RU1805530C

RU1805530C - Submersible autonomous power supply source for borehole equipment

Info

Publication number: RU1805530C
Application number: SU904842269A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Гайдук; Владимир Ильич Миракян; Мирон Антонович Чернык
Original assignee: Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола; Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники
Priority date: 1990-05-15
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1993-03-30

Abstract

Сущность изобретени : погружной автономный источник содержит гидротурбину и электрический генератор с внешним ротором и статором, закрепленным на несущем валу. Ротор установлен на резино-металли- ческих подшипниках. Зазор между ротором и статором заполнен ферромагнитной жидкостью . Статор герметизирован стальным тонкостенным стаканом. Погружной источник установлен в буровой трубе. Изобретение повышает надежность электропитани . 1 ил.SUMMARY OF THE INVENTION: A self-contained submersible source comprises a hydraulic turbine and an electric generator with an external rotor and a stator mounted on a bearing shaft. The rotor is mounted on rubber-metal bearings. The gap between the rotor and the stator is filled with ferromagnetic fluid. The stator is sealed with a steel thin-walled glass. The submersible source is installed in the drill pipe. The invention improves the reliability of power supply. 1 ill.

Description

Изобретение относитс к области бурени направленных нефт ных и газовых скважин турбинным способом. Предлагаемый автономный источник электрической энергии может быть использован дл питани измерительной аппаратуры и автоматизированных погружных систем контрол и автоматизированного управлени процессом бурени .The invention relates to the field of drilling directional oil and gas wells in a turbine manner. The proposed autonomous source of electrical energy can be used to power the measuring equipment and automated submersible monitoring systems and automated control of the drilling process.

Цель изобретени - повышение надёжности погружного автономного источника дл электропитани скважинных устройств за счет отсутстви в конструкции генератора электрической энергии уплотнени вращающихс частей.The purpose of the invention is to increase the reliability of a submersible stand-alone source for powering downhole devices due to the absence of sealing of rotating parts in the design of the electric energy generator.

На чертеже показан забойный автономный источник, установленный в буровой трубе , продольный разрез.The drawing shows a downhole autonomous source installed in the drill pipe, a longitudinal section.

В нижней части погружного автономного источника размещена гидротурбина 1.котора через муфту 2 соединена с внешним ротором 3. Ротор 3 содержит корпус 4, выполненный заодно с выходным концом вала , и посто нных магнитов 5, размещенных внутри корпуса 4 и закрепленных при помощи полюсных наконечников 6. Кроме этого, в корпусе 4 выполнены отверсти 7 дл прохождени промывочной жидкости. Внутри внешнего ротора 3 размещен статор 8, который неподвижно закреплен на несущем валу 9 и герметизирован стальным тонкостенным стаканом 10, установленным на свободный конец несущего вала 9, и резиновыми кольцами 11. Несущий вал 9 жестко соединен с фланцем 12, который имеет неподвижную опору относительно буровой трубы 13. Вал 9 и фланец 12 имеют центральные отверсти , через которые выводные концы 14 генератора подведены к гермовводу Т5. Вращение ротора 3 относительно статора 8 обеспечиваетс резиноме- таллическими опорами 16,17 и наличием между статором и ротором зазора 18. заполненного ферромагнитной жидкостью Центровка ротора 3 е буровой трубе 13A hydraulic turbine 1. is located in the lower part of the submersible autonomous source. Through a clutch 2, it is connected to an external rotor 3. The rotor 3 contains a housing 4 made integral with the output end of the shaft, and permanent magnets 5 located inside the housing 4 and secured with pole pieces 6 In addition, openings 7 are provided in housing 4 for passage of flushing fluid. A stator 8 is placed inside the outer rotor 3, which is fixedly mounted on the bearing shaft 9 and sealed with a steel thin-walled cup 10 mounted on the free end of the bearing shaft 9, and rubber rings 11. The bearing shaft 9 is rigidly connected to the flange 12, which has a fixed support relative to the drill the pipes 13. The shaft 9 and the flange 12 have central holes through which the output ends 14 of the generator are connected to the pressure seal T5. The rotation of the rotor 3 relative to the stator 8 is provided by rubber mounts 16.17 and the gap between the stator and the rotor is 18 filled with ferromagnetic fluid. Centering of the rotor 3 e of the drill pipe 13

0000

сwith

0000

о ел ел со оo eat eat o

существлена при помощи резинометалли- еской опоры .19.existed with rubber mount .19.

Работает погружной автономный источик дл электропитани скважинных устройств следующим образом.A submersible stand-alone source operates to power the downhole devices as follows.

При вращении гидротурбины 1 вращающий момент через муфту 2 передаетс внешнему ротору 3. Вращение ротора 3 беспечиваетс за счет резинометалличе- киЗс опор 16,17 и 19. Дл нормальной рабоы опор 16 ,17 и 19 необходимо обеспечить их посто нную промывку жидкостью. Это остигаетс за счет отверстий 7 в корпусе 4 внешнего ротора 4. Проход через полости внешнего ротора 3, промывочный раствор будет заполн ть заз ор между статором 8 и ротором 3, что недопустимо из-за наличи в нем твердой фазы и абразивных частиц. Чтобы не допустить попадани промывочного раствора в зазор 18, он заполнен феррожид- костью, изготовленной на основе технического масла. Использование ферромагнитной жидкости на основе воды не возможно, так как она будет высыпатьс промывочным раствором . Ферромагнитна жидкость надежно удерживаетс в зазоре 18 магнитным полем посто нных магнитов 5.When the hydraulic turbine 1 rotates, the torque through the clutch 2 is transmitted to the external rotor 3. The rotation of the rotor 3 is ensured by the rubber-metal contact support 16,17 and 19. For the normal operation of the supports 16, 17 and 19 it is necessary to ensure their constant flushing with liquid. This is achieved through holes 7 in the housing 4 of the outer rotor 4. Passing through the cavities of the outer rotor 3, the flushing solution will fill the gap between the stator 8 and the rotor 3, which is unacceptable due to the presence of a solid phase and abrasive particles in it. In order to prevent the washing solution from entering the gap 18, it is filled with ferrofluid made from technical oil. The use of a water-based ferromagnetic fluid is not possible, as it will spill out with the wash solution. The ferromagnetic fluid is firmly held in the gap 18 by the magnetic field of the permanent magnets 5.

Так как величина зазора 18 заполненного ферромагнитной жидкостью и толщина стального стакана 10 над пакетом статора незначительны, то основна часть магнитного потока проходит через статора 8 и при вращении внешнего ротора 3 наводит ЭДС в обмотках статора 8, Под действием ЭДС по обмоткам протекает ток. Дл обеспечени надежной работы автономного источника электрической энергии токоведущие части электрического генератора герметизированы при помощи гермоввода 15, стального стакана 10 и уплотнительных резиновых колец 11.Since the size of the gap 18 filled with ferromagnetic fluid and the thickness of the steel cup 10 above the stator package are insignificant, the main part of the magnetic flux passes through the stator 8 and, when the external rotor 3 rotates, induces an EMF in the stator windings 8. Under the influence of the EMF, current flows through the windings. To ensure reliable operation of an autonomous source of electrical energy, live parts of the electric generator are sealed with a pressure seal 15, a steel cup 10 and rubber o-rings 11.

При прокачивании промывочного раствора , который на глубине в несколько километров находитс под большим давлением, он попадает во все полости погружного оборудовани . При этом надежность работы автономного погружного источника определ етс в основном герметизациейWhen pumping the wash solution, which is at a depth of several kilometers under high pressure, it enters all the cavities of the submersible equipment. In this case, the reliability of the autonomous submersible source is determined mainly by sealing

токоведущих частей генератора и работоспособностью узлов, обеспечивающих его вращение.current-carrying parts of the generator and operability of the nodes ensuring its rotation.

Использование в качестве вращающихс опор 16 и 17 резнометаллических опор турбобура, заполнение зазора 18 между статором 8 и ротором 3 феррожидкостью и при- меиение предложенной системы герметизации внутреннего статора 8 позволило создать конструкцию электрического генератора, обеспечивающего надежную работу погружного автономного источника в услови х скважины без применени уплотнени вращающихс частей. Как известно,The use of turbo-drill carved metal supports 16 and 17, filling the gap 18 between the stator 8 and the rotor 3 with ferrofluid, and using the proposed sealing system of the internal stator 8 made it possible to create an electric generator design that ensures reliable operation of a submersible autonomous source in well conditions without using seals of rotating parts. As known,

уплотнение вращающихс частей вл етс самым недолговечным, а, следовательно, и самым ненадежным узлом автономного источника электрической энергии. Кроме этого , уплотнение вращающихс частейcompaction of the rotating parts is the shortest and, therefore, the most unreliable assembly of an autonomous source of electrical energy. In addition, the sealing of rotating parts

значительно усложн ет конструкцию генератора электрической энергии.greatly complicates the design of the electric power generator.

Техническим преимуществом предлагаемого погружного автономного источника дл электропитани скважинных устройствThe technical advantage of the proposed submersible autonomous source for powering downhole devices

перед прототипом вл етс повышение надежности и упрощение его конструкции.before the prototype is to increase reliability and simplify its design.

Преимуществом предлагаемого погруж- ного-автономного источника перед прототипом вл етс его долговечность иThe advantage of the proposed submersible-autonomous source over the prototype is its durability and

технологичность изготовлени ,manufacturability,

Фор мула изобретени Погружной автономный источник дл электропитани скважинных устройств, содержащий гидротурбину и электрический генератор , включающий внешний ротор с посто нными магнитами, соединенный с гидротурбиной , статор, размещенный внутри ротора на консольно несущем валу, отличающийс тем, что, с целью повышени надеж-.SUMMARY OF THE INVENTION A self-contained submersible source for powering downhole devices, comprising a hydraulic turbine and an electric generator including an external rotor with permanent magnets connected to a hydraulic turbine, a stator located inside the rotor on a cantilever bearing shaft, characterized in that, in order to increase reliability.

ности, подшипниковые опоры генератора вы- полнены резинометаллическими, зазор между статором и ротором генератору заполнен ферромагнитной жидкостью на основе масла, а статор помещен в стальнойIn this case, the bearings of the generator are rubber-metal, the gap between the stator and the rotor of the generator is filled with an oil-based ferromagnetic fluid, and the stator is placed in a steel

тонкостенный стакан, установленный на свободный конец несущего вала, причем открыта часть стакана уплотнена резиновым кольцом.a thin-walled cup mounted on the free end of the bearing shaft, and the open part of the cup is sealed with a rubber ring.