УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ЗАБОЙНОЙ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
POWER SUPPLY UNIT OF BOTTOMHOLE TELEMETRIC SYSTEM

Изобретение относится к области бурения и может быть использовано для питания навигационных и геофизических устройств, применяемых в процессе бурения.
Известен электрогенератор забойной телеметрической системы (RU 2265720, опубл. 10.12.2005), содержащий статор, внешний ротор с не менее чем двумя турбинами на нем, каждая из которых содержит наклонные лопатки, при этом лопатки всех турбин выполнены с разными углами подъема, причем у каждой последующей турбины угол подъема лопаток меньше, чем у предыдущей.
Однако известное устройство обладает низкой надежностью из-за возможности попадания в крыльчатку электрогенератора твердых частиц, содержащихся в буровом растворе, что может заблокировать вращение указанной крыльчатки или приведет к ее поломке.
Известен генератор-мультипликатор для питания забойной телеметрической системы (RU 2215139, опубл. 27.10.2003), содержащий установленные внутри вставки в колонну бурильных труб, генератор, кинематически соединенный с мультипликатором, который через муфту соединен со шпинделем забойного двигателя, при этом мультипликатор выполнен в виде планетарного редуктора, имеющего находящиеся в сцеплении фрикционные диски, и снабжен быстроходным и тихоходным валами, кроме того, генератор содержит статор с обмотками и ротор с магнитами, при этом ротор генератора кинематически соединен с быстроходным валом мультипликатора, тихоходный вал которого соединен со шпинделем забойного двигателя, в качестве которого используется турбобур или винтовой забойный двигатель, а в корпусе планетарного редуктора выполнены окна для прохождения бурового раствора, использующегося в качестве смазочной жидкости.
Однако известный генератор-мультипликатор отличается сложностью конструкции из-за использования мультипликатора как элемента, содержащего много движущих и трущихся частей. Кроме того, через кинематическую муфту на мультипликатор и электрогенератор воздействуют высокие вибрации и удары со стороны вала бурового двигателя, что может привести к поломке первых. Поломка мультипликатора или электрогенератора может привести к заклиниванию бурового двигателя, поскольку вал бурового двигателя жестко и кинематическим образом связан с валом электрогенератора, что сделает невозможным продолжение бурения по причине недостатков конструкции прототипа.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности устройства питания забойной телеметрической системы и упрощение его конструкции.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что устройство питания забойной телеметрической системы содержит электрогенератор, забойный двигатель вращательного типа, установленный с возможностью передачи вращательного движения ротору электрогенератора, при этом в качестве электрогенератора используют низкоскоростной синхронный электрогенератор, ротор которого через вал посредством магнитной муфты кинематически соединен с валом забойного двигателя, вместе с тем магнитная муфта выполнена в герметичном корпусе заодно с низкоскоростным синхронным электрогенератором. Низкоскоростной синхронный электрогенератор работает на частоте вращения вала забойного двигателя. При этом электрогенератор дополнительно выполняет функции датчика оборотов забойного двигателя. В качестве забойного двигателя вращательного типа используют турбобур или винтовой забойный двигатель.
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.
Устройство питания забойной телеметрической системы (фиг.) содержит вал 1 турбинного или винтового забойного двигателя, муфту 2, пальцы 3, гибкий вал 4, муфту 5, переходник 6, чулок 7, магнитную муфту 8, вал 9 низкоскоростного синхронного электрогенератора 17, ротор 10 низкоскоростного синхронного электрогенератора 17, статор 11 низкоскоростного синхронного электрогенератора 17, кабель 12, гайку 13, защитный кожух кабеля 14, разъем 15, ступицу 16, низкоскоростной синхронный электрогенератор 17.
Ротор 10 низкоскоростного синхронного электрогенератора 17 соединен через вал 9 электрогенератора 17 при помощи магнитной муфты 8 с валом 1 забойного двигателя непосредственно или через промежуточные элементы. В верхней части электрогенератора 17 выполнены стыковочный узел и электрический разъем 15 для соединения с забойной телеметрической системой (на чертеже не показана).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При бурении после подачи давления в скважину с поверхности по буровой трубе на забойный двигатель поступает буровой раствор. Поток бурового раствора создает крутящий момент на валу 1 забойного двигателя. Крутящий момент от вала 1 забойного двигателя в нижней его части через редукторы поступает на буры, за счет чего и происходит крошение породы и осуществляется процесс бурения. Одновременно за счет подключения к верхней части вала 1 забойного двигателя через соединительную магнитную муфту 8 он передает крутящий момент на вал 9 низкоскоростного синхронного электрогенератора 17, энергия от вращающегося вала передается непосредственно на ротор 10 электрогенератора 17, который вырабатывает электроэнергию для питания телеметрической системы. Таким образом, за счет замены стандартного электрогенератора на низкоскоростной синхронный электрогенератор 17 предлагаемое устройство обеспечивает генерацию эдс без использования мультипликатора, как это реализовано в известных устройствах. Низкоскоростной синхронный электрогенератор 17 работает на частоте вращения вала 1 забойного двигателя. Применение магнитной муфты 8 обеспечивает защиту конструкции низкоскоростного синхронного электрогенератора 17 от воздействия вибраций и ударов со стороны забойного двигателя и также от воздействия бурового раствора, а также магнитная муфта 8 защищает забойный двигатель от заклинивания, так как в случае поломки низкоскоростного синхронного электрогенератора 17 или его частей, при которых электрогенератор 17 заклинит, магнитная муфта 8 будет проскальзывать. В этом случае забойный двигатель продолжит свое вращение и бурение продолжится. Предлагаемое устройство обеспечивает:
- повышение надежности электрогенератора за счет исключения из конструкции мультипликатора;
- повышение надежности электрогенератора за счет замены жесткой или эластичной муфты на магнитную, обеспечивающую защиту электрогенератора от воздействия ударов и вибрации, возникающих на валу забойного двигателя;
- повышение надежности устройства за счет введения магнитной муфты, предотвращающей заклинивание забойного двигателя;
- герметичность конструкции.
Таким образом, предлагаемым техническим решением достигается упрощение конструкции и повышение надежности устройства питания забойной телеметрической системы за счет удаления из конструкции движущихся и трущихся частей и защиты его от воздействия вибраций и ударов.