RU2208156C1

RU2208156C1 - Power supply of downhole apparatuses

Info

Publication number: RU2208156C1
Application number: RU2001134113/03A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Григашкин; С.Е. Варламов
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственная фирма "Самарские Горизонты"
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-07-10

Abstract

FIELD: well drilling; applicable as source of power supply of downhole apparatuses. SUBSTANCE: power supply has chemical cells enclosed in cases and located in common body secured with clearance inside drill pipe string. Chemical cells are made with separately stored components. In this case, main component is located in closed cavity of chemical cell. Closed cavity is communicated with additional cavity containing component activating the chemical cell. Common body accommodates control unit and voltage monitoring unit, both connected with chemical cells. Component activating the chemical cell may be used in form of drilling mud found in clearance between power supply and drill pipe string. Power supply may be made for alternating of chemical cells use. Closed cavity may be communicated with additional cavity through separating device in form of membrane with piston or in form of membrane and explosive charge with electric detonator, or in form of valve with drive. In latter case, filter may be installed in front of valve. Each chemical cell may have mixer ensuring homogeneity of mixture of separately stored components. Mixer may be made in form of two plates with holes. Holes in plates are located at angle to axis of power supply of downhole apparatuses. EFFECT: increased service life of power supply with insignificant circulation of drilling mud and trouble-free supply of downhole apparatuses. 11 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технологическому оборудованию обеспечения бурения под нефть и газ и конкретно предназначено для питания электроэнергией скважинной аппаратуры. The invention relates to technological equipment for drilling for oil and gas, and is specifically intended to power the downhole equipment.

Известен источник питания скважинной аппаратуры, содержащий гидротурбину, приводимую в движение потоком бурового раствора, маслозаполненный статор, залитый эпоксидным компаундом, и ротор генератора переменного тока на постоянных магнитах, расположенных на валу гидротурбины (Молчанова А.А., Сираев А. X. "Скважинные автономные системы с магнитной регистрацией", М., Недра, 1979, с. 102-103). A well-known power source for downhole equipment containing a hydraulic turbine driven by a mud flow, an oil-filled stator filled with an epoxy compound, and a rotor of an alternating current generator with permanent magnets located on a hydraulic turbine shaft (A. Molchanova, A. Siraev A. Borehole autonomous systems with magnetic registration ", M., Nedra, 1979, S. 102-103).

Недостатком такого источника питания являются его значительные осевые и диаметральные габариты из-за наличия нескольких ступеней турбины с направляющими аппаратами. При отсутствии прокачки бурового раствора или при значительном уменьшении его расхода источник питания не выполняет своих функций. The disadvantage of such a power source is its significant axial and diametrical dimensions due to the presence of several stages of the turbine with guide vanes. In the absence of pumping of the drilling fluid or with a significant decrease in its flow rate, the power source does not fulfill its functions.

Известен также источник питания скважинной аппаратуры по свидетельству РФ на полезную модель 18211 (прототип). Этот источник питания содержит химические элементы в общем корпусе, который закреплен с зазором внутри колонны бурильных труб над скважинной аппаратурой при помощи разъема на торце и кабельного наконечника. A well-known power source for downhole equipment according to the certificate of the Russian Federation for utility model 18211 (prototype). This power source contains chemical elements in a common housing, which is fixed with a gap inside the drill pipe string above the downhole equipment using a connector on the end and a cable lug.

Недостаток - низкий ресурс работы химических элементов. The disadvantage is the low life of the chemical elements.

Задачей создания изобретения является увеличение ресурса работы источника питания скважинной аппаратуры при незначительном расходе циркуляции бурового раствора. The objective of the invention is to increase the life of the power source of the downhole equipment with a small flow rate of the drilling fluid.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что источник питания скважинной аппаратуры, содержащий химические элементы, размещенные в корпусах и в общем корпусе, закрепленном с зазором внутри колонны бурильных труб, отличается тем, что химические элементы выполнены с раздельно хранящимися компонентами, основной компонент находится в закрытой полости химического элемента, выполненной с возможностью сообщения с дополнительной полостью, содержащей компонент, вызывающий активизацию химического элемента, общий корпус снабжен блоком управления и блоком контроля напряжения, расположенными в общем корпусе и соединенными с химическими элементами. В качестве компонента, вызывающего активацию химического элемента, может быть использован буровой раствор, находящийся в зазоре между источником питания и колонной бурильных труб. The solution to this problem was achieved due to the fact that the power source of the downhole equipment containing chemical elements located in the housings and in the common housing fixed with a gap inside the drill pipe string is characterized in that the chemical elements are made with separately stored components, the main component is located in a closed cavity of a chemical element configured to communicate with an additional cavity containing a component that causes activation of the chemical element, the common housing is provided with a block m control and voltage control unit located in a common housing and connected to chemical elements. As a component that causes the activation of a chemical element, a drilling fluid in the gap between the power source and the drill pipe string can be used.

Источник питания выполнен с возможностью поочередного задействования химических элементов. Сообщение закрытой полости с дополнительной выполнено через разделяющее устройство. Разделяющее устройство выполнено в виде клапана с приводом или в виде мембраны с поршнем, или в виде пиропатрона с электрическим детонатором. Перед клапаном установлен фильтр. В конструкции источника может быть применен смеситель. Смеситель выполнен в виде двух пластин с отверстиями. Отверстия в пластинах выполнены под углом к оси источника. Источник питания скважинной аппаратуры может дополнительно содержать блок контроля напряжения, осуществляющий перекоммутацию химических элементов. The power source is configured to alternately activate the chemical elements. Communication of the closed cavity with an additional one is made through a separating device. The separating device is made in the form of a valve with an actuator or in the form of a membrane with a piston, or in the form of a squib with an electric detonator. A filter is installed in front of the valve. A mixer may be used in the design of the source. The mixer is made in the form of two plates with holes. The holes in the plates are made at an angle to the axis of the source. The power source of the downhole equipment may further comprise a voltage control unit for switching the chemical elements.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения. Patent studies have shown that the proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, i.e. all the criteria of the invention.

Техническая реализация изобретения реальна, т.к. в конструкции источника питания использованы серийно выпускаемые детали и узлы. The technical implementation of the invention is real, because commercially available parts and components are used in the design of the power source.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1...6, где:
На фиг. 1 приведена схема источника питания скважинной аппаратуры в составе колонны бурильных труб,
На фиг. 2 - первая модификация химического элемента,
На фиг. 3 - вторая модификация химического элемента,
На фиг. 4 - третья модификация химического элемента,
На фиг. 5 - четвертая модификация химического элемента,
На фиг. 6 - пятая модификация устройства.The invention is illustrated in FIG. 1 ... 6, where:
In FIG. 1 shows a diagram of a power source for downhole equipment as part of a drill pipe string,
In FIG. 2 - the first modification of a chemical element,
In FIG. 3 - the second modification of the chemical element,
In FIG. 4 - the third modification of the chemical element,
In FIG. 5 - the fourth modification of the chemical element,
In FIG. 6 - fifth modification of the device.

Источник питания скважинной аппаратуры (фиг. 1) содержит химические элементы 1 и 2 в общем корпусе 3, закрепленном с зазором "А" внутри колонны бурильных труб 4. The power source of the downhole equipment (Fig. 1) contains chemical elements 1 and 2 in a common housing 3, fixed with a gap "A" inside the drill pipe string 4.

Химические элементы 1 и 2 установлены над скважинной аппаратурой 5 и присоединены к ней при помощи кабельного наконечника 6 и разъема 7. Все химические элементы 1 и 2 содержат (фиг. 2): корпус 8, внутри которого в полостях "В" и "С" размещены отдельно хранящиеся компоненты 9 и 10, разделенные перегородкой 11 или мембраной 12. Наиболее вероятно, что один из компонентов находится в жидкой фазе, а другой - в твердой, хотя и не исключено использование компонентов в любых других сочетаниях, например с применением паст и суспензий. Возможно применение трех и более компонентов. В перегородке 11 выполнено отверстие "D" закрытое клапаном 13 с приводом клапана 14. Один электрод 15 выведен через изолирующую втулку 16, а вторым электродом может, например, служить корпус 8. Chemical elements 1 and 2 are installed above the downhole equipment 5 and connected to it using a cable lug 6 and connector 7. All chemical elements 1 and 2 contain (Fig. 2): body 8, inside of which in cavities "B" and "C" separately stored components 9 and 10 are placed, separated by a partition 11 or a membrane 12. It is most likely that one of the components is in the liquid phase and the other is in the solid phase, although it is possible that the components can be used in any other combinations, for example, using pastes and suspensions . It is possible to use three or more components. In the partition 11, a hole "D" is made, closed by a valve 13 with a valve actuator 14. One electrode 15 is brought out through an insulating sleeve 16, and, for example, a housing 8 can serve as the second electrode.

Вторая модификация реализации изобретения (фиг. 3) содержит вместо перегородки 11 мембрану 12, по обе стороны которой размещены отдельно хранящиеся компоненты 9 и 10. The second modification of the implementation of the invention (Fig. 3) contains instead of the partition 11 a membrane 12, on both sides of which are placed separately stored components 9 and 10.

Над отдельно хранящимися компонентами 9 установлен поршень 17 с уплотнением 18. В корпусе выполнено отверстие "D", закрытое клапаном 13 с приводом клапана 14. Полость "Е" над отверстием "D" соединена с зазором "А" посредством канала "С". В канале "С" может быть установлен фильтр 19. Давление Р1 > Р2. A piston 17 with a seal 18 is installed above the separately stored components 9. A hole "D" is made in the housing, closed by a valve 13 with a valve actuator 14. The cavity "E" above the hole "D" is connected to the gap "A" through the channel "C". Filter 19 can be installed in channel "C". Pressure P1> P2.

В третьей модификации (фиг. 4) отсутствует мембрана 12 и поршень 17 с уплотнением 18. Роль отдельно хранящегося компонента выполняет буровой раствор, проходящий в зазоре "А" чрез фильтр 19, установленный перед клапаном 13. In the third modification (Fig. 4) there is no membrane 12 and piston 17 with a seal 18. The role of a separately stored component is played by the drilling fluid passing in the gap "A" through the filter 19 installed in front of the valve 13.

Четвертая модификация устройства (фиг. 5) содержит те же узлы, что и источник питания (фиг. 3), и дополнительно - смеситель 20, в котором размещен отдельно хранящийся компонент 10. Смеситель 20 образован двумя решетками 21 и 22 с отверстиями 23 в них. Отверстия 23 выполнены под углом к оси химического элемента (этот угол менее 90^o). В общем корпусе 3 (фиг. 1) установлены блок контроля напряжения 24 и блок управления 25. Блок контроля напряжения 24 и блок управления 25 соединены с химическими элементами 1 и 2.The fourth modification of the device (Fig. 5) contains the same nodes as the power source (Fig. 3), and additionally, the mixer 20, which houses a separately stored component 10. The mixer 20 is formed by two gratings 21 and 22 with holes 23 in them . The holes 23 are made at an angle to the axis of the chemical element (this angle is less than 90 ^o ). In the common housing 3 (Fig. 1), a voltage control unit 24 and a control unit 25 are installed. The voltage control unit 24 and the control unit 25 are connected to chemical elements 1 and 2.

Пятая модификация устройства (фиг. 6) содержит пиропатрон 26 с электрическим детонатором 27. The fifth modification of the device (Fig. 6) contains a squib 26 with an electric detonator 27.

Работает устройство (фиг. 1 и 2) следующим образом. При подаче сигнала с блока управления 25 привод клапана 14 химического элемента 1 перемещает вверх клапан 13 и отдельно хранящийся компонент 9 смешивается с отдельно хранящимся компонентом 10. The device operates (Fig. 1 and 2) as follows. When a signal is supplied from the control unit 25, the valve actuator 14 of the chemical element 1 moves the valve 13 upward and the separately stored component 9 is mixed with the separately stored component 10.

Вторая модификация источника питания скважинной аппаратуры (фиг. 3) работает следующим образом. Сигнал с блока управления 25 (фиг. 1) подается на привод клапана 14, который перемещает клапан 13 вверх. Из зазора "А" по каналу "G" в полость "Е" поступает буровой раствор, который далее поступает в полость "F" над поршнем 17. Поршень 17, перемещаясь вниз, создает давление в отдельно хранящемся компоненте 9 (жидком), при этом прорывается мембрана 12 и отдельно хранящиеся компоненты 9 и 10 перемешиваются. Между электродами возникает напряжение. The second modification of the power source of the downhole equipment (Fig. 3) works as follows. The signal from the control unit 25 (Fig. 1) is supplied to the valve actuator 14, which moves the valve 13 up. From the gap "A" through the channel "G" into the cavity "E" the drilling fluid enters, which then goes into the cavity "F" above the piston 17. The piston 17, moving downward, creates pressure in a separately stored component 9 (liquid), while the membrane 12 breaks through and separately stored components 9 and 10 are mixed. Between the electrodes there is a voltage.

Третья модификация источника питания (фиг. 4) работает следующим образом. При подаче сигнала на привод клапана 14 клапан 13 открывает отверстие "D" и буровой раствор, выполняющий функцию жидкого отдельно хранящегося компонента 9, из зазора "А" по каналу "G" через фильтр 19 поступает в полость "Е" и далее в зазор "В" для смешения с отдельно хранящимся компонентом 10, например, находящимся в твердой фазе. The third modification of the power source (Fig. 4) works as follows. When applying a signal to the valve actuator 14, the valve 13 opens the hole "D" and the drilling fluid, which performs the function of a liquid separately stored component 9, from the gap "A" through the channel "G" through the filter 19 enters the cavity "E" and then into the gap " B "for mixing with a separately stored component 10, for example, in the solid phase.

Четвертая модификация (фиг. 5) работает аналогично второй (фиг. 3) и, кроме того, отдельно хранящийся компонент 9 проходит через пластину 21 с отверстиями 23 и перемешивается с отдельно хранящимся компонентом 10. Смесь отдельно хранящихся компонентов 9 и 10 через пластину 22 подается на электрод 15. The fourth modification (Fig. 5) works similarly to the second (Fig. 3) and, in addition, a separately stored component 9 passes through a plate 21 with holes 23 and is mixed with a separately stored component 10. A mixture of separately stored components 9 and 10 is fed through a plate 22 to the electrode 15.

Пятая модификация источника работает следующим образом. При подаче напряжения на электрический детонатор 27 срабатывает пиропатрон 26. В полоти "F" создается повышенное давление и поршень 17 перемещается вниз, прорывая мембрану 12. The fifth modification of the source works as follows. When voltage is applied to the electric detonator 27, the squib 26 is triggered. An increased pressure is created in the web "F" and the piston 17 moves down, breaking through the membrane 12.

Во всех модификациях источника питания скважинной аппаратуры (фиг. 1... 5) при снижении напряжения химического элемента 1, которое контролирует блок контроля напряжения 24, блок управления 25 автоматически задействует очередной химический элемент 2 и осуществит перекоммутацию, т.е. отключит химический элемент 1 от скважинной аппаратуры 5 и подключит химический элемент 2. In all modifications of the power source of the downhole equipment (Fig. 1 ... 5), when the voltage of the chemical element 1, which controls the voltage control unit 24, decreases, the control unit 25 automatically activates the next chemical element 2 and performs a switching, i.e. disconnect the chemical element 1 from the downhole equipment 5 and connect the chemical element 2.

Применение изобретения позволило:
1. Увеличить ресурс работы источника питания и обеспечить бесперебойное питание электроэнергией скважинного прибора.The application of the invention allowed:
1. To increase the life of the power source and to ensure uninterrupted power supply of electric power to the downhole tool.

2. Стабилизировать напряжение питания за счет поочередного подключения химических элементов. 2. To stabilize the supply voltage due to the alternate connection of chemical elements.

3. Получить значительный экономический эффект за счет исключения спускоподъемных операций для частой замены ранее применявшегося источника питания скважинной аппаратуры. 3. To obtain a significant economic effect by eliminating tripping operations for frequent replacement of the previously used power source for downhole equipment.

Claims

1. The power source of the downhole equipment, containing chemical elements placed in the housings and in the common housing, fixed with a gap inside the drill pipe string, characterized in that the chemical elements are made with separately stored components, the main component is in a closed cavity of a chemical element made with the ability to communicate with an additional cavity containing a component that causes the activation of a chemical element, the common housing is equipped with a control unit and a voltage control unit, location -conjugated in a common housing and connected to the chemical elements.

2. The power source according to claim 1, characterized in that as the component causing the activation of the chemical element, a drilling fluid is used located in the gap between the power source and the drill pipe string.

3. The power source according to claim 1 or 2, characterized in that it is made with the possibility of alternately involving chemical elements.

4. A power source according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the communication of the closed cavity with an additional one is made through a separating device.

5. The power source according to claim 4, characterized in that the separating device is made in the form of a valve with an actuator.

6. The power source according to claim 4, characterized in that the separating device is made in the form of a membrane with a piston.

7. The power source according to claim 4, characterized in that the separating device is made in the form of a membrane and a squib with an electric detonator.

8. The power source according to claim 5, characterized in that a filter is installed in front of the valve.

9. A power source according to any one of claims 1 to 8, characterized in that each chemical element contains a mixer, ensuring uniformity of the mixture of separately stored components.

10. The power source according to claim 9, characterized in that the mixer is made in the form of two plates with holes.

11. The power supply according to claim 10, characterized in that the holes in the plates are made at an angle to the axis of the power source of the downhole equipment.