Передатчик сигнала буровой скважины

ь турбо ески нит рядовной пв радикрыль льц ко атериала,ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(21) 3325249/22-03(72) Энтони Уильям Рассел и МайклКинг Рассел (ОВ)(54)(57) 1. ПЕРЕДАТЧИК СИГНАЛА БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ, для телеметрическойсистемы пульсации бурового раствора,содержащий конфузор, дроссельныйэлемент, узел управления дроссельементом, турбогенер аткой, электрическии раасположенные в кожухе, о т - а ю щ и й с я тем, что, с повьппения надежности работы енератор снабжен расположен- кожухе и связанным с электригенератором вращающимся магсостоящим из чередующихся магнитов с полюсами разноимен лярности, обращенными наружу альном направлении, при этом атка имеет электропроводноевыполненное из электропрого материала, или магнитноевыполненное из магнитного2. Передатчик по и. 1, О т л и ч а ю щ и й с я тем, что электро- проводное кольцо имеет кольцо из электропроводящего материала, окруженное кольцом из ферромагнитного материала, создающего оборотный путь для магнитного потока. 992043, Передатчик по и. 1, о т л ич а ю щ и Й с я тем, что намагничивающееся кольцо представляет собой гистереэисное кольцо.4. Передатчик по п1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что магниты выполнены из самариваево-кобальтового материала.Изобретение относится к устройству для подачи сигналов в буровойскважине при бурении и касаетсяпередатчика сигнала буровой скважины для телеметрической системы пуль.сации бурового раствора.Цель изобретения - повышение надежности работы.На фиг. 1 представлена верхняячасть передатчика, продольноесечение, на фиг. 2 - центральнаячасть передатчика, продольное сечение на фиг. 3 - нижняя часть передатчика, продольное сечение; нафиг. 4 - нижняя часть, продольноесечение Л-Л на фиг. 3,Передатчик содержит канал 1, наверхнем конце которого выполнен круглый конфузор 2, образующий дроссельное отверстие 3 для бурового раствора, проходящего вниз буровой колонны в направлении стрелки 4, Внутриканала 1 находится удлиненный кожух5, несущий на своем верхнем конце,вблизи от дроссельного отверстия 3,дроссельный элемент 6, который можетсмещаться относительно кожуха 5 внаправлении оси канала 1 для изменения проходного поперечного сечениядроссельного отверстия 3. Дроссельный элемент 6 снабжен валом 7, который проходит в кожух 5, причем пространство внутри кожуха 5 заполненомаслом, для того чтобы обеспечитьбаланс гидростатического давления, иуплотнен у верхнего конца посредством диафрагмы 8, проходящей междувнутренней стороной стенки кожуха5 и валом 7. Кожух 5 жестко установлен внутри каналапосредствомтрех верхних опорных перемычек 9 итрех нижних опорных перемычек 10,идущих в радиальном направлении 5 20 25 ЭО 35 40 между кожухом 5 и каналом 1,чтобыобеспечить кольцевой зазор междукожухом 5 и каналом 1 для потокабурового раствора,Кольцеобраэное насосное колесо11, имеющее ряд лопастей 12, распределенных по его периферии и расположенных под углом к потоку бурового раствора, окружает кожух 5 иудерживается на плече 13 кожуха посредством заполненного политетрафтор.этиленом(ТРЩупорного подшипника4, Лопасти 12 установлены на намагничиваемом стальном выступе 15,который окружает медное приводноекольцо 16. Редкоземельный магнитныйузел 17 удерживается кольцеобразным валом 18, обеспечивающим возможность его вращения, установленнымвнутри кожуха 5 посредством подшипников, например 19, и содержит шестьЯщ, Го (самарий-кобальт) магнитов20, распределенных по периферии вала 18, У трех магнитов 20 северныйполюс обращен наружу в радиальномнаправлении, а у других трех магнитов 20, чередующихся с предыдущими тремя магнитами 20, наружу в радиальном направлении обращен южныйполюс. Когда насосное колесо 11 вращается в потоке бурового раствора,вихревые токи будут возбуждатьсяв медном приводном кольце 16 посредством интенсивного магнитного поля,связанного с шестью магнитами 20из Я, Со, при этом намагниива -емый стальной выступ 15 обеспечивает обратный путь для магнитного потока, магнитный узел 17, аспедовательно, и вал 18 будут вынуждены вращаться с насосным колесом 11 посредством взаимодействиямежду магнитным полем, связанным3 1 с магнитами 20 и магнитпьм полем, связанным с вихревыми токами, возбужденными в приводном кольце 16Кольцеобразный вал 18 приводит в движение ротор 21 электрического генератора 22 для подачи энергии к измерительному оборудованию посредством круглой выходной пластины 23, шарнирно установленной внутри вала 18 посредством поворотных пальцев 24 и рычага 25 передачи крутящего момента, прикрепленного к пе. риферии пластины 23 и расположенного так, чтобы входить в зацепление с приводным пальцем 26, прикрепленным к периферии ротора 21. Кроме того, кольцеобразный вал 18 приводит в действие гидравлический насос 27 посредством расположенной под углом пластины 28 и взаимосвязанной пластины 29 упора поршней, снабженной дорожкой 30 качения.Гидравлический насос 27 содержит восемь цилиндров 31, идущих параллельно оси кожуха 5 и отстоящих друг от друга в угловом направле-. нии, и соответствующие поршни 32, взаимосвязанные с каждым цилиндром 31. Нижний конец каждого поршня 32 постоянно смещен в положение зацепления с упорной пластиной 29 посредством соответствующей возвратной пружины 33 поршня, так что вращение пластины 28 с валом 18 заставляет поршни 32 совершать возвратно- поступательное осевое движение внутри цилиндров 31, при этом восемь поршней 32 циклично совершают возвратно-поступательное движение, так что когда одни поршни находятся на вершине своего хода, то диаметрально противоположные поршни будут находиться в нижней части хода и наоборот. Кроме того, насос 27 содержит вращающийся клапанный элемент 34, установленный на подшипниках 35 и предназначенный для синхронного вращения с пластиной 28, с тем чтобы подать производительность каждого цилиндра 31 поочередно к одной из сторон плунжера 36 двойного действия, расположенного внутри цилиндра 37, Плунжер 36 двойного действия подсоединен к валу 7 дроссельного элемента 6 посредством выходного вала, так что дроссельный элемент 6 может быть смещен посредством насоса 27 для изменения,199204 4проходного поперечного сечения дроссельного отверстия 3.Гидравлическое масло, котороезаполняет кожух 5 и которое подается к каждому из цилиндров 31 с одной из сторон плунжера 36 двойногодействия, принудительно подаетсявзаимосвязанным поршнем 32 в соответствующую осевую расточку 38 в корпусе 39 клапана, который окружаетвращающийся клапанный элемент 34при ходе поршня 32 вверх, Каждаяиз осевых расточек 38 пересеченасоответствующей верхней радиальнойрасточкой 40 и соответствующей нижней радиальной расточкой 41, Вращающийся клапанный элемент 34 снабжен верхним периферийным углублением 42, которое выходит у периферииклапанного элемента 34 на дуге приблизительно в 180 , и которое такжеовыходит у вершины клапанного элемента 34 в нижнюю часть 43 цилиндра 37 под плунжером 36 и нижнимпериферийным углублением 44,которо 6выходит у периферии клапанного элемента 34 на дуге приблизительноов 180 на противоположной сторонеклапанного элемента 34 относительЗОно верхнего периферийного углубления 42, и которое в своей верхнейзоне также выходит в центральноекольцевое углубление 45, образованное в клапанном элементе 34. Центральное кольцевое углубление 45 35 постоянно удерживается гидравлически сообщенным с кольцевым каналом46, окружающим цилиндр 37, и корпу"сом 39 клапана посредством радиальных каналов не показаны) идущих40Фчерез корпус 39 клапана. Кольцевойканал 46 сам по себе гидравлическисообщен с верхней частью 47 цилиндра 37 над плунжером 36.Имеется две возможных фазы Вращен ия вращающегося элемента 34 относительно вращения пластины 28, а именно первая фаза вращения, при которой верхнее периферийное углубление42 сообщается с верхними радиаль 50 ными расточками 40 при ходе связанных поршней 32 вверх, а нижнее периферийное углубление 44 сообщаетсяс нижними радиальными расточками41 при ходе связанных поршней 3255вниз, и вторая фаза вращения, прикоторой верхнее периферийное углубление 42 сообщается с верхними радиальными расточками 40 при ходе5 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 связанных поршней 32 вниз, а нижнеепериферийное углубление 44 сообщается с. нижними радиальными расточками 41 при ходе связанных поршней32 вверх. Таким образом, в течение первой фазы вращения клапанного элемента 34 вход насоса 27 будет соединен с верхней частью 47цилиндра 37, а выход насоса 27будет соединен с нижней частью цилиндра 37, так что плунжер 36,а следовательно, и дроссельный элемент 6 будут смещаться вверх. Наоборот, в течение второй фазы вращения клапанного элемента 34 вход насоса 27 будет соединен с нижней частью цилиндра 37, а выход насоса 27будет соединен с верхней частью 47до цилиндра 37, так что плунжер36 и дроссельный элемент 6 будутсмещаться вниз,Вращающийся клапанный элемент34 соединен с воспринимающим крутящий момент исполнительным устройством, содержащим круглую приводную пластину 48, расположенную противоположно выходной пластине 23,посредством приводного вала 49, установленного с обеспечением возможности вращения внутри кольцеобразного вала 18, посредством подшипников 50. Приводная пластина 48 на периферии снабжена дополнительнымприводным пальцем 51, который зацепляется первым выходным пальцем52 в первом положении вращения напериферии выходной пластины 23 длятого, чтобы вызвать приведение вдвижение клапанного элемента 34посредством вала 18 во второй фазевращения. Работающая на растяжениепружина 53 смещает выходную пластину 23 в первое угловое положение.Для относительно низких электрических нагрузок,приложенйых к выходу генератора 22, выходная пластина 23будет приводить в движение и приводную пластину 48 в первой фазевращения посредством первого выходного пальца 52, а также будетприводить в движение ротор 21 генератора 22 посредством рычага 25 передачи крутящего момента. Однако если нагрузка на генератор увеличивается до точки, где крутящий момент, требуемый для приведения вдвижение ротора 21 достаточен дляпреодоления смещения пружины 53,рычаг 25 передачи крутящего моментабудет вынужден наклонить выходнуюпластину 23 в ее второе угловоеположение противоположно действиюпружины 53. Это заставит первый выходной палец 52 выйти иэ зацепления с приводным пальцем 51 приводной пластины 48, а второй выходнойпалец 54 войти в зацепление с приводным пальцем 51 после того, каквыходная пластина 23 повернется на180 относительно приводной пластины 48. Это заставит привести вдвижение приводную пластину 48 вовторой Фазе вращения посредствомвторого выходного пальца 54, и по-.дача рабочей жидкости от насоса 27к плунжеру 36 двойного действиябудет обратной. Безусловно если нагрузка генератора последовательноуменьшается в достаточной степени,пружина 53 наклонит выходную пластину 23, обратно в ее первое угловоеположение и приводная пластина 48снова будет приведена в движение впервой фазе вращения. Поэтому можно оценить, что если данные замера измерительным оборудованием таковы, чтобы приемлемым образом изменять электрическую нагрузку генератора 22, фаза вращения вращающегося клапанного элемента 34, а следовательно, направление смещения плунжера 36 двойного действия будут изменяться выходным сигналом измерительного оборудования, Это, в свою очередь, заставит дроссельный элемент 6 смещаться относительно дроссельного отверстия 3 для моду. ляции давления потока бурового раствора вверх от дроссельного отверстия 3 и создаст ряд пульсаций давления, соответствующих данным замера, которые будут перемещаться вверх в потоке бурового раствора и могут быть восприняты на поверхности преобразователем давления вблизи от выхода насоса, создающего поток бурового раствора, Следовательно это устройство позволяет данным в цифровой форме передаваться на поверхность,