Диссертация Г. С. Абрамова. Г. С. Абрамов телеизмерительные системы с электромагнитным каналом связи для точнонаправленного бурения нефтегазовых скважин западной сибири
 Скачать 0.67 Mb.
|
3.4. Разработка автономного источника питания повышенной мощности и надежностиОтветственным блоком телеизмерительных систем является источник питания скважинного прибора. Как правило, для телесистем с каналом связи он не является передатчиком сигналов в канал. Для электромагнитного канала связи "забой-устье" источник должен обеспечивать мощность передаваемого сигнала порядка 150 Вт и более [47]. В качестве такого источника используется автономный турбоагрегат, приводимый во вращение буровым раствором. На валу автономной турбины размещается ротор с постоянными магнитами. Статор генератора имеет две обмотки, одна — для обеспечения электрического питания первичных преобразователей и радиосхем, вторая — для передачи электрических сигналов в канал связи. Для предотвращения попадания промывочной жидкости в электромагнитный генератор внутренняя полость его заливается кремнийорганической жидкостью, а наличие встроенного лубрикатора обеспечивает выравнивание давления между скважиной и внутри генератора. В скважинной аппаратуре, позволяющей вести измерения в статике, наряду с генератором предусматриваются автономный химический источник (аккумуляторы или химические сухие источники). Их устойчивая работа может быть только при приваренных или припаянных электрических и механических соединениях, элементы блока питания должны быть также защищены от воздействия вибраций. В автономных приборах, применяемых при спуске на бурильных трубах или сбрасываемых внутри бурильных труб, энергоемкость источников питания должна быть достаточной для всего цикла работы. Условия эксплуатации аппаратуры в таких условиях значительно легче. Следует заметить, что необходимость размещения скважинной аппаратуры внутри бурильных труб ограничивает их наружный диаметр, поэтому приходится вытягивать аппаратуру в длину. Для аппаратуры с большим комплексом первичных преобразователей (комплексом ГИС) общая длина скважинного прибора достигает 10-20 м. Исполнение такой компоновки в виде единой жесткой конструкции может привести к поломке аппаратуры при проходке криволинейного участка наклонно-направленной скважины, поэтому использование гибкой связи между отдельными модулями является целесообразным, особенно в скважинах, бурящихся с малым радиусом кривизны (рис. 1). Необходимость разработки автономного источника повышенной мощности и надежности продиктована двумя причинами. Первая – возможность использования новых магнитных материалов с более высокими магнитными характеристиками, а в связи с этим разработка конструкций магнитных муфт с целью повышения мощности передатчика. Вторая – повышение надежности турбоагрегата в условиях длительного пребывания на забое и упрощения режима его эксплуатации. Достаточно сказать, что это потребовало специальных расчетов, экспериментальных исследований и проверки на специально изготовленном гидравлическом стенде. Общий вид автономного турбогенератора приведен на рис. 22. Он состоит из статора, в котором уложены две группы обмоток, и ротора на постоянных магнитах. Статор собран из стандартных пластин трансформаторной стали от электропогружных насосов с пазами для размещения питающих трехсекционных обмоток и однофазной обмотки для передачи в канал. Ротор представляет собой вал с впрессованными и укрепленными в пазах постоянными магнитами из сплава Nd-Fe-B с Нсв = 750 кА/м. Вал установлен в трех подшипниках. Для привода от потока жидкости в корпусе установлены и соединены с валом ротора три стандартных турбины 3ТСШ172. Количество устанавливаемых турбин может изменяться от 3 до 5. Результаты стендовых испытаний на механическом и гидравлическом стендах приведены на рис. 23. Нагрузкой генератора являются цепь питания электронных схем (постоянно потребляемая мощность около 5 Вт) и цепь передатчика, сопротивление заземления которого изменяется в зависимости от свойств геоэлектрического разреза от 1 до 5-7 Ом. Поэтому все электрические характеристики генератора снимались при этих нагрузках (рис. 23). Все разработанные конструкции были испытаны в скважинных условиях, в основном, результаты испытаний положительные, но требуется доработка магнитной муфты. Был разработан, изготовлен малогабаритный турбоагрегат для диаметра бурильных труб 108 мм. Его конструкция аналогична турбоагрегату диаметром 147 мм, имеет магнитную муфту. Количество обмоток увеличено до 6. Для удобства в эксплуатации блок силовых выпрямителей встроен непосредственно в сам генератор и залит прочным герметиком. Таким образом, разработаны, изготовлены и испытаны в стендовых и скважинных условиях конструкции автономных турбоагрегатов для работы в составе телесистем диаметром 170 мм и 108 мм. |