RU2060383C1 - Generator of ac current to supply self-contained well instrumentation in the process of core drilling a well of small diameter - Google Patents

Generator of ac current to supply self-contained well instrumentation in the process of core drilling a well of small diameter Download PDF

Info

Publication number
RU2060383C1
RU2060383C1 SU5028009A RU2060383C1 RU 2060383 C1 RU2060383 C1 RU 2060383C1 SU 5028009 A SU5028009 A SU 5028009A RU 2060383 C1 RU2060383 C1 RU 2060383C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
small
generator
well
power sources
electromagnets
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евстафий Иванович Крижановский
Иван Васильевич Голубчак
Владимир Павлович Кавинский
Борис Васильевич Голубчак
Валерий Степанович Лазановский
Original Assignee
Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа filed Critical Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа
Priority to SU5028009 priority Critical patent/RU2060383C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2060383C1 publication Critical patent/RU2060383C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

FIELD: well drilling, power supply to well self-contained instrumentation and metering devices in the process of core drilling wells of small diameter. SUBSTANCE: generator design provide placing electric magnets instead of permanent magnets in the first detachable part of case of two ones. The case is used as rotor. Small-size power sources are placed in the second part of the case. Electromotive force of high value is possible to increase magnetic field intensity inside generator . This in turn results in power increase. Mechanical key is provided to switch on small-size power sources in the process of drill casing rotation only. Small-size power sources are insulated from impact of aggressive media in the process of drilling. EFFECT: high reliability. 6 dwg

Description

Изобретение относится к бурению, в частности к преобразователям энергии потока промывочной жидкости, циркулирующей в скважине, в электрическую энергию и устройствам, предназначенным для снабжения электроэнергией скважинных автономных измерительных и контролирующих элементов и приборов. The invention relates to drilling, in particular to energy converters of the flow of flushing fluid circulating in the well into electrical energy and devices designed to supply electricity to downhole autonomous measuring and control elements and devices.

Известны малогабаритные химические источники тока, которые используются для питания трубных устройств, систем измерения и контроля в процессе бурения. Но их размеры, малая энергоемкость и другие параметры далеко не всегда удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям [1]
Также известны для этих целей генераторы переменного тока, которые состоят из ротора, закрепленного на приводном валу, и неподвижного статора. Конструкция этих генераторов переменного тока наиболее близка к предлагаемой и принята нами за прототип [2]
Широкому использованию данных генераторов переменного тока для питания автономной аппаратуры в процессе колонкового бурения скважин малого диаметра, в основном, препятствует то, что они имеют сравнительно малую мощность. Низкий напор промывочной жидкости не позволяет иметь большое число оборотов за единицу времени ротора и этим самым ограничивает увеличение величины электродвижущей силы индукции на выходе, а малый диаметр скважины ограничивает использование постоянных магнитов с большой напряженностью магнитного поля, которая зависит от внешних размеров постоянных магнитов, т.е. ограничивает увеличение ЭДС индукции, а в конечном итоге ограничивает увеличение мощности генератора.
Small-sized chemical current sources are known that are used to power pipe devices, measurement and control systems during drilling. But their size, low energy consumption and other parameters do not always satisfy the requirements for them [1]
Alternators are also known for these purposes, which consist of a rotor mounted on a drive shaft and a fixed stator. The design of these alternators is closest to the one proposed and adopted by us as a prototype [2]
The widespread use of these alternators for powering autonomous equipment in the process of core drilling of small diameter wells is mainly hindered by the fact that they have a relatively low power. The low pressure of the flushing fluid does not allow a large number of revolutions per unit time of the rotor and thereby limits the increase in the magnitude of the electromotive force of the induction at the outlet, and the small diameter of the well limits the use of permanent magnets with a high magnetic field strength, which depends on the external dimensions of the permanent magnets, t. e. limits the increase in EMF induction, and ultimately limits the increase in generator power.

Цель изобретения повышение мощности генератора переменного тока для питания автономной скважинной аппаратуры в процессе колонкового бурения скважин малого диаметра за счет увеличения величины напряженности магнитного поля, обуславливающего возникновение ЭДС индукции, причем внешний диаметр конструкции не должен претерпевать при этом увеличения. The purpose of the invention is to increase the power of an alternating current generator to power autonomous downhole equipment during core drilling of small diameter wells by increasing the magnitude of the magnetic field, which causes the occurrence of EMF induction, and the outer diameter of the structure should not undergo this increase.

Цель достигается использованием размещенных в корпусе предлагаемой конструкции генератора электромагнитов вместо постоянных магнитов и источников питания к ним. На фиг.1-6 показан предлагаемый генератор. The goal is achieved by using electromagnets located in the housing of the proposed design instead of permanent magnets and power sources for them. Figure 1-6 shows the proposed generator.

Конструкция генератора состоит из корпуса 1, служащего ротором, так как он соединен с валом гидротурбины, неподвижного статора 2 с обмотками и коллектора 3. The design of the generator consists of a housing 1, which serves as a rotor, since it is connected to the shaft of a hydraulic turbine, a fixed stator 2 with windings and a collector 3.

Ось 4 статора посажена противоположными концами в подшипники 5 и 6, которые запрессованы во фланцах 7 и 8. Корпус состоит из двух частей: металлической 9 и пластмассовой 10. В металлической части предусмотрены отверстия 11 для электромагнитов (могут вместо отверстий в зависимости от конструкции электромагнитов быть пазы) и пазы 12 для их выводов, а в пластмассовой пазы 13 для малогабаритных источников тока питания электромагнитов и пазы 14 для их выводов, а также паз 16 для механического ключа, который предназначен для включения малогабаритных источников питания только в процессе вращения колонны. Вместо пластмассы для второй части корпуса можно использовать и металл, но тогда с целью недопущения замыкания следует произвести монтаж в корпус малогабаритных источников питания. Крепление между частями корпуса резьбовое, а для их стопорения винтами служат отверстия 16. The stator axis 4 is planted at opposite ends in bearings 5 and 6, which are pressed into flanges 7 and 8. The housing consists of two parts: metal 9 and plastic 10. In the metal part, holes 11 for electromagnets are provided (they can be instead of holes depending on the design of the electromagnets grooves) and grooves 12 for their conclusions, and in a plastic groove 13 for small-sized power supplies of electromagnets and grooves 14 for their conclusions, as well as groove 16 for a mechanical key, which is designed to turn on small-sized sources power supply only during the rotation of the column. Instead of plastic, metal can also be used for the second part of the casing, but then in order to prevent short circuits, small-sized power supplies should be installed in the casing. The fastening between the parts of the housing is threaded, and holes 16 serve for their locking with screws.

Источники питания в данном случае подсоединены последовательно в ряд, но ряды между собой параллельно и соответственные выводы 17 и 18 через механический ключ проложены к контактам 19 и 20. Сюда же подводятся выводы 21 и 22 электромагнитов при помощи контактов 23 и 24. Для замыкания контактов 19 и 23, 20 и 24 используют пружные пластины. The power sources in this case are connected in series in a row, but the rows are connected in parallel with each other and the corresponding conclusions 17 and 18 through the mechanical key are routed to contacts 19 and 20. The leads 21 and 22 of the electromagnets are connected to this using contacts 23 and 24. To close the contacts 19 and 23, 20 and 24 use spring plates.

Электромагниты состоят из каркаса 25 или 26, форма которого может быть различна, изготовленного из материала с большой магнитной проницаемостью μ (для данного случая μ 2000), что обеспечивает получение магнитного поля большей напряженности Н, и намотанных на нем виток к витку нескольких шаров медной проволоки 27. The electromagnets consist of a frame 25 or 26, the shape of which can be different, made of a material with a high magnetic permeability μ (for this case μ 2000), which provides a magnetic field with a higher intensity H, and several balls of copper wire wound around it 27.

Входы и выходы электромагнитов с источниками постоянного тока подсоединены так, чтобы на диаметрально противоположных сторонах корпуса были разные полюса магнитного поля, а по длине ротора одинаковые, то есть если вход первого ряда электромагнитов, которые соединены параллельно, соединен с плюсом источника питания, то вход диаметрально противоположного ряда соединен с минусом источника. Для включения источников питания только в процессе вращения бурильной колонны служат датчики частоты или механические ключи. Ключ состоит из размещенных в закрываемой емкости 28 контактов 29, 30, пружины 31 с грузом 32, которые имеют возможность свободно перемещаться по стержню 33. The inputs and outputs of the electromagnets with DC sources are connected so that there are different poles of the magnetic field on the diametrically opposite sides of the case, and the same along the rotor, that is, if the input of the first row of electromagnets that are connected in parallel is connected to the plus of the power source, then the input is diametrically the opposite row is connected to the minus of the source. To turn on power sources only during rotation of the drill string, frequency sensors or mechanical keys are used. The key consists of contacts 29, 30, springs 31 placed in a lockable container 28, with a load 32, which are able to freely move along the rod 33.

Отсутствие постоянных магнитов дает возможность увеличить толщину h корпуса предлагаемого генератора по сравнению с толщиной прототипа, а это, в свою очередь, дает возможность увеличить количество витков в электромагните, т.е. увеличить в конечном итоге мощность генератора. The absence of permanent magnets makes it possible to increase the thickness h of the housing of the proposed generator compared with the thickness of the prototype, and this, in turn, makes it possible to increase the number of turns in an electromagnet, i.e. ultimately increase the generator power.

С целью предотвращения воздействия коррозионной среды электромагниты, малогабаритные источники питания, механический ключ и все выводы на корпусе заливают эпоксидной смолой. In order to prevent exposure to a corrosive environment, electromagnets, small-sized power supplies, a mechanical key, and all leads on the case are filled with epoxy.

Конструкция статора предлагаемого генератора практически не отличается от конструкции якоря прототипа. The stator design of the proposed generator practically does not differ from the design of the prototype anchor.

Соединение между корпусом 1 генератора и гибкой муфтой 34, насаженной на вал 35 гидротурбины, производится при помощи винтов, для чего предусмотрены отверстия 36. Вращая гидротурбину, циркулирующий поток промывочной жидкости вращает ротор генератора. Возникшая при этом центробежная сила изменяет длину пружины 31, замыкает этим самым контакты 29 и 30, включая источники питания, а возникшее поле во вращающихся катушках электромагнитов индуцирует возникновение переменного тока в обмотках статора, который при помощи выводов 37 с коллектора подается к скважинным приборам контроля или управления процессом бурения. The connection between the generator housing 1 and the flexible coupling 34, mounted on the shaft 35 of the turbine, is made using screws, for which holes 36 are provided. Rotating the turbine, the circulating flow of washing fluid rotates the rotor of the generator. The resulting centrifugal force changes the length of the spring 31, thereby closing the contacts 29 and 30, including the power sources, and the resulting field in the rotating coils of the electromagnets induces the appearance of alternating current in the stator windings, which, using the terminals 37 from the collector, is supplied to the downhole monitoring devices or drilling process control.

Существенное отличие предлагаемой конструкции генератора повышенной мощности переменного тока для питания скважинной аппаратуры в процессе бурения скважин малого диаметра заключается в том, что с целью увеличения мощности без увеличения внешнего диаметра ротор снабжен электромагнитами, малогабаритными источника тока питания электромагнитов и механическим ключом и выполнен в виде корпуса, состоящего из двух разъемных частей, в одной из которых рядами размещены электромагниты, а во второй также рядами малогабаритные источника тока питания, причем малогабаритные источника тока питания изолированы от воздействия коррозионной среды и соединены между собой параллельно, а их выводы и соответствующим им выводы электромагнитов соединены между собой через контакты механического ключа. A significant difference in the proposed design of a generator of increased alternating current power for feeding downhole equipment during the drilling of small diameter wells is that in order to increase power without increasing the external diameter, the rotor is equipped with electromagnets, a small-sized electromagnet power source and a mechanical key, and is made in the form of a housing, consisting of two detachable parts, in one of which electromagnets are placed in rows, and in the second also small-sized current sources electricity, and a small-sized power supply source is isolated from the influence of a corrosive medium and interconnected in parallel, and their conclusions and the corresponding conclusions of electromagnets are interconnected through the contacts of a mechanical key.

В такой конструкции генератора без увеличения размеров внешнего диаметра напряженность магнитного поля, обуславливающего возникновение ЭДС индукции, в несколько раз больше, а следовательно, и больше мощность, чем в прототипе (в данном случае более чем в 5 раз). In this design of the generator, without increasing the size of the outer diameter, the magnetic field strength causing the appearance of induction EMF is several times greater, and therefore, more power than in the prototype (in this case, more than 5 times).

Действительно, методика расчета магнитных полей полосовых постоянных магнитов по Скотту и номограммы согласно этой методике показывают, что к генеpаторам переменного тока, имеющим малый диаметр, применительны полосовые магниты с максимальной магнитной индукцией в несколько десятков милитесла. Но, согласно закону Био-Савара-Лапласа, электромагниты для этих же целей при силе тока 0,012 А могут образовывать магнитные поля индукцией на порядок выше 0,5 Тл. Этим и объясняется целесообразность использования предлагаемой конструкции генератора. Indeed, the method of calculating the magnetic fields of strip permanent magnets according to Scott and nomograms according to this method show that strip magnets with a maximum magnetic induction of several tens of millites are applied to alternating current generators with a small diameter. But, according to the law of Bio-Savard-Laplace, electromagnets for the same purpose with a current strength of 0.012 A can form magnetic fields by induction an order of magnitude higher than 0.5 T. This explains the feasibility of using the proposed generator design.

Технико-экономическая эффективность использования предлагаемой конструкции генератора заключается в простоте изготовления, использовании стандартных малогабаритных источников питания. Technical and economic efficiency of using the proposed generator design lies in the simplicity of manufacture, the use of standard small-sized power sources.

Применение этой несложной в изготовлении предлагаемой конструкции позволит повысить и расширить диапазон как качества контроля, так и качества управления процессом бурения за счет возможности применения более мощных приборов. The use of this proposed design, which is simple in manufacturing, will allow us to increase and expand the range of both the quality of control and the quality of drilling process control due to the possibility of using more powerful devices.

Claims (1)

Генератор переменного тока для питания автономной скважинной аппаратуры в процессе колонкового бурения скважин малого диаметра, включающий закрепленный на приводном валу ротор, статор неподвижности и коллектор, отличающийся тем, что ротор снабжен электромагнитами, малогабаритными источниками тока питания электромагнитов и механическим ключом и выполнен в виде корпуса, состоящего из двух разъемных частей, в одной из которых рядами размещены электромагниты, а в другой также рядами малогабаритные источники тока питания и механический ключ, причем малогабаритные источники тока питания изолированы от воздействия коррозионной среды и соединены последовательно в ряду, ряды источников питания тока соединены между собой параллельно, а их выводы и соответствующие им выводы электромагнитов соединены между собой через контакты механического ключа. An alternating current generator for supplying autonomous borehole equipment during core drilling of small diameter wells, including a rotor fixed to the drive shaft, a stator and a collector, characterized in that the rotor is equipped with electromagnets, small-sized sources of electromagnet power supply and a mechanical key and is made in the form of a housing, consisting of two detachable parts, in one of which electromagnets are placed in rows, and in the other also small-sized power sources and mechanical spanner, and compact power sources are isolated from current exposure to the corrosive environment and connected in series in a row, rows of AC power sources connected in parallel, and their findings and conclusions corresponding electromagnets are interconnected through the contacts of the mechanical key.
SU5028009 1992-02-21 1992-02-21 Generator of ac current to supply self-contained well instrumentation in the process of core drilling a well of small diameter RU2060383C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5028009 RU2060383C1 (en) 1992-02-21 1992-02-21 Generator of ac current to supply self-contained well instrumentation in the process of core drilling a well of small diameter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5028009 RU2060383C1 (en) 1992-02-21 1992-02-21 Generator of ac current to supply self-contained well instrumentation in the process of core drilling a well of small diameter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2060383C1 true RU2060383C1 (en) 1996-05-20

Family

ID=21597236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5028009 RU2060383C1 (en) 1992-02-21 1992-02-21 Generator of ac current to supply self-contained well instrumentation in the process of core drilling a well of small diameter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2060383C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472278C1 (en) * 2011-07-04 2013-01-10 Артур Маратович Галимов Power generator of well beam unit
RU2520610C2 (en) * 2012-06-18 2014-06-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Axial inductor electric machine with electromagnet excitation
RU2580885C2 (en) * 2011-07-28 2016-04-10 3М Инновейтив Пропертиз Компани Atomiser head assembly with built-in cover of pneumatic cylinder/nozzle for fluid spraying
RU173338U1 (en) * 2017-04-20 2017-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" Alternator in inductor
US9751100B2 (en) 2011-02-09 2017-09-05 3M Innovative Properties Company Nozzle tips and spray head assemblies for liquid spray guns
US9802211B2 (en) 2011-10-12 2017-10-31 3M Innovative Properties Company Spray head assemblies for liquid spray guns
US9802213B2 (en) 2012-03-06 2017-10-31 3M Innovative Properties Company Spray gun having internal boost passageway
US10071388B2 (en) 2009-01-26 2018-09-11 3M Innovative Properties Company Liquid spray gun, spray gun platform, and spray head assembly

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Молчанов А.А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М.: Недра, 1983, с.85-89. 2. Авторское свидетельство СССР N 1006738, кл. E 21B 47/022, 1983. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10071388B2 (en) 2009-01-26 2018-09-11 3M Innovative Properties Company Liquid spray gun, spray gun platform, and spray head assembly
US9751100B2 (en) 2011-02-09 2017-09-05 3M Innovative Properties Company Nozzle tips and spray head assemblies for liquid spray guns
RU2472278C1 (en) * 2011-07-04 2013-01-10 Артур Маратович Галимов Power generator of well beam unit
RU2580885C2 (en) * 2011-07-28 2016-04-10 3М Инновейтив Пропертиз Компани Atomiser head assembly with built-in cover of pneumatic cylinder/nozzle for fluid spraying
US9358561B2 (en) 2011-07-28 2016-06-07 3M Innovative Properties Company Spray head assembly with integrated air cap/nozzle for a liquid spray gun
US9802211B2 (en) 2011-10-12 2017-10-31 3M Innovative Properties Company Spray head assemblies for liquid spray guns
US9802213B2 (en) 2012-03-06 2017-10-31 3M Innovative Properties Company Spray gun having internal boost passageway
RU2520610C2 (en) * 2012-06-18 2014-06-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Axial inductor electric machine with electromagnet excitation
RU173338U1 (en) * 2017-04-20 2017-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова" Alternator in inductor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI451667B (en) Permanent magnet generator and wind power generator using the same
US6087750A (en) Permanent magnet generator
US20220209642A1 (en) Compact high-efficiency, low-reverse torque electric power generator driven by a high efficiency electric drive motor
CA2444811A1 (en) Downhole torque-generating and generator combination apparatus
RU2060383C1 (en) Generator of ac current to supply self-contained well instrumentation in the process of core drilling a well of small diameter
US7218025B1 (en) Rotational magnetic electrical generating device
KR101324546B1 (en) Time difference generator using balance of both poles
KR101837038B1 (en) Magnet generator and generating method
JP5091425B2 (en) Magnetic power generator
CA2024384A1 (en) Double air gap alternator
KR20060104466A (en) A disk-type generator rotating apparatus with magnets and the method of generating
Pyrhonen et al. High-speed, 8 MW, solid-rotor induction motor for gas compression
KR20100091229A (en) Underwater-driven motor assembly
Davey et al. Rotating cylinder planetary gear motor
KR101023222B1 (en) Sporting apparatus which having a independent electricity generator
RU2255409C2 (en) Induction generator
US9331535B1 (en) Radial flux alternator
WO2005050821A2 (en) Generator with high efficiency
KR100617557B1 (en) A generator using insulation apparatus
KR20160121917A (en) Rotating Armature Type Wind Power Generator with Dual Field Windings
KR100610157B1 (en) Rotary machine serves as generaroe and vibrator
Weldon et al. Compensated pulsed alternator
RU2085010C1 (en) Inductor electrical machine
US20240146162A1 (en) Modular Electrical Generator/Electric Motor Assembly, and Method of Using Same
CN203368277U (en) Magnetic passage type new generator