные типоразмеры оборудования, позволяет отводить тепло от полупроводниковых элементов выпрямителя.The utility model allows you to create a reliable source of constant voltage due to the three-phase winding of the stator and Larionov bridge, provide the ability to adjust the speed depending on the flow rate of the working fluid, integration into various equipment sizes, allows you to remove heat from the semiconductor elements of the rectifier.

Claims

A downhole generator containing a guard that is part of the drill string assembly and secured with an interchangeable flange, an external rotor with a housing, permanent magnets and rotor blades, an internal stator with a power winding of a current source and a three-phase winding of a voltage source with an integrated three-phase rectifier (Larionov bridge), made on the axis of a sealed shell and a rubber compensator, the external rotor is assembled in a housing with elastic bearings (Goodrich bushings) and a screw mounted on it, interchangeable on control device, while the upper bearing is closed by a cowl with a centrifugal type filter, and the mud flow in the gap between the stator and rotor is provided by a screw-type pump in the form of polyhedrons of Goodrich bushings and screw grooves of wear-resistant bushings.