генератор для питания автономной скважинной аппаратуры

Формула изобретения

Генератор для питания автономной скважинной аппаратуры, включающий компенсатор давления и температурного расширения масла и уплотнительное устройство приводного вала, содержащее два торцовых уплотнения, отличающийся тем, что он снабжен клапаном, установленным в осевом отверстии приводного вала и перекрывающим канал, соединяющий полость между торцовыми уплотнениями с маслозаполненной внутренней полостью генератора, при этом клапан имеет канал, позволяющий соединять маслозаполненную внутреннюю полость генератора и полость между торцовыми уплотнениями с устройством для заправки маслом или измерительным прибором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области промысловой геофизики и предназначено для снабжения электроэнергией автономной скважинной аппаратуры путем преобразования энергии потока промывочной жидкости в электрическую энергию.

Известен генератор переменного тока с маслозаполненной внутренней полостью, содержащий масляный резиновый компенсатор и уплотнительное устройство приводного вала, включающее торцовое уплотнение (авторское свидетельство СССР №1006738, МКИ Е21В 47/022, опубл. 1983 г.).

Недостатком известного генератора является большая вероятность выхода его из строя при работе в скважине в результате потери герметичности торцового уплотнения, которое имеет невысокий срок службы при работе в жестких условиях вибрации, температуры и абразивного износа. Вероятность выхода генератора из строя составляет Р 0,1 (численные параметры здесь и далее - условные, но основаны на практическом опыте).

Известен также генератор для питания автономной скважинной аппаратуры, содержащий компенсатор давления и температурного расширения масла и уплотнительное устройство приводного вала, включающее два торцовых уплотнения (патент на полезную модель №35125, МКИ Е21В 47/022, опубл. 2003 г.). Первое торцовое уплотнение расположено на входе в генератор и защищает подшипниковый узел, а второе торцовое уплотнение расположено перед электрической частью генератора.

Недостатком известного генератора также является большая вероятность выхода его из строя при работе в скважине. При потере герметичности первого торцового уплотнения буровой раствор попадет в подшипниковый узел и выведет генератор из строя, даже если второе торцовое уплотнение исправно и электрическая часть генератора не пострадает. Вероятность выхода из строя торцового уплотнения, расположенного на входе в генератор, также как и в первом случае, составляет Р 0,1.

Кроме того, герметичность торцовых уплотнений, особенно второго, не может быть оценена известными доступными в условиях буровой методами (соединение полости между торцовыми уплотнениями с одной из камер компенсатора не позволяет использовать метод обнаружения утечки по падению давления в полости). Поэтому в работу может быть отправлен генератор, у которого неисправно одно из торцовых уплотнений приводного вала.

Целью изобретения является повышение надежности работы генератора.

Поставленная цель достигается тем, что генератор для питания автономной скважинной аппаратуры, включающий компенсатор давления и температурного расширения масла и уплотнительное устройство приводного вала, содержащее два торцовых уплотнения, снабжен клапаном, установленным в осевом отверстии приводного вала и перекрывающим канал, соединяющий полость между торцовыми уплотнениями с маслозаполненной внутренней полостью генератора, при этом клапан имеет канал, позволяющий соединять маслозаполненную внутреннюю полость генератора и полость между торцовыми уплотнениями с устройством для заправки маслом или измерительным прибором.

На Фиг.1 представлен генератор для питания автономной скважинной аппаратуры.

Генератор для питания автономной скважинной аппаратуры имеет приводной вал 1, вращающийся в подшипниках 2. Приводной вал 1 имеет осевое отверстие 3 с каналами 4 и 5 и резьбовой частью 6, в которое вкручен клапан 7. Клапан 7 уплотнен в отверстии 3 приводного вала 1 уплотнительными кольцами 8 и 9. Клапан имеет канал 10 с резьбой 11, в который вкручена пробка 12. Пробка 12 уплотнена в канале 10 уплотнительным кольцом 13. Уплотнительное устройство приводного вала включает торцовые уплотнения 14 и 15, полость 16 между которыми соединена каналом 4 с осевым отверстием 3 вала 1. Маслозаполненная внутренняя полость генератора 17 ограничена резиновым компенсатором 18 и соединена каналом 5 с нижней частью осевого отверстия 3, которая отделена от полости 16 уплотнительным кольцом 9 клапана 7.

Генератор работает следующим образом. Поток бурового раствора воздействует на лопатки шнека, заставляя вращаться приводной вал 1. Резиновый компенсатор 18 компенсирует температурное расширение масла и изменение внешнего давления, поддерживая за счет своей упругости в маслозаполненной внутренней полости генератора небольшое избыточное давление (характерное значение р 0,05 МПа). Масло постепенно вытекает из маслозаполненной внутренней полости генератора во внешний объем последовательно через торцовые уплотнения 14 и 15 уплотнительного устройства приводного вала. Выход из строя любого из торцовых уплотнений 14 и 15 не приводит к выходу из строя генератора, так как наличие хотя бы одного работоспособного торцового уплотнения достаточно для герметизации маслозаполненной внутренней полости генератора 17.

Для характерных значений:

объем компенсатора маневровый	V=360 мл
среднее избыточное давление в компенсаторе	р=0,05 МПа
продолжительность рейса	t=100 час=360000 с

допускаемая утечка может быть оценена величиной Q=V/t=0,001 мл/с, а допускаемая степень негерметичности уплотнительного устройства приводного вала может быть оценена величиной q=Q/ р=0,02 мл/МПа·с, что обеспечивается при наличии хотя бы одного работоспособного торцового уплотнения 14 или 15.

После подъема генератора из скважины необходимо оценить его пригодность к дальнейшей эксплуатации. Для этого из клапана 7 выкручивают пробку 12 и вместо нее устанавливают прибор 19 для измерения давления (например, манометр). При вкручивании прибор 19 воздействует на масло, находящееся в полости 16, как поршень, сжимая его. По достижении требуемого давления (характерное значение для торцовых уплотнений Р=0,3 МПа), определяемого по шкале прибора, вкручивание прибора 19 прекращают, показания прибора фиксируют. Через некоторое время вновь снимают показания прибора. Если торцовое уплотнение 14 негерметично, то масло потечет внутрь генератора и вызовет понижение давления в полости 16. Если торцовое уплотнение 15 негерметично, то масло потечет во внешнюю среду и также вызовет понижение давления в полости 16. Таким образом, неисправность любого из торцовых уплотнений вызывает изменение показаний прибора 19, что позволяет сделать вывод об исправности уплотнительного устройства приводного вала в целом.

Для характерных значений:

объем полости 16	V=10 мл
избыточное давление в полости 16	Р=0,3 МПа
модуль упругости масла	Е=1660 МПа
время выдержки	t=60 с
наименьшее фиксируемое прибором 19 падение давления в полости 16, равное цене деления прибора	р=0,01 МПа

обнаруживаемая степень негерметичности уплотнительного устройства приводного вала может быть оценена величиной (считая в первом приближении стенки полости 16 абсолютно жесткими) q=V· p/E·t·P=0,0033·10^-3 мл/МПа·с, что примерно в 6000 раз меньше допустимой (0,02 мл/МПа·с).

Если уплотнительное устройство приводного вала признано пригодным к дальнейшей эксплуатации, то генератор заправляют маслом. Для этого в отверстие 10 клапана 7 вместо прибора для измерения давления 19 устанавливают устройство для заправки маслом под давлением 20, клапан 7 выкручивают из отверстия 3 вала 1 на величину хода L так, чтобы открыть проход масла в маслозаполненную внутреннюю полость 17 генератора. После заполнения полости 17 маслом клапан 7 вкручивают в отверстие 3 вала 1 до упора, разделяя полости 16 и 17. Устройство для заправки маслом под давлением 20 выкручивают из отверстия 10 клапана 7. Отверстие 10 закрывают пробкой 12 и генератор готов к работе. Для удобства обслуживания генератора прибор для измерения давления 19 и устройство для заправки маслом под давлением 20 могут быть объединены в один агрегат 21. При этом источник масла во время проверки герметичности уплотнений генератора может отсекаться от прибора для измерения давления краном 22 для повышения чувствительности измерений.

Использование в генераторе клапана, перекрывающего канал, соединяющий полость между торцовыми уплотнениями приводного вала с маслозаполненной внутренней полостью генератора, и имеющего канал, позволяющий соединять маслозаполненную внутреннюю полость генератора и полость между торцовыми уплотнениями с устройством для заправки маслом и измерительным прибором, позволяет проверить герметичность уплотнительного устройства приводного вала и исключить возможность отправки в работу генератора с неисправностью одного из торцовых уплотнений, что повышает надежность работы генератора. Вероятность выхода из строя генератора при тех же условиях работы, что и у генератора-прототипа может быть оценена величиной Р 0,1×0,1=0,01 (где 0,1 - вероятность выхода из строя одного торцового уплотнения).

Экономический эффект заключается в снижении затрат от простоя буровой бригады во время подъема и спуска колонны бурильных труб из-за отказа генератора и времени на замену генератора, что при глубинах бурения 1,0-3,5 км составляет 5-12 часов.