Патент на изобретение №2347903

(54) СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к оборудованию для наклонно-направленного бурения нефтяных и газовых скважин и предназначено для окружной и осевой фиксации генератора и его герметичного крепления к электронному блоку (ЭБ) скважинного прибора телеметрической системы. Техническим результатом изобретения являются обеспечение надежного электрического соединения генератора с ЭБ, предотвращение механических повреждений разъема, осевая и радиальная фиксация генератора в наружном корпусе скважинного прибора. Для этого скважинный прибор содержит наружный корпус, радиатор, кожух ЭБ и генератор. Генератор состоит из статора с неподвижной осью, ротора и устройства для крепления генератора в скважинном приборе. Устройство для крепления генератора выполнено в виде конусной разрезной втулки (КРВ), которая установлена в кольцевом пазу на оси генератора и зажата внутренней гайкой, установленной на резьбе в крестовине. Установлена КРВ меньшим основанием конуса в сторону генератора, на ее конусной поверхности выполнена кольцевая проточка, в которой установлено пружинное кольцо. Снаружи КРВ охвачена конусом, выполненным во внутренней гайке, и прижата к торцу расточки внутри крестовины. На торце оси генератора выполнены пазы, а на торце радиатора – выступы, ориентирующие отдельные части электрического разъема при его соединении. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к оборудованию для наклонно-направленного бурения нефтяных и газовых скважин, конкретно для окружной и осевой фиксации генератора и его герметичного крепления к электронному блоку скважинного прибора телеметрической системы.

Известно устройство для крепления генератора в телеметрической системе по патенту РФ на полезную модель №28377. Устройство для крепления генератора в телеметрической системе содержит упорную втулку, закрепленную между установленным в кожухе генератором и корпусом телеметрической системы. Соединение упорной втулки с корпусом телеметрической системы выполнено резьбовым, а второй конец упорной втулки состыкован с генератором. В упорной втулке закреплен направляющий аппарат, а направление резьбы упорной втулки выбрано таким образом, чтобы вращающий момент, создаваемый потоком промывочной жидкости на лопатках направляющего аппарата, был направлен в сторону затяжки упорной втулки. Между генератором и упорной втулкой расположены обтекатель и/или две Г-образные втулки, подвижные относительно друг друга, с образованием герметичной полости между собой. Недостатком устройства является удаление крепления генератора от места его электрического соединения с электронным блоком скважинного прибора, что может привести к механическим повреждениям герметичного соединения в момент установки кожуха генератора и его крепления резьбовой втулкой.

Известна телеметрическая система по А.С. СССР №1006738, содержащая генератор с гидротурбиной. Ротор генератора установлен на подшипники, которые защищают уплотнительные устройства. Монтаж генератора в корпусе телеметрической системы выполнен при помощи фланца, шпилек и гаек. Недостатком этого устройства являются наличие фланца, определяющего большие габариты соединения, и невозможность применения подобной конструкции для скважин малого диаметра.

Известен узел соединения генератора с телеметрической системой по свидетельству на полезную модель РФ №15910. Узел соединения генератора с телеметрической системой содержит установленный в кожухе генератора корпус, одна сторона которого выполнена с фланцем и присоединена к телеметрической системе, а другая состыкована с генератором. Между корпусом и генератором установлена втулка, концентрично охватывающая генератор, которая через буртик, выполненный на одном из ее торцов, прижата накидной гайкой к корпусу. Втулка уплотнена по цилиндрической поверхности генератора и корпуса. Втулка для предотвращения поворота выполнена с поперечным пазом, в который входит штифт, установленный на корпусе. На торце корпуса со стороны фланца закреплен кабельный наконечник.

Недостатком узла соединения генератора с телеметрической системой являются большие габариты соединения и невозможность применения подобной конструкции для скважин малого диаметра, уменьшение площади проходного сечения в месте установки накидной гайки, что увеличивает гидравлическое сопротивление при прохождении бурового раствора и влияет на интенсивность размыва расположенных рядом с накидной гайкой деталей.

Известна телеметрическая система по патенту РФ на полезную модель №16178 (прототип). Телеметрическая система содержит генератор, состоящий, в свою очередь из статора, выполненного с неподвижной осью, ротора и устройства для крепления генератора в телеметрической системе. Устройство для крепления генератора в телеметрической системе выполнено в виде цанги, внутри которой размещена конусная разрезная втулка, которая, в свою очередь, установлена в пазу с лысками на оси генератора и зажата внутренней гайкой, выполняющей роль съемника. Цангу от поворота в корпусе фиксирует ключ в форме пластины, входящей в продольный паз внутри корпуса телеметрической системы и в цанге.

Недостатком является неопределенность осевого положения электрического разъема, установленного на оси генератора, так как на его расположение влияет точность изготовления наружного диаметра крестовины посадочного диаметра, выполненного под нее в наружном корпусе, а также точность изготовления диаметров оси генератора в месте установки разрезной втулки, конуса разрезной втулки и конуса в крестовине. Во время установки генератора внутренняя гайка по резьбе заворачивается в крестовину и толкает в ее внутреннем конусе конус, образованный двумя частями разрезной втулки. При этом крестовина, которая выполнена с продольным разрезом в виде цанги, увеличивается в диаметре и фиксируется в наружном корпусе, а разрезная втулка двигается внутрь крестовины и останавливается только после того, как выберутся все зазоры. Точность позиционирования от торца крестовины до разрезной втулки составляет при этом ±5 мм. Такая неточность отрицательно сказывается на надежности телеметрической системы и приводит либо к отсутствию электрического контакта в разъеме, когда удаление разрезной втулки от торца крестовины минимально, либо к быстрому разрушению разъема от вибраций и значительных осевых нагрузок при максимальном удалении разрезной втулки от торца крестовины.

Задачами создания изобретения являются обеспечение надежного электрического соединения генератора с электронным блоком скважинного прибора, предотвращение механических повреждений разъема, осевая и радиальная фиксация генератора в наружном корпусе скважинного прибора телеметрической системы.

Указанные задачи решены за счет новой конструкции электрического разделителя. Скважинный прибор телеметрической системы содержит: наружный корпус, радиатор и кожух электронного блока, генератор. Генератор состоит из статора с неподвижной осью, ротора и устройства для крепления генератора в скважинном приборе телеметрической системы. Устройство для крепления генератора выполнено в виде конусной разрезной втулки, которая установлена в кольцевом пазу на оси генератора и зажата внутренней гайкой, установленной на резьбе в крестовине. Конусная разрезная втулка установлена меньшим основанием конуса в сторону генератора, на ее конусной поверхности выполнена кольцевая проточка, в которой установлено пружинное кольцо. Конусная разрезная втулка снаружи охвачена конусом, выполненным во внутренней гайке и прижата к торцу расточки внутри крестовины. На торце оси генератора выполнены пазы, а на торце радиатора – выступы, ориентирующие отдельные части электрического разъема при его соединении. Ширина пазов, выполненных на торце оси генератора попарно, соответствует ширине выступов, выполненных на торце радиатора для однозначной ориентации отдельных частей электрического разъема при сборке. Радиатор выполнен с кольцевым выступом, который зафиксирован крестовиной от осевого перемещения в расточке кожуха электронного блока. Радиатор зафиксирован от радиального перемещения в кожухе электронного блока шпонкой. Крестовина на резьбе крепится к кожуху электронного блока, герметичность которого обеспечивают уплотнительные кольца, установленные в кольцевых канавках, выполненных на ее поверхности. Ось генератора уплотнена относительно крестовины кольцами, установленными в кольцевых канавках, выполненных на оси генератора. Крестовина выполнена с выступами, входящими в пазы, выполненные внутри наружного корпуса, и зафиксирована от осевого перемещения резьбовым кольцом. Между резьбовым кольцом и торцом наружного корпуса установлена стопорная шайба резьбового кольца. На торце наружного корпуса выполнены пазы, а на резьбовом кольце шлицы, в которые входят деформированные поверхности стопорной шайбы резьбового кольца. Между внутренней гайкой и крестовиной установлено стопорное кольцо внутренней гайки. На торце крестовины выполнены пазы крестовины, а на внутренней гайке – шлицы внутренней гайки, в которые входят деформированные поверхности стопорного кольца внутренней гайки.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, т.е. удовлетворяет критериям изобретения. Изобретательский уровень подтверждается тем, что новая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-7, где:

на фиг.1 приведен скважинный прибор телеметрической системы,

на фиг.2 приведено устройство для крепления генератора,

на фиг.3 приведен порядок сборки устройства для крепления генератора,

на фиг.4 приведена конусная разрезная втулка,

на фиг.5 приведена внутренняя гайка,

на фиг.6 приведена крестовина (вид спереди),

на фиг.7 приведена крестовина (вид сбоку),

на фиг.8 показана ширина выступов и впадин, обеспечивающих ориентацию разъема при установке генератора.

на фиг.9 показана фиксация от отворота резьбового кольца в наружном кожухе.

Скважинный прибор телеметрической системы состоит из наружного корпуса 1, радиатора 2, кожуха электронного блока 3 и генератора 4. Генератор 4 состоит из статора 5 с неподвижной осью 6, ротора 7 и устройства для крепления генератора в скважинном приборе телеметрической системы. Устройство для крепления генератора выполнено в виде конусной разрезной втулки 8, которая установлена в кольцевом пазу на оси генератора 9 и зажата внутренней гайкой 10, установленной на резьбе в крестовине 11. Конусная разрезная втулка 8 установлена меньшим основанием конуса в сторону генератора 4, на ее конусной поверхности выполнена кольцевая проточка 12, в которой установлено пружинное кольцо 13. Конусная разрезная втулка 8 снаружи охвачена конусом 14, выполненным во внутренней гайке и прижата к торцу расточки 15 внутри крестовины 11. На торце оси 6 генератора выполнены пазы 16, а на торце радиатора выступы 17, ориентирующие отдельные части электрического разъема 18 при его соединении. Ширина пазов 16, выполненных на торце оси генератора попарно соответствует ширине выступов 17, выполненных на торце радиатора 2 для однозначной ориентации отдельных частей электрического разъема 18 при сборке. Размеры L₁ и L₂ отличаются от размеров L₃ и L₄, причем в парах эти размеры отличаются друг от друга только на величину допуска, обеспечивающего их сборку. Радиатор 2 выполнен с кольцевым выступом 19, который зафиксирован крестовиной 11 от осевого перемещения в расточке кожуха электронного блока 3. Радиатор зафиксирован от радиального перемещения в кожухе электронного блока 3 шпонкой 20. Крестовина 11 на резьбе крепится к кожуху электронного блока 3, герметичность которого обеспечивают уплотнительные кольца 21, установленные в кольцевых канавках, выполненных на ее поверхности. Ось генератора 6 уплотнена относительно крестовины кольцами 22, установленными в кольцевых канавках, выполненных на оси 6 генератора 4. Крестовина 11 выполнена с выступами 23, входящими в пазы 24, выполненные внутри наружного корпуса 1, и зафиксирована от осевого перемещения резьбовым кольцом 25. Между резьбовым кольцом 25 и торцом наружного корпуса 1 установлена стопорная шайба резьбового кольца 26. На торце наружного корпуса 1 выполнены пазы 27, а на резьбовом кольце шлицы 28, в которые входят деформированные поверхности 29 стопорной шайбы резьбового кольца 26. Между внутренней гайкой 10 и крестовиной 11 установлено стопорное кольцо внутренней гайки 30. На торце крестовины 11 выполнены пазы крестовины 31, а на внутренней гайке 10 шлицы внутренней гайки 32, в которые входят деформированные поверхности стопорного кольца внутренней гайки 30.

Генератор 4 крепится к электронному блоку скважинного прибора телеметрической системы следующим образом. На ось 6 генератора 4 устанавливается внутренняя гайка 10 и стопорное кольцо внутренней гайки 30. В кольцевой паз на оси генератора 9 устанавливаются две половины конусной разрезной втулки 8 меньшим основанием конуса в сторону генератора и закрепляются пружинным кольцом 13, установленным в кольцевой проточке 12, выполненной на разрезной втулке. На ось генератора 6 устанавливаются уплотнительные кольца оси 22, после чего ось генератора вставляется в крестовину 11. Выступы на торце радиатора 17 входят в соответствующие им по ширине L пазы на торце оси 16, после чего соединяются между собой отдельные части электрического разъема 18. Ось 6 при затяжке внутренней гайки 10 движется в крестовине 11 до упора торца конусной разрезной втулки в торец расточки 15, выполненной внутри крестовины 11, что определяет однозначное положение оси и, как следствие, разъема относительно других деталей, входящих в скважинный прибор телеметрической системы. Снаружи конусная разрезная втулка 8 охвачена конусом 14, выполненным во внутренней гайке 10, которая при затяжке окончательно фиксирует ось 6 генератора 4 от осевого перемещения. Отворот внутренней гайки 10 предотвращает стопорное кольцо внутренней гайки 30, которое сдеформировано в пазы крестовины 31 и в шлицы внутренней гайки 32. Радиальная нагрузка от действия реактивного момента, возникающего на оси во время работы генератора, передается через выступы на торце радиатора 17, шпонку 20 на кожух электронного блока 3, крестовину 11 и через выступы крестовины 23 на наружный корпус 1.

Применение изобретения позволило:

1. Повысить надежность скважинного прибора телеметрической системы.

2. Обеспечить монтаж генератора в скважинном приборе телеметрической системы, а также его окружную и осевую фиксацию.

3. Улучшить условия эксплуатации скважинного прибора телеметрической системы.

4. Обеспечить надежный электрический контакт.

5. Предотвратить повреждение электрического разъема.

6. Предотвратить повреждение деталей при установке и замене генератора.

7. Предотвратить отворот резьб отдельных деталей, входящих в состав устройства для крепления генератора.

8. Увеличить межремонтный ресурс.

9. Ускорить и облегчить монтаж и демонтаж генератора.

10. Упростить конструкцию соединения крестовины с наружным корпусом скважинного прибора телеметрической системы.

11. Предотвратить попадание бурового раствора в кожух электронного блока.

Формула изобретения

1. Скважинный прибор телеметрической системы, содержащий наружный корпус, радиатор и кожух электронного блока, генератор, состоящий из статора с неподвижной осью, ротора и устройства для крепления генератора в скважинном приборе телеметрической системы, выполненного в виде конусной разрезной втулки, которая установлена в кольцевом пазу на оси генератора и зажата внутренней гайкой, установленной на резьбе в крестовине, отличающийся тем, что конусная разрезная втулка установлена меньшим основанием конуса в сторону генератора, на ее конусной поверхности выполнена кольцевая проточка, в которой установлено пружинное кольцо, конусная разрезная втулка снаружи охвачена конусом, выполненным во внутренней гайке и прижата к торцу расточки внутри крестовины, причем на торце оси генератора выполнены пазы, а на торце радиатора – выступы.

2. Скважинный прибор телеметрической системы по п.1, отличающийся тем, что ширина пазов, выполненных на торце оси генератора, попарно соответствует ширине выступов, выполненных на торце радиатора.

3. Скважинный прибор телеметрической системы по п.1, отличающийся тем, что радиатор выполнен с кольцевым выступом, который зафиксирован крестовиной от осевого перемещения в расточке кожуха электронного блока.

4. Скважинный прибор телеметрической системы по п.1, отличающийся тем, что радиатор зафиксирован от радиального перемещения в кожухе электронного блока шпонкой.

5. Скважинный прибор телеметрической системы по п.1, отличающийся тем, что крестовина на резьбе крепится к кожуху электронного блока, герметичность которого обеспечивают уплотнительные кольца, установленные в кольцевых канавках, выполненных на ее поверхности.

6. Скважинный прибор телеметрической системы по п.1, отличающийся тем, что ось генератора уплотнена относительно крестовины кольцами, установленными в кольцевых канавках, выполненных на оси генератора.

7. Скважинный прибор телеметрической системы по п.1, отличающийся тем, что крестовина выполнена с выступами, входящими в пазы, выполненные внутри наружного корпуса, и зафиксирована от осевого перемещения резьбовым кольцом.

8. Скважинный прибор телеметрической системы по п.1, отличающийся тем, что между резьбовым кольцом и торцом наружного корпуса установлена стопорная шайба резьбового кольца.

9. Скважинный прибор телеметрической системы по п.8, отличающийся тем, что на торце наружного корпуса выполнены пазы, а на резьбовом кольце – шлицы, в которые входят деформированные поверхности стопорной шайбы резьбового кольца.

10. Скважинный прибор телеметрической системы по п.1, отличающийся тем, что между внутренней гайкой и крестовиной установлено стопорное кольцо внутренней гайки.

11. Скважинный прибор телеметрической системы по п.10, отличающийся тем, что на торце крестовины выполнены пазы крестовины, а на внутренней гайке – шлицы внутренней гайки, в которые входят деформированные поверхности стопорного кольца внутренней гайки.

РИСУНКИ