RU2232887C1

RU2232887C1 - Turbogenerator for equipment for well examination during drilling

Info

Publication number: RU2232887C1
Application number: RU2003105408/03A
Authority: RU
Inventors: В.П. Чупров (RU); В.П. Чупров; А.А. Бикинеев (RU); А.А. Бикинеев; Н.З. Абакумова (RU); Н.З. Абакумова; Ю.С. Мишин (RU); Ю.С. Мишин
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-07-20

Abstract

FIELD: drilling technology.

SUBSTANCE: device is mounted in drilling pipe mated through sub to another drilling pipe provided with filter for washing liquid. Turbogenerator has body with apertures for flow of liquid through hydraulic turbine, support assembly for hydraulic turbine shaft and electromechanical generator as well as washing liquid loss regulator, which liquid passes through hydraulic turbine, and including a saddle with apertures outside the turbogenerator. Apertures of saddle of washing liquid loss regulator are equipped with choke inserts and are provided with watertight plugs in number necessary for covering all apertures. Value of diameter of saddle apertures is greater than value of diameter of filter apertures in drilling pipe. Choke inserts are made of extrahard material.

EFFECT: higher reliability of device operation.

2 cl, 3 dwg

Description

Предложение относится к области промысловой геофизики и предназначено для исследования скважин в процессе бурения, в частности, для питания электрической схемы скважинного прибора.The proposal relates to the field of field geophysics and is intended to study wells during drilling, in particular, to power the electrical circuit of a downhole tool.

Известен турбогенератор, содержащий гидротурбину, электромашинный генератор, находящийся в маслонаполненном защитном корпусе, опоры и скользящее уплотнение вала турбины, выполненное из двух манжет, установленных кромками друг к другу и разделенных распорной втулкой, обратный клапан, установленный между манжетами. Для создания избыточного давления при заправке масла в корпусе установлен впускной клапан и компенсатор давления (а. с. СССР №321617, приоритет 29.06.1970, МКИ Е 21 В 47/00).A known turbogenerator containing a hydraulic turbine, an electric machine generator located in an oil-filled protective housing, bearings and a sliding seal of the turbine shaft, made of two cuffs, installed by edges to each other and separated by a spacer sleeve, a check valve installed between the cuffs. To create excess pressure when refueling the oil, an inlet valve and a pressure compensator are installed in the casing (a.s. USSR No. 321617, priority 29.06.1970, MKI E 21 V 47/00).

В данной конструкции несколько увеличивается ресурс работы генератора, однако недостатки, связанные с чрезмерным износом гидротурбины, невозможностью сохранения электрических характеристик генератора независимо от расхода бурового раствора, остаются.In this design, the operating life of the generator is slightly increased, however, the disadvantages associated with excessive wear of the turbine, the inability to maintain the electrical characteristics of the generator, regardless of the flow rate of the drilling fluid, remain.

Известен также турбогенератор для аппаратуры каротажа в процессе бурения (Разработка методики и аппаратуры каротажа в процессе бурения для системы АГИС: Отчет/ ВНИИГИС: руководитель Рапин В.А. - Октябрьский, 1979 - ГР 77013464, С. 74-76). Турбогенератор содержит гидротурбину с подшипниковым узлом, электромашинный генератор, находящиеся в маслонаполненном корпусе, уплотнительные элементы, поршневой компенсатор давления, через который скважинное давление передается внутрь генератора. Температурное расширение масла и изменение давления внутри корпуса генератора в процессе спускоподъемных операций компенсируется подпружиненным поршнем.Also known is a turbogenerator for logging equipment during drilling (Development of a logging technique and equipment for drilling for the AGIS system: Report / VNIIGIS: supervisor Rapin V.A. - Oktyabrsky, 1979 - GR 77013464, P. 74-76). The turbogenerator contains a hydraulic turbine with a bearing assembly, an electric machine generator located in an oil-filled housing, sealing elements, a piston pressure compensator through which the borehole pressure is transmitted inside the generator. The thermal expansion of the oil and the change in pressure inside the generator housing during tripping operations are compensated by a spring-loaded piston.

Турбогенератор имеет те же недостатки, которые связаны с невозможностью регулирования потока бурового раствора, проходящего через турбинный узел генератора.The turbogenerator has the same disadvantages that are associated with the inability to control the flow of drilling fluid passing through the turbine assembly of the generator.

Наиболее близким по технической сущности является турбогенератор аппаратуры для исследования скважин в процессе бурения (патент РФ №2109940, приоритет 27.04.1998, МКИ Е 21 В 47/00).The closest in technical essence is a turbogenerator of equipment for researching wells while drilling (RF patent No. 2109940, priority 04/27/1998, MKI E 21 B 47/00).

Турбогенератор содержит корпус с отверстиями для прохода промывочной жидкости через турбогенератор, гидротурбину, узел ее опоры, электромашинный генератор. Над турбогенератором в специальном переводнике установлен регулятор расхода промывочной жидкости (бурового раствора), проходящей через гидротурбину, который выполнен в виде седла с отверстиями для прохода жидкости вне турбогенератора, перекрытыми подпружиненным клапаном.The turbogenerator comprises a housing with holes for passage of the washing liquid through the turbogenerator, a hydraulic turbine, a node of its support, and an electric machine generator. Above the turbogenerator, in a special sub, a regulator of the flow rate of flushing fluid (drilling mud) passing through the hydraulic turbine is installed, which is made in the form of a saddle with holes for the passage of fluid outside the turbogenerator, covered by a spring-loaded valve.

Такое выполнение регулятора расхода промывочной жидкости позволяет при возникновении перепада давления в гидротурбине разделять поток жидкости путем перемещения подпружиненного клапана, и таким образом, на гидротурбине устанавливается постоянный перепад давления. В процессе закрытия и открытия отверстий седла, поток абразивной промывочной жидкости воздействует на края этих отверстий, кромки которых изнашиваются, в результате чего клапан не плотно прилегает к седлу, тем самым нарушается герметичность клапана, что приводит к отказу телесистемы. Кроме того, находящиеся в промывочной жидкости посторонние частицы (кусочки резины, металлическая стружка, волокнистые структуры и т.д.) засоряют и перекрывают отверстия фильтра гидротурбины. Практически это приводит к тому, что весь поток жидкости проходит мимо гидротурбины, через клапан, и турбогенератор перестает выполнять свои функции.This embodiment of the flow rate regulator of the flushing liquid allows, when a pressure drop occurs in the turbine, to separate the fluid flow by moving the spring-loaded valve, and thus, a constant pressure drop is established on the turbine. In the process of closing and opening the holes of the seat, the flow of abrasive flushing fluid acts on the edges of these holes, the edges of which wear out, as a result of which the valve does not fit snugly on the seat, thereby damaging the valve's tightness, which leads to a failure of the television system. In addition, foreign particles (pieces of rubber, metal shavings, fibrous structures, etc.) in the wash liquid clog and block the openings of the turbine filter. In practice, this leads to the fact that the entire fluid flow passes by the turbine, through the valve, and the turbogenerator ceases to fulfill its functions.

Предлагаемая конструкция решает задачу надежности перекрытия отверстий седла регулятора расхода, а также исключает засорение рабочих отверстий фильтра регулятора, что в конечном итоге повышает эксплуатационную надежность работы турбогенератора.The proposed design solves the problem of reliable overlap of the holes of the saddle of the flow controller, and also eliminates the clogging of the working holes of the filter of the controller, which ultimately increases the operational reliability of the turbogenerator.

Поставленная задача решается тем, что в турбогенераторе, установленном в буровой трубе, сопрягаемой через переводник с другой буровой трубой, снабженной фильтром для промывочной жидкости, и содержащем корпус с отверстиями для прохода жидкости через гидротурбину, узел опоры вала гидротурбины и электромашинный генератор, а также установленный в переводнике над турбогенератором регулятор расхода промывочной жидкости, проходящей через гидротурбину, и включающий седло с отверстиями вне турбогенератора, отверстия седла регулятора расхода снабжены дросселирующими вставками и обеспечены герметизирующими пробками в количестве, необходимом для перекрытия всех отверстий, причем величина диаметра отверстия превышает величину диаметра отверстия фильтра. Дросселирующие вставки выполнены из сверхтвердого материала.The problem is solved in that in a turbogenerator installed in the drill pipe, mated through an adapter with another drill pipe, equipped with a filter for flushing fluid, and containing a housing with holes for the passage of fluid through the turbine, a node for the shaft support of the turbine and an electric machine generator, as well as installed in the sub above the turbogenerator, the flow rate regulator of the flushing fluid passing through the turbine, and including a saddle with holes outside the turbogenerator, the holes of the saddle of the flow regulator equipped with throttling inserts and provided with sealing plugs in the amount necessary to overlap all openings, and the diameter of the hole exceeds the diameter of the filter hole. Throttling inserts are made of superhard material.

На фиг.1 представлено седло клапана с дроссельными вставками в сборе с турбогенератором, установленным в буровой трубе с фильтром, гидротурбиной и фильтром промывочной жидкости в переходнике.Figure 1 shows the valve seat with throttle inserts assembly with a turbogenerator installed in the drill pipe with a filter, a turbine and a filter of flushing fluid in the adapter.

На фиг.2, 3 представлено седло клапана с отверстиями и с установленной герметизирующей пробкой.Figure 2, 3 presents the valve seat with holes and with installed sealing plug.

Турбогенератор установлен в буровой трубе 1, сопрягаемой через переводник 2 с другой буровой трубой 3, снабженной фильтром 4 для промывочной жидкости, содержит узел регулирования расхода промывочной жидкости - I и состоит из узла гидротурбины II, узла опоры вала гидротурбины III, узла бесконтактной передачи вращения IV и электромашинного генератора V.The turbogenerator is installed in the drill pipe 1, which is mated through an adapter 2 with another drill pipe 3, equipped with a filter 4 for flushing fluid, contains a control unit for the flow of flushing fluid - I and consists of a turbine II assembly, a turbine III shaft support unit, a rotary IV non-contact transmission transmission unit and electric machine generator V.

Узел регулирования расхода, установленный в переводнике включает отверстие “А” в фильтре 5 для прохода промывочной жидкости через гидротурбину II, седло 6. В отверстиях “В” седла 6 размещены дросселирующие вставки (могут быть переменного сечения, например в виде сопел) из сверхтвердого материала, причем величина диаметра отверстий седла больше величины диаметра отверстий фильтра 4. Регулятор расхода обеспечивается герметизирующими пробками 7 в количестве, необходимом для перекрытия всех отверстий седла.The flow control unit installed in the sub includes a hole “A” in the filter 5 for passage of flushing fluid through the turbine II, seat 6. Throttle inserts (can be of variable cross-section, for example in the form of nozzles) made of superhard material are placed in holes “B” of the seat 6 moreover, the diameter of the holes of the saddle is greater than the diameter of the holes of the filter 4. The flow controller is provided with sealing plugs 7 in the amount necessary to overlap all the holes of the saddle.

Устройство работает следующим образом. Перед спуском турбогенератора в скважину на устье определяется производительность бурового насоса, определяется вязкость промывочной жидкости и, в зависимости от этих параметров, рассчитывается расход промывочной жидкости, необходимый для работы гидротурбины.The device operates as follows. Before the turbine generator is lowered into the well at the wellhead, the performance of the mud pump is determined, the viscosity of the flushing fluid is determined, and, depending on these parameters, the flow rate of flushing fluid necessary for the operation of the turbine is calculated.

Регулирование необходимого расхода жидкости, проходящей через гидротурбину, осуществляют перекрытием герметизирующими пробками отверстий седла клапана, оставляя их открытыми от нуля до нескольких штук.The necessary flow rate of liquid passing through the hydraulic turbine is controlled by closing the valve seat openings with sealing plugs, leaving them open from zero to several pieces.

При этом отверстия, имеющие дроссельную форму (переменного сечения) свободно пропускают все посторонние включения промывочной жидкости, и фильтр гидротурбины не засоряется.At the same time, openings having a throttle shape (of variable cross-section) freely pass all foreign inclusions of the flushing liquid, and the hydraulic turbine filter does not clog.

Claims

1. The turbogenerator of equipment for researching wells during drilling, installed in the drill pipe, mated through an adapter with another drill pipe, equipped with a filter for flushing fluid, and containing a housing with holes for the passage of fluid through the hydraulic turbine, a node for supporting the shaft of the hydraulic turbine and an electric machine generator, and also a flow rate regulator of the washing fluid passing through the turbine, including a saddle with holes outside the turbogenerator, characterized in that the holes of the saddle of the flow regulator are equipped with a core selnymi inserts and sealing plugs are provided in an amount necessary for covering all openings, the magnitude of the saddle apertures diameter exceeds the diameter of the filter openings in the drill pipe.

2. The turbogenerator according to claim 1, characterized in that the throttle inserts are made of superhard material.