Передатчик сигнала буровой скважины - SU1199204A3

Изобретение относится к устройству для подачи сигналов в буровой скважшге при бурении и касается передатчика сигнала буровой сква5кины для телеметрической системы пуль сации бурового раствора. Цель изобретения - повышение надежности работы. На фиг. I представлена верхняя часть передатчика, продольное сечение; на фиг. 2 центральная часть передатчика, продольное сечение; на фиг. 3 - нижняя часть передатчика , продольное сечение на фиг. 4 - нижняя часть, продольное сечение А-А на фиг. 3, Передатчик содержит канал 1, на верхнем конце которого выполнен кру лый конфузор 2, образующий дроссель ное отверстие 3 для бурового раство ра; проходящего вниз буровой колонны в направлении стрелки 4. Внутри Канала 1 находится удл1шенный кожух 5, несущий на своем верхнем конце, вблизи от дроссельного отверстия 3, дроссельный элемент 6, который може смещаться относительно кожуха 5 в направлении оси канала 1 для изменения проходного поперечного сечени дроссельного отверстия 3. Дроссельный элемент 6 снабжен валом 7, кото рый проходит в кожух 5, причем пространство внутри кожуха 5 заполнено маслом, для того чтобы обеспечить баланс гидростатического давления, уплотнен у верхнего конца посредством диафрагмы 8, проходящей между внутренней стороной стенки кожуха 5 и валом 7. Кожух 5 жестко установ лен внутри канала 1 посредством трех верхних опорных перемьпек 9 и трех нижних опорных перемычек 10, идущих в радиальном направлении между кожухом 5 и каналом ,чтобы обеспечить кольцевой зазор между кожухом 5 и каналом 1 для потока бурового раствора. Кольцеобразное насосное колесо II, имеющее ряд лопастей 12, распределенных по его периферии и расположенных под углом к потоку бурового раствора, окружает кожух 5 и удерживается на плече 13 кожуха посредством заполненного политетрафторэтиленом (ТРКЕ упорного подшипника 14. Лопасти 12 установлены на намагничиваемом стальном выступе 15, который окружает медное приводное кольцо 16. Редкоземельный магнитный узел I7 удерживается кольцеобразным валом 18, обеспечивающим возможность его вращения, установленным внутри кожуха 5 посредством подшипников , например 19, и содержит шесть S, Со (самарий-кобальт) магнитов 20, распределенных по периферии вала 18. У трех магнитов 20 северный полюс обращен наружу в радиальном направлении, а у других трех магнитов 20, чередующихся с предыдущими тремя магнитами 20, наружу в радиальном направлении обращен южный полюс. Когда насосное колесо 11 вращается в потоке бурового раствора, вихревые токи будут возбуждаться в медном приводном кольце 16 посредством интенсивного магнитного поля, связанного с шестью магнитами 20 из S , Со, при этом намагншшваeMbiii стальной выступ 15 обеспечивает обратный путь ДЛЯ1 магнитного потока, магнитный узел 17, а следовательно, и вал 18 будут вынуждены вращаться с насосным колесом 11 посредством взаимодействия между магнитным полем, связанным

с магнитами 20 и магнитпьи полем, связанным с вихревыми токами, возбужденными в приводном кольце I6.

Кольцеобразный 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 21 и рычага 25 передачи кру тящего момента, прикрепленного к периферии пластины 23 и расположенного так, чтобы входить в зацепление с приводным пальцем 26, прикрепленным к периферии ротора 2I. 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 направлении , и соответствующие поршни 32, взаимосвязанные с каждым ципиндром 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 возвратнопоступательное осевое движение внутри цилиндров 31, при этом восем 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 3I 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

92044

проходного поперечного сечения дроссельного отверстия 3.

Гидравлическое масло, которое заполняет кожух 5 и которое подается к каждому из цилиндров 31 с одной из сторон плзтажера 36 двойного действия, принудительно подается взаимосвязанным поршнем 32 в соответствующую осевую расточку 38 в кор пусе 39 клапана, который окружает вращающийся клапанный элемент 34 при ходе поршня 32 вверх. Каждая из осевых расточек 38 пересечена соответствующей верхней радиальной расточкой 40 и соответствующей нижней радиальной расточкой 41. Вращающийся клапанный элемент 34 снабжен верхним периферийным углублением 42, которое выходит у периферии клапанного элемента 34 на дуге приблизительно в 180°, и которое также выходит у вершины клапанного элемента 34 в нижнюю часть 43 цилиндра 37 под плунжером 36 и нижним , периферийным углублением 44,которое выходит у периферии клапанного элемента 34 на дуге приблизительно в I80 на противоположной стороне клапанного элемента 34 относительно верхнего периферийного углубления 42, и которое в своей верхней зоне также выходит в центральное кольцевое углубление 45, образоваиное в клапанном элементе 34. Центральное кольцевое углубление 45 постоянно удерживается гидравлически сообщенным с кольцевым каналом 46, окружающим цилиндр 37, и корпусом 39 клапана посредством радиаль- ных каналов (не показаны), идущих через корпус 39 клапана. Кольцевой канал 46 сам по себе гидравлически сообщен с верхней частью 47 цилиндра 37 над плунжером 36.

Имеется две возможных фазы эращения вращающегося элемента 34 отиосительно вращения пластины 28, а именно первая фаза вращения, при которой верхнее периферийное углубление 42 сообщается с верхними радиальными расточками 40 при ходе связанных поршней 32 вверх, а нижнее периферийное углубление 44 сообщается с нижними радиальными расточками 41 при ходе связанных поршней 32 вниз, и вторая фаза вращения, при которой верхнее периферийное углубление 42 сообщается с верхними радиальными расточками 40 при ходе

связанных поршней 32 нниз, а нижнее периферийное углубление 44 сообщается с нижними радиальными расточками 41 при ходе связанных поршней 32 вверх. Таким образом, в течение первой фазы вращения клапанного элемента 34 вход насоса 27 будет соединен с верхней частью 47 цилиндра 37, а вьпсод насоса 27 будет 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 27 будет соединен с верхней частью 47 до цилиндра 37, так что плунжер 36 и дроссельный элемент 6 будут смещаться вниз.

Вращающийся клапанный элемент 34 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 дополнительным приводным пальцем 51, который зацепляется первым выходным пальцем 52 в первом положении вращения на периферии выходной пластины 23 для того, чтобы вызвать приведение в движение клапанного элемента 34 посредством вала 18 во второй фазе вращения. Работающая на растяжение пружина 53 смещает выходную пластину 23 в первое угловое положение. Для относительно низкид электрических нагрузок,приложенных к выходу г нератора 22, выходная пластина 23 будет приводить в движение и приводную пластину 48 в первой фазе вращения посредством первого выходного пальца 52, а также будет приводить в движение ротор 21 генератора 22 посредством 25 пер дачи крутящего момента. Однако если нагрузка на генератор увеличивается до точки, где крутящий момент , требуемый для приведения в движение ротора 21 достаточен для преодоления смещения пружины 53, рычаг 25 передачи крутящего момента будет вынужден наклонить выходную пластину 23 в ее второе угловое положение противоположно действию пружины 53. Это заставит первый выходной палец 52 выйти из зацепления с приводным пальцем 51 приводной пластины 48, а второй выходной палец 54 войти в зацепление с приводным пальцем 51 после того, как

выходная пластина 23 повернется на 180° относительно приводной пластины 48. Это заставит привести в движение приводную пластину 48 во второй фазе вращения посредством

второго выходного пальца 54, и по-; дача рабочей жидкости от насоса 27 к плунжеру 36 двойного действия будет обратной. Безусловно если нагрузка генератора последовательно

уменьп1ается в достаточной степени, пружина 53 наклонит выходную пластину 23, обратно в ее первое угловое положение и приводная пластина 48 снова будет приведена в движение в

первой фазе вращения.

Поэтому можно оценить, что если данные замера измерительным оборудованием таковы, чтобы приемлемым образом изменять злектрическую 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 модуляции 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.