Электромашинный источник питания забойной инклинометрической телесистемы

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания надежных электромашинных источников питания забойных инклинометрических телесистем. Цель работы: исследование электромашинных источников питания, учитывающих условия эксплуатации в наклонно-направленных скважинах при их бурении. Методы исследования основаны на использовании теории автоматического управления и имитационного моделирования в программной среде MatLab/Simulink. Результаты. Определена конструкция синхронного генератора забойной инклинометрической телесистемы из условия его повышенной надежности. Разработана функциональная схема электронной части источника питания инклинометрической телесистемы, позволяющая разделить канал обработки информации и канал ее передачи в наземные приемные устройства. Проведено моделирование электромашинного источника питания с учетом характера нагрузки канала передачи информации. Полученные теоретические исследования подтверждены экспериментально на лабораторном стенде и при бурении наклонных скважин. Выводы. Установлено, что для увеличения надежности синхронных генераторов инклинометрических телесистем необходимо выравнивать давление бурового раствора и трансформаторного масла, заполняющего полости генератора с помощью резиновых компенсаторов давления. Синхронный генератор инклинометрической телесистемы, нагруженный через единственный выпрямитель, создает внутренние колебания электромагнитного момента, приводящие к увеличению вероятности преждевременного выхода из строя его обмоток. Установлено, что применение в инклинометрической телесистеме инвертора напряжения с гальванической развязкой нескольких нагрузок различной мощности позволяет уменьшить вероятность появления помех при обработке сигналов акселерометров. Прокрутка и предварительный комплекс испытаний совместно с конструктивными решениями при изготовлении синхронных генераторов инклинометрических телесистем позволило увеличить их срок службы при бурении скважин. Установлено, что использование автоматизированных систем контроля синхронных генераторов инклинометрических телесистем позволяет произвести их функциональный контроль, сэкономить рабочее время и увеличить надежность электромашинных источников питания.

Relevance of the research is associated with the need to develop the reliable electric generator power supply sources for downhole directional survey measure while drilling. The main aim is to research the electric generator power supplies, which will take into account operational conditions in controlled directional wells while their drilling. Methods of the research are based on using Automatic Control Theory and imitational simulation under MatLab/Simulink software environment. Results. The authors have determined the design of synchronous generator of downhole directional survey measure while drilling for increased reliability of the generator and developed the functional diagram of electronic part of the power supply of directional survey measure while drilling that allows dividing the information processing channel and data transmission channel to ground surface receivers. The electric generator power supply was simulated taking into account loading of a data transmission channel. The obtained simulation researches were validated by the experimental researches both on laboratory test bench and in field drilling of the controlled directional wells. Findings. The authors found out that to increase reliability of synchronous generators of directional survey measure while drilling one need to equalize the pressures of drilling mud fluid and insulating oil, which fills the generator interiors, by means of rubber compensators. Synchronous generators of directional survey measure while drilling that is loaded via sole rectifier generates internal oscillations of electromagnetic torque, which cause the increasing probability of premature failure of its windings. It was established that using voltage source inverter with galvanic coupling of several loads of various power capacity allows decreasing probability of interferences while processing accelerometer signals. Pre/testing, simulation and design improvements of synchronous generators for directional survey measure while drilling allow increasing their service life for drilling wells. We found that using automated control systems of synchronous generators for directional survey measure while drilling allows controlling their function, saving operational time and increasing reliability of electric generator power supplies.