Устройство гидравлического мотора и способ управления гидравлическим мотором
Формула / Реферат
1. Устройство гидравлического мотора, содержащее гидравлический мотор и средство для подачи жидкости привода в гидравлический мотор для приведения в действие гидравлического мотора, причем средство содержит первый и второй вытесняющие резервуары, при этом первый вытесняющий резервуар выполнен с возможностью вмещения жидкости привода и выполнен с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды, отличной от жидкости привода, из зоны высокого давления, и смещения после его приема и вытеснения жидкости привода из первого вытесняющего резервуара в вытесняющую систему, которая содержит гидравлический мотор, и второй вытесняющий резервуар выполнен с возможностью размещения после гидравлического мотора для приема вытесненной жидкости привода и смещения после ее приема и вытеснения выходящей текучей среды, отличной от жидкости привода, в зону низкого давления.
2. Устройство гидравлического мотора по п.1, в котором по меньшей мере один из вытесняющих резервуаров снабжен первым отделением для содержания рабочей текучей среды и второым отделением для содержания жидкости привода, при этом два отделения разделены подвижной стенкой.
3. Устройство гидравлического мотора по п.1 или 2, в котором вытесняющая система содержит устройство регулирования потока.
4. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.1-3, в котором коллектор подачи имеет вспомогательное клапанное средство для подачи сжатой рабочей текучей среды попеременно в первый и второй вытесняющие резервуары.
5. Устройство гидравлического мотора по п.4, в котором вытесняющая система содержит мостовой коллектор, в который встроен гидравлический мотор, при этом мостовой коллектор снабжен вторым клапанным средством для направления жидкости привода через гидравлический мотор в одном направлении потока.
6. Устройство гидравлического мотора по п.5, в котором второе клапанное средство включает запорные клапаны.
7. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.1-6, в котором в вытесняющей системе предусмотрен обходной канал для обхода гидравлического мотора, и обходной канал предпочтительно включает предохранительный клапан.
8. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.1-7, которое расположено внутри буровой колонны, опущенной в подземную скважину, при этом буровая колонна образует трубопровод буровой колонны, который на или близко к концу поверхности подсоединен к насосу подачи рабочей текучей среды для накачивания рабочей текучей среды внутрь трубопровода буровой колонны, который на другом конце через выпускное отверстие находится в гидравлическом соединении с обратным путем к концу поверхности.
9. Устройство гидравлического мотора по п.8, в котором буровая колонна содержит внешнюю трубу, внутри которой расположена внутренняя труба с образованием кольцеобразного пространства между внутренней трубой и внешней трубой, образующего по меньшей мере одну из вытесняющих камер.
10. Устройство гидравлического мотора по п.9, в котором подвижная стенка размещена в кольцеобразном пространстве, разделяя кольцеобразное пространство на первое и второе отделения, при этом каждое из первого и второго отделений снабжено входным/выходным отверстием для прохода текучей среды в и из соответствующего отделения.
11. Устройство гидравлического мотора по п.10, в котором первое отделение содержит внутреннее кольцеобразное пространство, и второе отделение содержит внешнее кольцеобразное пространство, при этом внешнее кольцеобразное пространство расположено радиально вплотную к внутреннему кольцеобразному пространству.
12. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.8-11, в котором первый вытесняющий резервуар гидравлически соединен с трубопроводом буровой колонны, и второй вытесняющий резервуар гидравлически соединен с обратным путем, обходя выпускное отверстие трубопровода буровой колонны.
13. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.1-12, в котором гидравлический мотор является частью гидравлического генератора, причем гидравлический мотор содержит средство отвода механической энергии, при этом средство отвода механической энергии подсоединено к средству преобразования энергии для преобразования механической энергии в энергию другого вида, включающую одну или более из электрической энергии, сейсмической энергии и тепловой энергии.
14. Способ управления гидравлическим мотором, содержащий этапы, на которых
заполняют первый вытесняющий резервуар жидкостью привода,
заполняют второй вытесняющий резервуар выходящей текучей средой, отличной от жидкости привода,
сжимают рабочую текучую среду, которая является отличной от жидкости привода,
сообщают давление сжатой рабочей текучей среды жидкости привода,
смещают жидкость привода и вытесняют жидкость привода из первого вытесняющего резервуара,
проводят вытесненную жидкость привода через гидравлический мотор во второй вытесняющий резервуар,
приводят в действие гидравлический мотор с помощью вытесненной жидкости привода,
сообщают давление вытесненной жидкости привода выходящей текучей среде,
смещают выходящую текучую среду и вытесняют выходящую текучую среду из второго вытесняющего резервуара в зону низкого давления.
15. Способ по п.14, при котором выходящую текучую среду вытесняют из второго вытесняющего резервуара с той же объемной скоростью, с которой жидкость привода вытесняют из первого вытесняющего резервуара.
16. Способ по п.14 или 15, при котором потоком вытесненной жидкости привода управляют посредством управляемого дросселя.
17. Способ по любому из пп.14-16, при котором сжатую рабочую текучую среду подают попеременно в первый и второй вытесняющие резервуары.
Текст
008997 Настоящее изобретение относится к устройству гидравлического мотора, содержащего гидравлический мотор, в частности скважинный гидравлический мотор, и средство для подачи под давлением жидкости привода в гидравлический мотор для приведения в действие гидравлического мотора. Настоящее изобретение также относится к способу управления гидравлическим мотором. Для целей этого описания гидравлический мотор является мотором, приводимым в действие сжатой жидкостью привода и преобразующим часть этого давления в механическое движение. В подземных буровых работах обычно применяются так называемые моторы бурового раствора,где жидкостью привода является буровой раствор, который циркулирует через буровую колонну и кольцеобразное пространство между стенкой ствола скважины и буровой колонной, находящейся в стволе скважины. Примерами таких моторов бурового раствора являются моторы Муано или моторы с прямым вытеснением (PDM), или турбины бурового раствора. Не все типы гидравлических моторов подходят для привода с помощью бурового раствора. Буровой раствор, при прохождении через гидравлический мотор, может вызвать износ, повреждение и засорение механизма гидравлического мотора. В патенте США 3743013 раскрыто устройство для хранения и использования гидравлической энергии для управления одним или более гидравлическими устройствами. Это устройство имеет масляный и воздушный аккумулятор и подпружиненную вытесняющую камеру. Рабочий цикл является следующим. Сжатая рабочая текучая среда поступает в вытесняющую камеру,тем самым, смещая поршень, который вытесняет текучую среду привода в аккумулятор. Таким образом, в аккумуляторе накапливается энергия. Во время этой фазы цикла текучая среда привода обходит гидравлические устройства. Смещение поршня также сжимает пружину для накопления энергии в пружине. После нагрузки аккумулятора и пружины жидкость привода проходит в одно или более гидравлических устройств для приведения их в действие и затем возвращается в вытесняющую камеру, тем самым вытесняя рабочую текучую среду. Недостатком этого устройства является потеря энергии во время нагрузки и разгрузки пружины и аккумулятора. Это является особенно невыгодным для любого скважинного применения, где имеется дефицит энергии. Другим недостатком известного устройства является то, что гидравлическая энергия, доступная для приведения в действие, уменьшается с высвобождением жидкости привода из аккумулятора из-за уменьшения разности давлений. Это делает известные устройства менее подходящими для привода гидравлического мотора, для которого требуется более стабильная энергия. В соответствии с изобретением обеспечивается устройство гидравлического мотора, содержащее гидравлический мотор и средство для подачи жидкости привода в гидравлический мотор для приведения в действие гидравлического мотора, причем указанное средство содержит первый и второй вытесняющие резервуары, при этом первый вытесняющий резервуар выполнен с возможностью размещения жидкости привода и приема сжатой рабочей текучей среды, отличной от жидкости привода, из зоны высокого давления, и смещения после его приема и вытеснения жидкости привода из первого вытесняющего резервуара в вытесняющую систему, которая содержит гидравлический мотор, и второй вытесняющий резервуар выполнен с возможностью размещения после гидравлического мотора для приема вытесненной жидкости привода и, смещения после ее приема и вытеснения выходящей текучей среды, отличной от жидкости привода, в зону низкого давления. В этом устройстве давление сжатой рабочей текучей среды передается жидкости привода в вытесняющем резервуаре, и затем используется для приведения в действие гидравлического мотора. Поскольку разность давлений между зоной высокого давления и зоной низкого давления необязательно изменяется во время работы, устройство гидравлического мотора согласно изобретению способно поставлять постоянную энергию, пока имеется жидкость привода в первой вытесняющей камере. Преимуществом изобретения является то, что жидкость привода может собираться во втором вытесняющем резервуаре и повторно пропускаться через устройство гидравлического мотора для использования в следующем цикле. Выходящая текучая среда может быть текучей средой такого же типа, что и рабочая текучая среда,такая как, например, буровая текучая среда. В практическом варианте осуществления, после того как выходящая текучая среда была вытеснена из второго вытесняющего резервуара в зону низкого давления, второй вытесняющий резервуар открывается для сжатой рабочей текучей среды, смещая и вытесняя жидкость привода из второго вытесняющего резервуара обратно в первый вытесняющий резервуар. На своем обратном пути в первый вытесняющий резервуар жидкость привода может проходить через гидравлический мотор для приведения в действие гидравлического мотора. Для этой цели может быть предусмотрен распределительный коллектор, имеющий клапанное средство, выполненное для подачи сжатой рабочей текучей среды попеременно в первый и второй вытесняющие резервуары, и предпочтительно обеспечивая рабочей текучей среде, которая имеется в другом вытесняющем резервуаре, вытеснение в зону низкого давления. Другим преимуществом изобретения является то, что жидкость привода может удовлетворять определенным требованиям, которые отличаются от требований, которым должна удовлетворять рабочая-1 008997 текучая среда. Жидкость привода, таким образом, может быть оптимизирована для задач приведения в действие гидравлического мотора независимо от специфических требований к рабочей текучей среде. Например, может использоваться чистое гидравлическое масло, свободное от эрозионных твердых макрочастиц, которое может быть неподходящим в качестве бурового раствора, но особенно подходящим для приведения в действие гидравлического мотора. Первый и/или второй вытесняющие резервуары могут содержать внешнюю трубу и внутреннюю трубу, где внутренняя труба размещена внутри внешней трубы с образованием кольцеобразного пространства между внутренней трубой и внешней трубой для образования вытесняющего резервуара. Благодаря трубным элементам такой вытесняющий резервуар может быть специально приспособлен для использования в буровой колонне или утяжеленной буровой трубе. Внутренняя труба может затем образовать обходной канал для прохождения бурового раствора. В кольцеобразном пространстве может быть размещена подвижная стенка, разделяющая кольцеобразное пространство на первое и второе отделения вытесняющего резервуара, где и первое и второе отделения снабжены входным/выходным отверстием для прохождения текучей среды в и из соответствующего отделения. Предметом настоящего изобретения также является обеспечение способа управления гидравлическим мотором, особенно для скважинной работы гидравлического мотора. Способ в соответствии с изобретением содержит следующие этапы: заполнение первого вытесняющего резервуара жидкостью привода; заполнение второго вытесняющего резервуара выходящей текучей средой, отличной от жидкости привода; сжатие рабочей текучей среды, отличной от жидкости привода; передачу давления сжатой рабочей текучей среды жидкости привода; смещение жидкости привода и вытеснение жидкости привода из первого вытесняющего резервуара; направление вытесненной жидкости привода через гидравлический мотор во второй вытесняющий резервуар; приведение в действие гидравлического мотора с помощью вытесненной жидкости привода; передачу давления вытесненной жидкости привода выходящей текучей среде; смещение выходящей текучей среды и вытеснение выходящей текучей среды из второго вытесняющего резервуара в зону низкого давления. В случае скважинной работы гидравлического мотора рабочая текучая среда может быть сжатым буровым раствором. Благодаря отдельной жидкости привода устраняется риск повреждения гидравлического мотора как результат прохождения бурового раствора. Благодаря сбору жидкости привода во втором вытесняющем резервуаре она может повторно проходить через устройство гидравлического мотора для использования в следующем цикле. Это может быть выполнено, например, путем подачи сжатой рабочей текучей среды попеременно в первый и во второй вытесняющие резервуары. Предпочтительно, выходящая текучая среда вытесняется из второго вытесняющего резервуара с той же объемной скоростью, что и жидкость привода из первого вытесняющего резервуара. При этом достигается то, что максимально доступная гидравлическая энергия в сжатой рабочей текучей среде может непосредственно расходоваться в гидравлическом моторе. В предпочтительном варианте осуществления поток вытесняемой жидкости привода управляется посредством открытия регулируемого дросселя. Тем самым, управление работой гидравлического мотора может быть достигнуто без управляемого дросселя рабочей текучей среды. Вместо этого, дросселируется жидкость привода, которая может быть выбрана относительно чистой, по сравнению с рабочей текучей средой. Изобретение будет описано ниже более подробно и на примерах, и большее количество вариантов осуществления будет описано ниже со ссылкой на прилагающиеся чертежи, на которых на фиг. 1 изображен схематический общий вид устройства гидравлического мотора в соответствии с вариантом осуществления изобретения; на фиг. 2 - схематическая диаграмма устройства гидравлического мотора внутри буровой колонны; на фиг. 3 - схематический общий вид устройства гидравлического мотора в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения; На фиг. 4 - схематический общий вид буровой трубы, снабженной устройством гидравлического мотора и на фиг. 5 - схематическое поперечное сечение вытесняющего резервуара для варианта осуществления на фиг. 4. На чертежах одинаковые ссылочные номера обозначают одинаковые элементы. На фиг. 1 показано устройство гидравлического мотора, содержащее гидравлический мотор 1, который в данном случае является роторным мотором. Также могут быть использованы другие типы гидравлических моторов. Гидравлический мотор может быть частью гидравлического генератора, где гидравлический мотор-2 008997 содержит средство отвода механической энергии, при этом средство отвода механической энергии подсоединено к средству преобразования энергии для преобразования механической энергии в другой вид энергии, включающий одну или более электрическую энергию, сейсмическую энергию и тепловую энергию. Подходящий сейсмический источник для преобразования энергии в сейсмическую энергию, описан в заявке на Европейский патент 041002387, о приоритете которой заявлено. Гидравлический мотор 1 приводится в движение с помощью прохождения жидкости привода под давлением из входного канала 2 через гидравлический мотор 1 в выходной канал 3. Гидравлический мотор 1 встроен в вытесняющую систему, которая в варианте осуществления на фиг. 1 включает мостовой коллектор 100 для направления потока жидкости привода через гидравлический мотор 1. Дополнительные подробности мостового коллектора 100 будут освещены позже в этой спецификации. Устройство гидравлического мотора дополнительно снабжено первым вытесняющим резервуаром 10 и вторым вытесняющим резервуаром 20. Первый вытесняющий резервуар 10 выполнен с возможностью вмещать жидкость привода, которая должна проходить через гидравлический мотор 1. Для этих целей вытесняющий резервуар 10 гидравлически подсоединен к мостовому коллектору 100 через канал 11. Вытесняющий резервуар 10 дополнительно подсоединен к каналу 12, который разветвляется на линию 13 выпуска рабочей текучей среды и линию 14 подачи рабочей текучей среды. Линия 13 выпуска рабочей текучей среды снабжена клапаном 331, и линия 14 подачи рабочей текучей среды снабжена клапаном 341. Второй вытесняющий резервуар 20 выполнен с возможностью приема жидкости привода, которая проходит через гидравлический мотор 1. Этот вытесняющий резервуар 20 в связи с этим гидравлически подсоединен к мостовому коллектору 100 через канал 21. Второй вытесняющий резервуар 20 дополнительно подсоединен к каналу 22, который разветвляется на линию 23 выпуска рабочей текучей среды и линию 24 подачи рабочей текучей среды. Линия 23 выпуска рабочей текучей среды снабжена клапаном 231, и линия 24 подачи рабочей текучей среды снабжена клапаном 241. Линии 14 и 24, таким образом, образуют коллектор подачи, который может быть гидравлически подсоединен к источнику сжатой рабочей текучей среды. Клапаны 341 и 241 обеспечивают возможность выбора вытесняющего резервуара, первого или второго, который будет открыт для сжатой рабочей текучей среды. Линии 13 и 23 выходят в зону LP низкого давления, давление текучей среды ниже, чем давление сжатой рабочей текучей среды. Клапаны 331 и 231 определяют, который из вытесняющих резервуаров открывается в зону LP низкого давления. Мостовой коллектор 100 гидравлически подсоединяет канал 11 к каналу 21. Канал 11 разветвляется на линию 54, снабженную запорным клапаном 44 в блокирующем направлении, и на линию 51, снабженную запорным клапаном 41 в направлении потока. Следуя по линии 51 через запорный клапан 41, линия разветвляется на линию 53 и 55. Линия 53 снабжена запорным клапаном 43 в блокирующем направлении. Линия 51 присоединена к линии 2, идущей к гидравлическому мотору 1. Линия 55 снабжена клапаном 45, который может открываться или закрываться, и дросселем 46, которые расположены последовательно. Дроссель 46 является устройством регулирования потока. Необязательная вспомогательная линия 49 предусмотрена за клапаном 45 и выше дросселя 46. Эта вспомогательная линия может быть подсоединена к вспомогательному устройству (не показано) для включения или активации вспомогательного устройства как результата повышения давления в линии 49 перед приведением в действие гидравлического мотора 1. Линия 3 после гидравлического мотора 1 разветвляется на линию 54 на другой стороне запорного клапана 44, упомянутого выше относительно канала 11, и на линию 53, которая также снабжена запорным клапаном 42. Оба запорных клапана 44 и 42 расположены в направлении потока. Однако из-за потери давления в гидравлическом моторе 1 будет возникать разность давлений через клапан 44, препятствующая потоку через этот запорный клапан. Поток через линию 52 является возможным, и после запорного клапана 42 линия разветвляется на линии 53 и 21. Линия 53 снабжена запорным клапаном 43 в направлении потока, но поскольку после запорного клапана 43 линия 53 находится в гидравлическом соединении с линией 51, которая расположена до гидравлического мотора 1, то разность давлений через запорный клапан 43 будет препятствовать проходу. Для предотвращения повреждения гидравлического мотора 1 вследствие его собственной инерции предохранительный клапан 47 может быть установлен, как показано на фиг. 1, в обходной линии 48, закорачивающей гидравлический мотор 1 путем соединения впускной линии 2 и выпускной линии 3. Предохранительный клапан может быть запорным клапаном, блокирующим поток из линии 2 в линию 3 и допускающим поток из линии 3 в линию 2. Этим самым достигается то, что в случае, когда гидравлический мотор 1 находится в движении, в то время как разности давлений через гидравлический мотор 1 недостаточно для приведения его в действие, гидравлический мотор 1 может осуществлять циркуляцию жидкости привода через обходную линию 48. Задачей мостового коллектора 100 является гарантирование того, что жидкость привода всегда проходит в направлении стрелки 4 через линию 5, вне зависимости от того, какой из вытесняющих резервуаров, 10 или 20, находится под давлением.-3 008997 В предпочтительном варианте осуществления устройство гидравлического мотора подходит для того, чтобы быть подвешенным в подземной скважине или быть в составе буровой колонны. В качестве примера на фиг. 2 схематически изображено устройство гидравлического мотора на фиг. 1, установленное в буровой колонне 5, опущенной в подземную скважину 6, содержащую буровой раствор. Буровой раствор может циркулировать обычным образом, где буровой раствор нагнетается на поверхности в трубопровод 7, образованный буровой колонной 5, проходит в скважину через отверстие в нижнем конце 8 буровой колонны и выводится обратно на поверхность через кольцеобразное пространство 9 между стенкой скважины и буровой колонной 5. Линии 14 и 24 (фиг. 1) гидравлически подсоединены через клапаны 341 и 241 к буровому раствору внутри трубопровода 7 буровой колонны, в то время как линии 13 и 23 (фиг. 1) гидравлически подсоединены через клапаны 331 и 231 к кольцеобразному пространству 9. В действии устройство гидравлического мотора на фиг. 1 работает следующим образом. В начальном положении, вытесняющий резервуар 10 вмещает достаточное количество жидкости привода, и вытесняющий резервуар 20 вмещает приблизительно такое же количество бурового флюида. Клапаны 331,341, 231, 241, 45 и дроссель 46 закрыты. Буровой раствор циркулирует, как описано выше, приводя к возникновению разности давлений между давлением бурового раствора внутри трубопровода 7 буровой колонны и давлением бурового раствора в кольцеобразном пространстве 9. Таким образом, трубопровод 7 буровой колонны является стороной HP высокого давления устройства гидравлического мотора, и кольцеобразное пространство 9 является стороной LP низкого давления. Клапан 341 открывается, тем самым гидравлически подсоединяя вытесняющий резервуар 10 к трубопроводу 7 буровой колонны. Открытие клапана 341 подвергает жидкость привода в резервуаре 17 воздействию внутреннего давления буровой колонны без потока. Затем открывается клапан 231, подсоединяя, тем самым, вытесняющий резервуар 20 к кольцеобразному пространству 9. Открытие клапана 231 обеспечивает давление кольцеобразного пространства без потока. Открытие клапана 45 обеспечивает давление необязательной вспомогательной линии 49 для включения или активации при предельном потоке вспомогательного устройства перед приведением в действие гидравлического мотора 1. Постепенное открытие дросселя 46 создает увеличивающийся поток жидкости привода из вытесняющего резервуара 10 в вытесняющий резервуар 20 (через линии 11, 51, 55, 2, 3,52, и 21 соответственно, как объяснялось ранее) до тех пор, пока жидкость привода не будет смещена и вытеснена из вытесняющего резервуара 10 сжатым буровым раствором, поступающим в вытесняющий резервуар 10 в качестве рабочей текучей среды, и до тех пор, пока буровой раствор не будет смещен и вытеснен из вытесняющего резервуара 20 жидкостью привода, поступающей в вытесняющий резервуар 20. Управление дросселем 46, таким образом, позволяет управлять работой гидравлического мотора. Путем закрытия всех клапанов и открытия клапанов 241 и 331 вместо 341 и 231 устройство гидравлического мотора может управляться снова, при этом буровой раствор принимается вытесняющим резервуаром 20, смещая и вытесняя, тем самым, жидкость привода через соответствующие линии 21, 53,55, 2, 3, 54 и 11 обратно в вытесняющий резервуар 10. Этот цикл может быть повторен. На фиг. 3 показано альтернативное устройство гидравлического мотора, имеющего вытесняющую систему с коллектором 101, который более простой по сравнению с мостовым коллектором 100 на фиг. 1. Коллектор 101 основан на одном запорном клапане 40. Как и на фиг. 1 устройство гидравлического мотора на фиг. 3 снабжено первым и вторым вытесняющими резервуарами 10 и 20, подсоединенными к коллектору 101 через линии 11 и 21, соответственно. Как и в варианте осуществления на фиг. 1 второй вытесняющий резервуар 20 выполнен с возможностью принятия вытесненной жидкости привода и, после ее приема, смещения и вытеснения рабочей текучей среды в зону низкого давления, так что жидкость привода может накапливаться во втором вытесняющем резервуаре 20 и повторно циркулировать через устройство гидравлического мотора для использования в следующем цикле. Коллектор 101 содержит линию 50, которая гидравлически соединяет линию 11 с линией 12. Линия 50 отделена от линии 11 посредством клапана 45. Запорный клапан 40 расположен в линии 50 и обеспечивает поток в направлении от второго вытесняющего резервуара 20 к первому вытесняющему резервуару 10, и блокирует поток в обратном направлении. Гидравлический мотор 1 расположен в линии 60, которая выполнена с возможностью обхода запорного клапана 40. Линия 60 также снабжена устройством регулирования потока в виде дросселя 46. Необязательно линия 60 может быть снабжена запорным клапаном для блокирования потока из второго вытесняющего резервуара 20 в первый вытесняющий резервуар 10 через линию 60. Аналогично варианту осуществления на фиг. 1 коллектор 101 может быть снабжен необязательной вспомогательной линией 49, которая в варианте осуществления на фиг. 3 может быть подсоединена к линии 50 между клапаном 45 и запорным клапаном 40. Обходная линия 48, закорачивающая гидравлический мотор 1 и включающая предохранительный клапан 47, может быть обеспечена для защиты гидравлического мотора 1 таким же образом, как показано на фиг. 1. Вытесняющие резервуары 10, 20, распределительные коллекторы и зоны LP низкого давления мо-4 008997 гут быть такими же, или аналогичными изображенным на фиг. 1. Задачей коллектора 101 является гарантирование того, что жидкость привода всегда проходит в направлении стрелки 4 через линию 60. Устройство гидравлического мотора на фиг. 2 работает следующим образом. В начальном положении вытесняющий резервуар 10 вмещает достаточное количество жидкости привода, и вытесняющий резервуар 20 вмещает приблизительно такое же количество рабочей текучей среды, которая может быть буровым раствором. Клапаны 331, 341, 231, 241, 45 и дроссель 46 изначально закрыты. Разность давления устанавливается между HP и LP зонами, например, описанным выше способом, включая циркуляцию бурового раствора. Клапан 341 открывается, тем самым гидравлически подсоединяя вытесняющий резервуар 10 к рабочей текучей среде в зоне HP высокого давления. Открытие клапана 341 подвергает жидкость привода в резервуаре 17 воздействию внутреннего давления сжатой рабочей текучей среды без потока. Затем открывается клапан 231, подсоединяя, тем самым, вытесняющий резервуар 20 к зоне LP низкого давления. Жидкость привода все еще не проходит. Открытие клапана 45 обеспечивает давление необязательной вспомогательной линии 49 для включения или активации, при предельном потоке, вспомогательного устройства перед приведением в действие гидравлического мотора 1. Постепенное открытие дросселя 46 создает увеличивающийся поток жидкости привода из вытесняющего резервуара 10 в вытесняющий резервуар 20 (через линии 11, 50, 60, 50 и 21 соответственно), до тех пор, пока жидкость привода не будет смещена и вытеснена из вытесняющего резервуара 10 сжатой рабочей текучей средой, поступающей в вытесняющий резервуар 10, и до тех пор,пока выходная текучая среда не будет смещена и вытеснена из вытесняющего резервуара 20 жидкостью привода, поступающей в вытесняющий резервуар 20. Управление дросселем 46 позволяет управлять работой гидравлического мотора. Путем закрытия всех клапанов и открытия клапанов 241 и 331 вместо 341 и 231, устройство гидравлического мотора возвращается в свое начальное состояние, после которого цикл может быть повторен. Поскольку дроссель 46 и гидравлический мотор 1 оказывают сопротивление потоку в линии 60, жидкость привода будет проходить через запорный клапан 40 из вытесняющего резервуара 20 обратно в вытесняющий резервуар 10, обеспечивая открытие клапана 45. Основным принципом устройств гидравлического мотора, включенного в буровую колонну, например, такую, которая показана на фиг. 2, является то, что они приводятся в действие посредством разности давлений между трубопроводом 7 буровой колонны и кольцеобразным пространством 9. В качестве альтернативы, разность давлений может быть создана в трубопроводе 7 буровой колонны путем обеспечения подходящего ограничения потока, вследствие чего линии 14 и 24 должны быть подсоединены к трубопроводу 7 буровой колонны до ограничения потока, и линии 13 и 23 должны быть подсоединены к трубопроводу 7 буровой колонны после ограничения потока. Следует понимать, что устройство гидравлического мотора, описанное со ссылкой на фиг. 3, может быть установлено в буровой колонне тем же способом, как показано на фиг. 2. Преимуществом описанных выше устройств гидравлического мотора является то, что жидкость привода может быть полностью оптимизирована для приведения в действие гидравлического мотора 1, и буровой раствор может быть полностью оптимизирован для его использования в качестве рабочей текучей среды. Тонкие механизмы,такие как дроссель 46 и механизм привода в гидравлическом моторе 1, не подвергаются жестким условиям, возникающим при прохождении бурового раствора. Другим преимуществом устройства гидравлического мотора в соответствии с изобретением является то, что оно может управляться с использованием газообразной рабочей текучей среды, даже когда гидравлический мотор требует жидкой текучей среды привода. В целях предотвращения загрязнения жидкости привода рабочей текучей средой, предусмотрена подвижная стенка 15, 25 в вытесняющих резервуарах 10, 20, разделяющая два отделения 16, 17 и 26, 27 в каждом из вытесняющих резервуарах 10, 20. Первые отделения 16 и 26 зарезервированы для приема и содержания рабочей текучей среды, и вторые отделения 17 и 27 зарезервированы для приема и содержания жидкости привода. Подвижная стенка 15, 25 может быть выполнена в виде поршневого средства,которое подвижно размещено в цилиндрическом отверстии, которое находится в гидравлическом соединении с первым и вторым отделениями в соответствующих вытесняющих резервуарах. В качестве альтернативы подвижная стенка 15, 25 может быть выполнена в виде гибкой стенки, в частности гибкой мембраны, такой как резиновая мембрана. Преимуществом использования гибкой стенки является то, что она не требует скользящего перемещения, вследствие чего риск заедания является меньшим, чем при использовании поршня. Также меньшим является риск утечки из-за механического износа. В целях предотвращения блокирования входных отверстий отделений подвижной стенкой из-за вдавливания стенки в отделение вследствие загрузки отделения одно или оба отделения могут быть снабжены пористой секцией для гарантии того, что входные отверстия будут находиться в надежном контакте с объемом внутри отделения. Такая пористая секция может быть выполнена, например, в виде выступающих внутрь ребер на внутренних стенках отделений, или в виде гибкого губчатого материала. В предпочтительных вариантах осуществления в вытесняющей системе имеется заранее определенное фиксированное количество жидкости привода. Во избежание проблемы блокировки в отделении-5 008997 рабочей текучей среды, возможно обеспечение такого избыточного объема в отделении рабочей текучей среды, что некоторое количество рабочей текучей среды остается в вытесняющем резервуаре в ситуации,когда максимальное количество жидкости привода присутствует в вытесняющем резервуаре. Устройства гидравлического мотора, как изображено на фиг. 1 и 3, являются подходящими для прерывистого управления гидравлическим мотором 1 во время ограниченных периодов времени, максимальная длительность которых диктуется объемом, доступным в вытесняющих камерах для обмена жидкостью привода. Устройства гидравлического мотора являются также особенно подходящими для осуществления качания частоты на гидравлическом моторе 1 путем постепенного открытия дросселя 46. Квазинепрерывная работа гидравлического мотора 1 является достижимой в варианте осуществления на фиг. 1 путем соответствующего согласованного переключения клапанов 331, 231, 341, 241 и обеспечивается за счет наличия у гидравлического мотора достаточной инерции для перекрытия времени переключения. Для более непрерывной работы устройство гидравлического мотора на фиг. 1 может быть изменено для обеспечения по меньшей мере трех, и предпочтительнее по меньшей мере четырех вытесняющих резервуаров, со схемой подключения в виде циклической звезды, где вытесняющие резервуары, например, проходят по своим циклам с фиксированной разностью фаз. Цикл может выполняться снова и снова, и, таким образом, может быть обеспечен непрерывный поток жидкости привода через гидравлический мотор. На фиг. 4 схематически показан предпочтительный вариант осуществления устройства гидравлического мотора в виде переводника буровой колонны, который может быть секцией буровой колонны. Первый и второй вытесняющие резервуары 10, 20 расположены до и после узла 300, содержащего гидравлический мотор. Вытесняющие резервуары имеют форму тора вокруг расположенного по центру прохода 71 для бурового раствора. Цилиндрические мембраны 15, 25 отделяют соответствующие отделения 16, 26 для рабочей текучей среды, такой как буровой раствор, от отделений 17, 27 для жидкости привода, такой как гидравлическое масло. В этом примере внешние отделения 16, 26 используются в качестве отделений рабочей текучей среды и внутренние отделения 17, 27 в качестве отделений жидкости привода, но они могут использоваться и наоборот, если так необходимо. Отделения с 201 по 204 предназначены в качестве корпуса для необходимого клапанного средства и, необязательно, другого средства, такого как управляющая электроника и батареи для питания управляющей электроники, и, необязательно, также для питания клапанов. На фиг. 5 показан подробный вариант осуществления для вытесняющего резервуара 10 тороидальной формы. Этот вариант осуществления также применим для вытесняющего резервуара 20. В этом варианте осуществления вытесняющий резервуар размещен внутри внешней трубы 70, которая расположена между защитным корпусом 75 со стороны бурового раствора и защитным корпусом 85 со стороны жидкости привода. Защитный корпус 75 снабжен каналом 76 подачи/выпуска для подачи и выпуска рабочего флюида в виде бурового раствора, и защитный корпус 85 снабжен каналом 86 подачи/выпуска для подачи и выпуска жидкости привода. Каналы 76 и 86 подачи/выпуска соответственно относятся к или подсоединены к линиям 12 и 22, как схематически изображено на фиг. 1 и 3. К соответствующим защитным корпусам 75 и 85 подсоединены вкладыши 72 и 82 мембран, которые подсоединены с помощью средства 77 и 87 крепления. Защитные корпуса 75, 85 и вкладыши 72, 82 мембран снабжены центральным отверстием, которое гидравлически соединяется с центральной трубой 74 для образования расположенного по центру прохода 71 бурового раствора, который обходит вытесняющие резервуары. Мембрана 15 зажата между вкладышами 72, 82 мембран и соответствующими зажимными кольцами 73 и 83, которые подсоединены к вкладышам 72, 82 мембран с помощью средства 78 и 88 крепления,так что мембрана 15 удерживается между вкладышами 72, 82 мембраны и соответствующими зажимными кольцами 73, 83. Вкладыши 72, 82 мембран и/или зажимные кольца 73, 83 предпочтительно снабжены рифленой зажимной поверхностью. Отделение 16 рабочей текучей среды образовано кольцеобразным пространством между внешней трубой 79 и мембраной 15, и отделение 17 жидкости привода образовано кольцеобразным пространством между внутренней трубой 74 и мембраной 15. Зажимное кольцо 73 со стороны бурового раствора снабжено каналом 70, который гидравлически соединяет отделение 16 рабочего флюида и канал76 подачи/выпуска. Канал 70 может быть выполнен в виде отверстия, но в варианте осуществления на фиг. 5 он выполнен в виде выемки на внешней стороне зажимного кольца 73, при этом выемка вместе с внешней трубой 79 образует канал 70. Аналогичным образом, направляющая 85 мембраны со стороны рабочей текучей среды снабжена каналом 80, который гидравлически соединяет отделение 17 жидкости привода с каналом 86 подачи/выпуска. Надлежащим образом мембрана 15 образована, по существу, цилиндрическим куском резинового шланга, имеющим толщину стенки в 11 мм, и в основном между 6 и 21 мм. Внешняя стенка внутренней трубы 74 снабжена кольцеобразными выемками для предотвращения полного соприкосновения мембраны 15 с внутренней трубой, блокируя тем самым канал 80. Имеется-6 008997 избыточный объем, предусмотренный в отделении 16 рабочей текучей среды по сравнению с объемом жидкости привода, который может быть получен в отделении 17 жидкости привода при нормальной работе, для предотвращения блокирования канала 70 мембраной 15. В варианте осуществления на фиг. 5 отделение рабочей текучей среды и отделение жидкости привода содержат внутреннее кольцеобразное пространство и внешнее кольцеобразное пространство, вследствие чего внешнее кольцеобразное пространство по существу окружает внутреннее кольцеобразное пространство. Этот вариант осуществления является особенно подходящим, когда мембранная стенка применяется в качестве подвижной стенки, поскольку для данного объема вытеснения требуется сравнительно малое смещение стенки. В альтернативном варианте осуществления подвижная стенка выполнена таким образом, что отделение рабочей текучей среды и отделение жидкости привода аксиально отделены друг от друга. Это может быть достигнуто подходящим образом путем замены мембраны 15 кольцеобразным поршнем, который подвижно уплотняет относительно внутренней трубы 74 и внешней трубы 79. Следует понимать,что вкладыши 72, 82 мембраны и зажимные кольца 73, 83 не являются необходимыми в таком альтернативном варианте осуществления, и что внутренняя труба должна, например, достигать защитных корпусов 75 и 85. Ссылаясь на фиг. 4 и 5, в практическом примере внешний диаметр D1 стабилизирующих пластин 121 в секции буровой трубы может быть размером в 215 мм и подходить для так называемой 84 дюймовой скважины. Диаметр D2 прохода 71 бурового раствора может иметь размер 38 мм (что соответствуетдюйма) и внешний диаметр D3 внешней трубы 79 может иметь размер 170 мм (что соответствует 64 дюйма). Принимая осевую длину L1 равной 1 м, обеспечивается доступное пространство для приблизительно 10 л жидкости привода для обмена между резервуарами 10 и 20. Дополнительно принимая разность давлений между точкой подачи рабочей текучей среды и точкой выпуска рабочей текучей среды в 80 бар, что является реальным для бурового раствора в подземной буровой работе, и скорость потока в 1 л/с, это устройство гидравлического мотора должно быть способно развивать мощность 7,8 кВатт на протяжении 10 с. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство гидравлического мотора, содержащее гидравлический мотор и средство для подачи жидкости привода в гидравлический мотор для приведения в действие гидравлического мотора, причем средство содержит первый и второй вытесняющие резервуары, при этом первый вытесняющий резервуар выполнен с возможностью вмещения жидкости привода и выполнен с возможностью приема сжатой рабочей текучей среды, отличной от жидкости привода, из зоны высокого давления, и смещения после его приема и вытеснения жидкости привода из первого вытесняющего резервуара в вытесняющую систему,которая содержит гидравлический мотор, и второй вытесняющий резервуар выполнен с возможностью размещения после гидравлического мотора для приема вытесненной жидкости привода и смещения после ее приема и вытеснения выходящей текучей среды, отличной от жидкости привода, в зону низкого давления. 2. Устройство гидравлического мотора по п.1, в котором по меньшей мере один из вытесняющих резервуаров снабжен первым отделением для содержания рабочей текучей среды и второым отделением для содержания жидкости привода, при этом два отделения разделены подвижной стенкой. 3. Устройство гидравлического мотора по п.1 или 2, в котором вытесняющая система содержит устройство регулирования потока. 4. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.1-3, в котором коллектор подачи имеет вспомогательное клапанное средство для подачи сжатой рабочей текучей среды попеременно в первый и второй вытесняющие резервуары. 5. Устройство гидравлического мотора по п.4, в котором вытесняющая система содержит мостовой коллектор, в который встроен гидравлический мотор, при этом мостовой коллектор снабжен вторым клапанным средством для направления жидкости привода через гидравлический мотор в одном направлении потока. 6. Устройство гидравлического мотора по п.5, в котором второе клапанное средство включает запорные клапаны. 7. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.1-6, в котором в вытесняющей системе предусмотрен обходной канал для обхода гидравлического мотора, и обходной канал предпочтительно включает предохранительный клапан. 8. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.1-7, которое расположено внутри буровой колонны, опущенной в подземную скважину, при этом буровая колонна образует трубопровод буровой колонны, который на или близко к концу поверхности подсоединен к насосу подачи рабочей текучей среды для накачивания рабочей текучей среды внутрь трубопровода буровой колонны, который на другом конце через выпускное отверстие находится в гидравлическом соединении с обратным путем к концу поверхности.-7 008997 9. Устройство гидравлического мотора по п.8, в котором буровая колонна содержит внешнюю трубу, внутри которой расположена внутренняя труба с образованием кольцеобразного пространства между внутренней трубой и внешней трубой, образующего по меньшей мере одну из вытесняющих камер. 10. Устройство гидравлического мотора по п.9, в котором подвижная стенка размещена в кольцеобразном пространстве, разделяя кольцеобразное пространство на первое и второе отделения, при этом каждое из первого и второго отделений снабжено входным/выходным отверстием для прохода текучей среды в и из соответствующего отделения. 11. Устройство гидравлического мотора по п.10, в котором первое отделение содержит внутреннее кольцеобразное пространство, и второе отделение содержит внешнее кольцеобразное пространство, при этом внешнее кольцеобразное пространство расположено радиально вплотную к внутреннему кольцеобразному пространству. 12. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.8-11, в котором первый вытесняющий резервуар гидравлически соединен с трубопроводом буровой колонны, и второй вытесняющий резервуар гидравлически соединен с обратным путем, обходя выпускное отверстие трубопровода буровой колонны. 13. Устройство гидравлического мотора по любому из пп.1-12, в котором гидравлический мотор является частью гидравлического генератора, причем гидравлический мотор содержит средство отвода механической энергии, при этом средство отвода механической энергии подсоединено к средству преобразования энергии для преобразования механической энергии в энергию другого вида, включающую одну или более из электрической энергии, сейсмической энергии и тепловой энергии. 14. Способ управления гидравлическим мотором, содержащий этапы, на которых заполняют первый вытесняющий резервуар жидкостью привода,заполняют второй вытесняющий резервуар выходящей текучей средой, отличной от жидкости привода,сжимают рабочую текучую среду, которая является отличной от жидкости привода,сообщают давление сжатой рабочей текучей среды жидкости привода,смещают жидкость привода и вытесняют жидкость привода из первого вытесняющего резервуара,проводят вытесненную жидкость привода через гидравлический мотор во второй вытесняющий резервуар,приводят в действие гидравлический мотор с помощью вытесненной жидкости привода,сообщают давление вытесненной жидкости привода выходящей текучей среде,смещают выходящую текучую среду и вытесняют выходящую текучую среду из второго вытесняющего резервуара в зону низкого давления. 15. Способ по п.14, при котором выходящую текучую среду вытесняют из второго вытесняющего резервуара с той же объемной скоростью, с которой жидкость привода вытесняют из первого вытесняющего резервуара. 16. Способ по п.14 или 15, при котором потоком вытесненной жидкости привода управляют посредством управляемого дросселя. 17. Способ по любому из пп.14-16, при котором сжатую рабочую текучую среду подают попеременно в первый и второй вытесняющие резервуары.
МПК / Метки
МПК: F04B 47/08, F04B 9/107
Метки: гидравлического, управления, мотором, мотора, устройство, способ, гидравлическим
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/12-8997-ustrojjstvo-gidravlicheskogo-motora-i-sposob-upravleniya-gidravlicheskim-motorom.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство гидравлического мотора и способ управления гидравлическим мотором</a>
Предыдущий патент: Устройство и способ для изготовления выполненных на заказ емкостей для сигарет
Следующий патент: Крекинг-печь
Случайный патент: Способ формования для изготовления полимерных изделий и устройство для осуществления способа