[go: up one dir, main page]

RU2695735C1 - Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well - Google Patents

Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well Download PDF

Info

Publication number
RU2695735C1
RU2695735C1 RU2018143155A RU2018143155A RU2695735C1 RU 2695735 C1 RU2695735 C1 RU 2695735C1 RU 2018143155 A RU2018143155 A RU 2018143155A RU 2018143155 A RU2018143155 A RU 2018143155A RU 2695735 C1 RU2695735 C1 RU 2695735C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylindrical body
hollow cylindrical
swirler
flow
fluid flow
Prior art date
Application number
RU2018143155A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Александрович Башмур
Эдуард Аркадьевич Петровский
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2018143155A priority Critical patent/RU2695735C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2695735C1 publication Critical patent/RU2695735C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/10—Influencing flow of fluids around bodies of solid material
    • F15D1/12—Influencing flow of fluids around bodies of solid material by influencing the boundary layer
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0085—Adaptations of electric power generating means for use in boreholes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: group of inventions relates to a fluid flow swirler, a method for swirling a fluid flow using said swirler, a downhole electric generator with said swirler and a method of generating electric power in a well using said electric generator. Fluid flow swirler comprises a hollow cylindrical body with a relief on the inner surface. Hollow cylindrical body is assembled of alternating non-rotating and rotating parts, or of rotating parts, at least one of which is rotating, installed in bearings with possibility of rotation around axis of hollow cylindrical body.EFFECT: technical result consists in expansion of functional capabilities, increase of swirler capacity, as well as in improvement of efficiency of electric power generation.25 cl, 6 dwg

Description

Изобретения относятся к области добычи углеводородов и бурения скважин и могут быть использованы в целях завихрения потока текучей среды и создания переменного давления на внутреннюю цилиндрическую поверхность различного оборудования и инструмента, в частности, насосно-компрессорных и бурильных труб, в целях: автономной выработки электроэнергии; выравнивания температурных неравномерностей, местного охлаждения инструмента и оборудования; использования в составе газосепараторов; борьбы с парафино- и гидратообразованиями.The invention relates to the field of hydrocarbon production and well drilling and can be used to swirl the fluid flow and create variable pressure on the inner cylindrical surface of various equipment and tools, in particular tubing and drill pipe, in order to: autonomous power generation; equalization of temperature non-uniformities, local cooling of tools and equipment; use in gas separators; fight against paraffin and hydrate formation.

Из уровня техники известно, что потоки текучей среды могут быть закручены специальными устройствами - завихрителями, в частности, придающими потоку вращательную составляющую скорости и имеющими свою классификацию.It is known from the prior art that fluid flows can be swirled by special devices — swirlers, in particular, which impart a rotational velocity component to the flow and have their own classification.

Известны, например, лопаточные завихрители потока, содержащие установленные под определенным углом к потоку в живом сечении цилиндрической поверхности лопатки (монография - Халатов А.А. Теория и практика закрученных потоков. Киев.: Наукова думка. 1989. СС. 7-8).Known, for example, scapular flow swirls containing installed at a certain angle to the flow in a live section of the cylindrical surface of the scapula (monograph - A. Halatov. Theory and practice of swirling flows. Kiev: Naukova Dumka. 1989. SS. 7-8).

К недостаткам известных лопаточных завихрителей потока относится перекрытие живого сечения внутренней цилиндрической поверхности, а также их существенная зависимость от свойств протекающей среды, например, ее плотности и вязкости.The disadvantages of the known scapular flow swirls include the overlap of the living section of the inner cylindrical surface, as well as their significant dependence on the properties of the flowing medium, for example, its density and viscosity.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является завихритель, содержащий на поверхности полого цилиндрического тела протяженный наружный или внутренний рельеф (монография - Митрофанова О.В. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах ядерно-энергетических установок. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2010. СС. 12-17, рис. 1, прототип).The closest technical solution, selected as a prototype, is a swirler containing an extended external or internal relief on the surface of a hollow cylindrical body (monograph - Mitrofanova O.V. Hydrodynamics and heat transfer of swirling flows in the channels of nuclear power plants. M .: FIZMATLIT. 2010 SS. 12-17, Fig. 1, prototype).

К недостаткам прототипа завихрителя относится низкая эффективность, обусловленная недостаточным перераспределением осевой и вращательной составляющих движения потока текучей среды в завихрителе, а также невозможность регулировки параметров закрутки потока.The disadvantages of the prototype of the swirl include low efficiency due to insufficient redistribution of the axial and rotational components of the fluid flow in the swirl, as well as the inability to adjust the flow swirl parameters.

Наиболее близким из известных решений к заявленному способу закрутки потока текучей среды является способ закрутки потока жидкости, включающий размещение завихрителя вдоль потока текучей среды, прохождение потока в полом цилиндрическом теле завихрителя, преобразование течения в пульсирующий турбулентный поток с флуктуациями давления в периферийной зоне, перераспределение скоростей потока (монография - Митрофанова О.В. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах ядерно-энергетических установок. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2010. СС. 12-17, прототип).The closest known solutions to the claimed method of swirling a fluid flow is a method of swirling a fluid flow, comprising placing the swirl along the fluid flow, passing the flow in a hollow cylindrical body of the swirl, converting the flow into a pulsating turbulent flow with pressure fluctuations in the peripheral zone, redistributing the flow velocity (monograph - Mitrofanova O.V. Hydrodynamics and heat transfer of swirling flows in the channels of nuclear power plants. M .: FIZMATLIT. 2010. SS. 12-17, rototip).

Недостатком известного способа закрутки потока, принятого в качестве прототипа, является низкая эффективность из-за недостаточного перераспределения потока, так как малая его часть уходит на окружную составляющую, доминирующую для закрутки потока.A disadvantage of the known method of swirling the flow, adopted as a prototype, is low efficiency due to insufficient redistribution of the flow, since a small part of it goes to the peripheral component, which dominates for swirling the flow.

Из уровня техники известно использование завихрителей потока в скважинных генераторах электроэнергии и в способах генерирования электроэнергии в скважине.It is known from the prior art to use flow swirls in downhole electric power generators and in methods for generating electric power in a well.

Известен автономный скважинный электрогенератор, содержащий завихритель потока в виде установленного в насосно-компрессорную трубу (НКТ) перпендикулярно потоку тела с плохо обтекаемым профилем, а также расположенные за телом пластины с пьезоэлементами (труды конференции - Ahmad T.J., Arsalan М., Black M.J., Noui-Mehidi M.N. Piezoelectric Based Flow Power Harvesting for Downhole Environment // Proceedings of the SPE Middle East Intelligent Oil and Gas Conference and Exhibition, 15-16 September, Abu Dhabi, UAE. 2015. PP. 1-8).A self-contained downhole electric generator is known, containing a flow swirl in the form of a pipe installed in a tubing perpendicular to the body flow with a poorly streamlined profile, and also plates with piezoelectric elements located behind the body (conference proceedings - Ahmad TJ, Arsalan M., Black MJ, Noui -Mehidi MN Piezoelectric Based Flow Power Harvesting for Downhole Environment // Proceedings of the SPE Middle East Intelligent Oil and Gas Conference and Exhibition, 15-16 September, Abu Dhabi, UAE. 2015. PP. 1-8).

К недостаткам известного устройства относится установка электрогенератора внутри НКТ поперек проходного сечения (в живом сечении), что ведет к существенному увеличению гидравлических сопротивлений, к невозможности проведения некоторых работ по капитальному ремонту скважин и каротажных работ внутри НКТ, а также к невозможности использования большого количества пьезоэлементов, что снижает мощность электрогенератора.The disadvantages of the known device include the installation of an electric generator inside the tubing cross-sectional (in live section), which leads to a significant increase in hydraulic resistance, the impossibility of some work on overhaul of wells and logging inside the tubing, as well as the impossibility of using a large number of piezoelectric elements, which reduces the power of the generator.

Наиболее близким техническим решением электрогенератора, выбранного в качестве прототипа, является скважинный электрогенератор, содержащий генератор с, по меньшей мере, одной обмоткой, системой магнитов, а также вращатель в виде безлопастной турбины, снабженной дисками, взаимодействующими периферийной частью с потоком среды с возможностью их вращения (Патент РФ №2616198 С2, дата приоритета 28.12.2012, дата публикации 13.04.2017, автор Даунинг Э.Д., US, прототип).The closest technical solution to the generator, selected as a prototype, is a downhole generator containing a generator with at least one winding, a system of magnets, and also a rotator in the form of a bladeless turbine equipped with disks that interact with the peripheral part of the medium with the possibility of rotation (RF patent No. 2616198 C2, priority date 12/28/2012, publication date 04/13/2017, author Downing E.D., US, prototype).

Недостатком прототипа электрогенератора является высокая зависимость данного электрогенератора от свойств и характеристик протекающей через генератор среды, в частности, с усилением потока существенно снижается КПД турбины, так как увеличиваются гидравлические потери, кроме того, устройство устанавливается внутри трубы и существенно сужает живое сечение потока.The disadvantage of the prototype of the generator is the high dependence of this generator on the properties and characteristics of the medium flowing through the generator, in particular, with increased flow, the turbine efficiency is significantly reduced, as hydraulic losses increase, in addition, the device is installed inside the pipe and significantly narrows the live flow cross section.

Известен способ генерирования электроэнергии в скважине, включающий прохождение потока жидкости через завихритель потока внутри насосно-компрессорной трубы, ведущее к созданию направленных вихревых дорожек Кармана, изгибающих за счет сформированной разности давлений пластину с пьезоэлементами, и, таким образом, вырабатывающих электроэнергию за счет прямого пьзоэффекта (труды конференции - Ahmad T.J., Arsalan М., Black M.J., Noui-Mehidi M.N. Piezoelectric Based Flow Power Harvesting for Downhole Environment // Proceedings of the SPE Middle East Intelligent Oil and Gas Conference and Exhibition, 15-16 September, Abu Dhabi, UAE. 2015. PP. 1-8).A known method of generating electricity in a well, including the passage of a fluid stream through a flow swirl inside a tubing, leads to the creation of directional Karman vortex paths that bend a plate with piezoelectric elements due to the generated pressure difference, and thus generate electricity due to a direct piezoelectric effect ( Conference Proceedings - Ahmad TJ, Arsalan M., Black MJ, Noui-Mehidi MN Piezoelectric Based Flow Power Harvesting for Downhole Environment // Proceedings of the SPE Middle East Intelligent Oil and Gas Conference and Exhibition, 15-16 September, Abu Dhabi, UAE . 2015. PP. 1-8).

Недостатком известного способа является сложность контроля вихревых дорожек, которые зависят от скорости потока - переменной величины, сложно прогнозируемой для каждой конкретной скважины; кроме того, затруднительно воздействовать данными дорожками на стенки скважины, так как амплитуда дорожек гасится основным потоком тем сильнее, чем большее отклонение от оси скважины имеет дорожка.The disadvantage of this method is the complexity of the control of the vortex paths, which depend on the flow rate - a variable, difficult to predict for each particular well; in addition, it is difficult to influence these paths on the walls of the well, since the amplitude of the paths is suppressed by the main stream, the stronger, the greater the deviation from the axis of the well the path has.

Наиболее близким из известных решений к заявленному способу генерирования электроэнергии в скважине является способ, включающий размещение безлопастного генератора вдоль главного потока текучей среды ствола скважины; направления части потока текучей среды через турбину; преобразование вращения турбины генератора в электрическую энергию; использование электрической энергии для питания скважинного оборудования; выпуск части потока текучей среды обратно в главный поток (номер публикации международной заявки WO №2014/105053 А1, дата приоритета 28.12.2012, дата публикации 03.07.2014, автор: Downing A.J., а также опубликовано, как патент РФ №2616198 С2, дата приоритета 28.12.2012, дата публикации 13.04.2017, автор Даунинг Э.Д., US, прототип).The closest known solutions to the claimed method of generating electricity in the well is a method comprising placing a bladeless generator along the main fluid flow of a wellbore; directing a portion of the fluid stream through the turbine; conversion of rotation of a generator turbine into electrical energy; use of electric energy to power downhole equipment; the release of part of the fluid stream back to the main stream (publication number of international application WO No. 2014/105053 A1, priority date 12/28/2012, publication date 07/03/2014, author: Downing AJ, and also published as RF patent No. 2616198 C2, date Priority December 28, 2012, publication date April 13, 2017, author Downing E.D., US, prototype).

Недостатком известного способа, принятого в качестве прототипа, является низкая эффективность из-за неиспользования мощности энергии потока, как источника флуктуаций давления.The disadvantage of this method, adopted as a prototype, is the low efficiency due to the non-use of the power of the flow energy as a source of pressure fluctuations.

Технической проблемой, решаемой изобретениями, объединенными единым изобретательским замыслом, является расширение функциональных возможностей и увеличение мощности завихрителя потока текучей среды, а также скважинного электрогенератора, содержащего завихритель потока, новые конструктивные решения которых существенно повысят эффективность способа закрутки потока текучей среды и способа генерирования электроэнергии в скважине.The technical problem solved by the inventions united by a single inventive concept is to expand the functionality and increase the power of the fluid flow swirl, as well as a downhole electric generator containing a flow swirl, new design solutions which will significantly increase the efficiency of the method of swirling the fluid flow and the method of generating electricity in the well .

Для решения технической проблемы предложен завихритель потока текучей среды, содержащий полое цилиндрическое тело с рельефом на внутренней поверхности. Новым является то, что полое цилиндрическое тело выполнено сборным из чередующихся между собой невращающихся и вращающихся частей, либо из вращающихся частей, по меньшей мере, одна из которых, являющаяся вращающейся, установлена в подшипниках с возможностью вращения вокруг оси полого цилиндрического тела.To solve a technical problem, a fluid flow swirl is proposed comprising a hollow cylindrical body with a relief on the inner surface. What is new is that the hollow cylindrical body is prefabricated from alternating non-rotating and rotating parts, or from rotating parts, at least one of which, which is rotating, is mounted in bearings with the possibility of rotation around the axis of the hollow cylindrical body.

Согласно изобретению, установленная в подшипниках вращающаяся часть полого цилиндрического тела выполнена в виде безлопастной турбины.According to the invention, the rotating part of the hollow cylindrical body mounted in the bearings is made in the form of a bladeless turbine.

Согласно изобретению, установленная в подшипниках вращающаяся часть полого цилиндрического тела снабжена тангенциально расположенными снаружи соплами, установленными однонаправлено по окружности в равномерно выполненные в этой части радиальные сквозные отверстия.According to the invention, the rotating part of the hollow cylindrical body mounted in the bearings is provided with nozzles tangentially located on the outside and mounted unidirectionally around the circumference into uniformly made radial through holes in this part.

Согласно изобретению, сопла с требуемыми внутренними диаметрами и радиусами кривизны канала установлены сменными.According to the invention, nozzles with the required internal diameters and radii of curvature of the channel are set interchangeable.

Согласно изобретению, в сквозные отверстия с соплами со стороны внутренней поверхности вставлен сменный фильтр.According to the invention, a replaceable filter is inserted into the through holes with nozzles from the side of the inner surface.

Согласно изобретению, завихритель снабжен системой слива, содержащей трубки, соединяющие сопла в вертикальный ряд и сообщающиеся с ними, при этом нижние концы трубок расположены в емкости сбора, установленной в первой по ходу движения текучей среды части, в которой выполнены поперечные сквозные пазы, сообщающиеся с емкостью сбора, охватывающей эту часть полого цилиндрического тела, и предназначенные для слива в полое цилиндрическое тело.According to the invention, the swirl is equipped with a drainage system containing tubes connecting the nozzles in a vertical row and communicating with them, while the lower ends of the tubes are located in the collection tank installed in the first along the direction of the fluid part, in which there are transverse through grooves in communication with collection capacity, covering this part of the hollow cylindrical body, and intended for discharge into the hollow cylindrical body.

Согласно изобретению, на внутренней поверхности полого цилиндрического тела в зоне слива выполнено коническое сужение, направленное к его оси по ходу движения текучей среды, предназначенное для осуществления слива в полое цилиндрическое тело по принципу струйного насоса.According to the invention, on the inner surface of the hollow cylindrical body in the discharge zone, a conical narrowing is made, directed towards its axis in the direction of the fluid, designed to discharge into the hollow cylindrical body according to the principle of a jet pump.

Согласно изобретению, емкость сбора образована стенкой желоба, охватывающего часть полого цилиндрического тела, и состоящего из двух симметричных полуколец, установленных в пазы полого цилиндрического тела в месте слива.According to the invention, the collection tank is formed by the wall of the trough, covering part of the hollow cylindrical body, and consisting of two symmetrical half rings installed in the grooves of the hollow cylindrical body at the drain.

Согласно изобретению, внутренняя поверхность полого цилиндрического тела снабжена рельефом частично или полностью.According to the invention, the inner surface of the hollow cylindrical body is provided with a relief partially or completely.

Согласно изобретению, внутренняя поверхность частей полого цилиндрического тела выполнена или с шероховатостью, или с микрорельефом, или с макрорельефом.According to the invention, the inner surface of the parts of the hollow cylindrical body is made either with roughness, or with a microrelief, or with a macrorelief.

Согласно изобретению, внутренняя поверхность полого цилиндрического тела выполнена с углом наклона к его оси по ходу движения текучей среды.According to the invention, the inner surface of the hollow cylindrical body is made with an angle of inclination to its axis in the direction of the fluid.

Согласно изобретению, установленные в подшипниках вращающиеся части полого цилиндрического тела установлены вдоль него с разным шагом.According to the invention, the rotating parts of the hollow cylindrical body mounted in the bearings are mounted along it with different pitch.

Согласно изобретению, завихритель дополнительно снабжен наружным защитным кожухом или трубой.According to the invention, the swirler is additionally provided with an external protective casing or pipe.

Для решения технической проблемы предложен способ закрутки потока текучей среды, характеризующийся тем, что он осуществляется с помощью заявляемого завихрителя, при этом размещают указанный завихритель вдоль потока текучей среды, при прохождении потока в полом цилиндрическом теле завихрителя осуществляется преобразование, по меньшей мере, части потока текучей среды в пульсирующий турбулентный поток с флуктуациями давления в периферийной зоне и перераспределение, по меньшей мере, части скоростей потока, причем при прохождении потока в полом цилиндрическом теле на него осуществляется дополнительное воздействие по перераспределению скорости закрутки потока путем последовательного вовлечения слоев потока текучей среды, начиная с граничного, при попадании потока, как минимум, на одну установленную в подшипниках вращающуюся часть полого цилиндрического тела.To solve a technical problem, a method for swirling a fluid flow is proposed, characterized in that it is carried out using the inventive swirler, while the swirl is placed along the fluid flow, while passing the flow in the hollow cylindrical body of the swirler, at least part of the fluid flow is converted medium into a pulsating turbulent flow with pressure fluctuations in the peripheral zone and the redistribution of at least part of the flow velocities, moreover, when the flow passes in a hollow cylindrical body, it is additionally affected by the redistribution of the flow swirl speed by successively involving the layers of the fluid flow, starting from the boundary, when the flow enters at least one rotating part of the hollow cylindrical body installed in the bearings.

Согласно изобретению, скорость вращения частей завихрителя и, соответственно, скорость закрутки потока регулируются сменными соплами с требуемыми внутренними диметрами и радиусами кривизны канала.According to the invention, the rotational speed of the swirl parts and, accordingly, the swirl speed of the flow are controlled by replaceable nozzles with the required internal dimeters and radii of curvature of the channel.

Для решения технической проблемы предложен скважинный электрогенератор, содержащий генератор с обмоткой возбуждения и системой магнитов, а также вращатель в виде безлопастной турбины. Новым является то, что в качестве вращателя электрогенератор содержит заявляемый завихритель потока текучей среды, предназначенный для закручивания потока текучей среды и создания электромагнитного поля. Обмотка возбуждения закреплена на внутренней поверхности неподвижной защитной трубы или кожуха. Система магнитов закреплена на внешней поверхности установленных в подшипниках вращающихся частей и/или на трубках системы слива завихрителя, а вдоль потока текучей среды в полом цилиндрическом теле установлены пьезоэлементы с возможностью контактирования с потоком текучей среды. При этом в полом цилиндрическом теле выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для вывода электродов пьезоэлементов.To solve a technical problem, a downhole electric generator is proposed comprising a generator with an excitation winding and a system of magnets, as well as a rotator in the form of a bladeless turbine. What is new is that, as a rotator, the electric generator comprises the inventive fluid flow swirl designed to swirl the fluid flow and create an electromagnetic field. The field winding is fixed on the inner surface of the stationary protective tube or casing. The magnet system is mounted on the outer surface of the rotating parts installed in the bearings and / or on the tubes of the swirl system, and piezoelectric elements are installed along the fluid flow in the hollow cylindrical body with the possibility of contacting with the fluid flow. At the same time, at least one hole is made in the hollow cylindrical body for outputting the electrodes of the piezoelectric elements.

Согласно изобретению, пьезоэлементы наклеены на внутреннюю поверхность полого цилиндрического тела.According to the invention, the piezoelectric elements are glued to the inner surface of the hollow cylindrical body.

Согласно изобретению, электроды пьезоэлементов выведены через отверстие в переводнике.According to the invention, the electrodes of the piezoelectric elements are removed through an opening in the sub.

Согласно изобретению, пьезоэлементы вставлены в радиальные сквозные отверстия, выполненные рядами на участках полого цилиндрического тела, следующих за установленными в подшипниках вращающимися частями.According to the invention, the piezoelectric elements are inserted into the radial through holes made in rows in the sections of the hollow cylindrical body following the rotating parts installed in the bearings.

Согласно изобретению, снаружи полого цилиндрического тела установлены хомуты, снабженные отверстиями для вывода электродов пьезоэлементов.According to the invention, clamps are provided on the outside of the hollow cylindrical body, provided with holes for outputting the electrodes of the piezoelectric elements.

Согласно изобретению, между пьезоэлементами и хомутом установлены эластомеры.According to the invention, elastomers are installed between the piezoelectric elements and the clamp.

Согласно изобретению, радиальные сквозные отверстия снабжены резьбовым участком с наружной стороны полого цилиндрического тела, при этом в отверстия установлены пьезоэлементы, чередующиеся с эластомерами, образующие блок, который расположен со стороны внутренней поверхности полого цилиндрического тела, а со стороны его внешней поверхности на резьбовом соединении установлена упорная втулка, через отверстие которой выведены электроды пьезоэлементов.According to the invention, the radial through holes are provided with a threaded section on the outer side of the hollow cylindrical body, with piezoelectric elements alternating with elastomers installed in the holes, forming a block that is located on the inner surface of the hollow cylindrical body, and is installed on the threaded connection from the side of its outer surface thrust sleeve, through the hole of which the electrodes of the piezoelectric elements are removed.

Согласно изобретению, между потоком текучей среды и пьзоэлементами установлена гидроизоляционная пленка.According to the invention, a waterproofing film is installed between the fluid flow and the piezoelectric elements.

Для решения технической проблемы предложен способ генерирования электроэнергии в скважине с помощью заявляемого скважинного электрогенератора, содержащего заявляемый завихритель потока текучей среды, включающий размещение указанных скважинного электрогенератора с завихрителем вдоль потока текучей среды, направление, по меньшей мере, части потока через электрогенератор, получение кинетической энергии вращения завихрителя посредством воздействия на него потока, преобразование кинетической энергии вращения завихрителя в электрическую энергию за счет создания электрогенератором магнитного поля, преобразование энергии пульсирующего турбулентного потока в электрическую энергию за счет прямого пьезоэффекта, использование электрической энергии для питания скважинного оборудования.To solve a technical problem, a method for generating electricity in a well using the inventive downhole electric generator comprising the inventive fluid flow swirl including the placement of said downhole electric generator with a swirl along a fluid flow, the direction of at least part of the flow through the electric generator, and obtaining kinetic energy of rotation swirl through the influence of flow on it, the conversion of the kinetic energy of rotation of the swirl into electric ical energy through the creation of an electric magnetic field energy conversion pulsating turbulent flow into electrical energy by the direct piezoelectric effect, the use of electric energy for downhole equipment supply.

Согласно изобретению, способ включает перепускание части потока через систему слива обратно в поток текучей среды в электрогенераторе.According to the invention, the method includes bypassing part of the flow through the drain system back into the fluid stream in the generator.

На фиг. 1 представлен общий вид завихрителя потока текучей среды; на фиг. 2 - общий вид завихрителя потока текучей среды с безлопастной турбиной и системой слива; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 представлен общий вид скважинного электрогенератора; на фиг. 6 - узел В на фиг. 5.In FIG. 1 is a perspective view of a fluid flow swirl; in FIG. 2 is a general view of a fluid flow swirl with a bladeless turbine and a drain system; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 is a section BB in FIG. 2; in FIG. 5 shows a general view of a downhole electric generator; in FIG. 6 - node B in FIG. five.

Завихритель потока текучей среды содержит полое цилиндрическое тело 1 с регулярным выпуклым или вогнутым рельефом 2 на внутренней поверхности, который может представлять собой полностью регулярный или частично регулярный рельеф, может являться гладкой поверхностью с некоторой шероховатостью или микрорельефом, или макрорельефом. Полое цилиндрическое тело 1 может быть интегрировано в какое-либо устройство, например, колонну труб, либо быть собранным из его элементов, например, трубы. Нижнее и верхнее основания цилиндрического тела 1 закреплены посредством разъемных и/или неразъемных соединений (не показаны). Полое цилиндрическое тело 1 представляет собой сборку из чередующихся между собой вращающихся цилиндрических частей 3 и невращающихся, либо вращающихся - с отличной от частей 3 скоростью -цилиндрических частей 4. В торцах 5 полого цилиндрического тела 1 с внешней стороны части 3 и с внутренней стороны части 4 выполнены кольцевые площадки под установку опорно-центрирующих подшипников 6 (например, конических роликовых подшипников). Таким образом, часть 3 установлена в подшипниках 6 с возможностью вращения вокруг оси полого цилиндрического тела 1 и дополнительно может быть соединена с внешним приводом при помощи механической передачи вращательного движения (привод и передача не показаны). При необходимости полое цилиндрическое тело 1 может быть защищено от внешних факторов полым цилиндрическим телом 7, например, трубой (в частности, обсадной) или кожухом, которое может выступать также в качестве каркаса или держателя для полого цилиндрического тела 1. Внутренняя поверхность полого цилиндрического тела 1 может иметь угол наклона к его оси по ходу движения текучей среды.The fluid flow swirl contains a hollow cylindrical body 1 with a regular convex or concave relief 2 on the inner surface, which may be a fully regular or partially regular relief, may be a smooth surface with some roughness or microrelief, or macrorelief. The hollow cylindrical body 1 can be integrated into any device, for example, a pipe string, or be assembled from its elements, for example, pipes. The lower and upper bases of the cylindrical body 1 are fixed by means of detachable and / or one-piece connections (not shown). The hollow cylindrical body 1 is an assembly of alternating rotating cylindrical parts 3 and non-rotating, or rotating — at different speeds from the 3 parts — cylindrical parts 4. At the ends 5 of the hollow cylindrical body 1 on the outside of part 3 and on the inside of part 4 ring pads are made for the installation of support-centering bearings 6 (for example, tapered roller bearings). Thus, part 3 is mounted in bearings 6 with the possibility of rotation around the axis of the hollow cylindrical body 1 and can additionally be connected to an external drive using a mechanical transmission of rotational motion (drive and transmission are not shown). If necessary, the hollow cylindrical body 1 can be protected from external factors by the hollow cylindrical body 7, for example, a pipe (in particular, casing) or a casing, which can also act as a frame or holder for the hollow cylindrical body 1. The inner surface of the hollow cylindrical body 1 may have an angle of inclination to its axis in the direction of the fluid.

Часть 3 полого цилиндрического тела 1 может быть выполнена в виде безлопастной турбины (фиг. 2 и фиг. 4), для этого она снабжена тангенциально расположенными снаружи части 3 соплами 8, установленными по окружности в равномерно выполненные в части 3 радиальные сквозные отверстия 9, при этом сопла, установленные в диаметрально расположенные отверстия, направлены в противоположные стороны. Сопла 8 с внутренними диаметрами D и радиусами кривизны канала R могут быть установлены сменными, либо быть отлиты воедино с частью 3. Части 3 полого цилиндрического тела 1 могут быть установлены вдоль него с разным шагом Li. В сквозные отверстия 9 с соплами 8 со стороны внутренней поверхности части 3 может быть вставлен сменный фильтр (не показан).Part 3 of the hollow cylindrical body 1 can be made in the form of a bladeless turbine (Fig. 2 and Fig. 4), for this it is equipped with nozzles 8 tangentially located outside the part 3, mounted around the circumference in radial through holes 9 uniformly made in part 3, at this nozzle installed in diametrically located holes are directed in opposite directions. Nozzles 8 with internal diameters D and radii of curvature of the channel R can be installed interchangeable, or can be molded together with part 3. Parts 3 of the hollow cylindrical body 1 can be installed along it with different pitch L i . A through filter 9 (not shown) can be inserted into the through holes 9 with nozzles 8 from the side of the inner surface of part 3.

Слив текучей среды из сопел 8 может осуществляться в окружающее пространство, либо, если необходимо, может быть применена специальная система слива (фиг. 2 и фиг. 3). Для этого завихритель снабжен трубками 10, соединяющими сопла 8 напрямую или через патрубки 11 в вертикальный ряд и сообщающимися с ними. Нижние концы трубок 10 могут быть расположены в емкости сбора 12, установленной в первой по ходу движения текучей среды части 4 тела 1, где выполнены поперечные сквозные пазы 13, сообщающиеся с емкостью сбора 12. При этом емкость сбора 12 может охватывать часть 4 полого цилиндрического тела 1 и быть образована стенкой желоба, состоящего из двух симметричных полуколец 14, установленных в пазы 15 полого цилиндрического тела 1 в месте слива, а торцы полуколец 14 соединены несимметрично внахлест. А в зоне слива в полое цилиндрическое тело 1 на его внутренней поверхности может быть выполнено коническое сужение (конфузор) 16, направленное к его оси по ходу движения текучей среды.The discharge of fluid from the nozzles 8 can be carried out in the surrounding space, or, if necessary, can be applied to a special drain system (Fig. 2 and Fig. 3). For this, the swirler is equipped with tubes 10 connecting nozzles 8 directly or through nozzles 11 in a vertical row and in communication with them. The lower ends of the tubes 10 can be located in the collection vessel 12, which is installed in the first in the direction of the fluid part 4 of the body 1, where transverse through grooves 13 are made, communicating with the collection vessel 12. Moreover, the collection vessel 12 can cover part 4 of the hollow cylindrical body 1 and be formed by the wall of the gutter, consisting of two symmetrical half rings 14 installed in the grooves 15 of the hollow cylindrical body 1 at the drain, and the ends of the half rings 14 are asymmetrically overlapped. And in the zone of discharge into the hollow cylindrical body 1, a conical narrowing (confuser) 16 can be made on its inner surface, directed to its axis in the direction of the fluid.

Потоком Q может являться любая текучая среда, но главным образом это добываемые углеводороды, вода, а также буровые растворы.Stream Q can be any fluid, but mainly produced hydrocarbons, water, as well as drilling fluids.

Скважинный электрогенератор содержит идентичные завихрителю потока текучей среды элементы и позиции, а также содержит генератор со статором в виде обмотки возбуждения 17, закрепленной на внутренней поверхности неподвижного полого цилиндрического тела 7, и концентрично расположенным внутри статора ротором в виде системы постоянных магнитов 18, закрепленных на трубках 10 и внешней поверхности частей 3 полого цилиндрического тела 1, которое может быть собрано, в частности, из насосно-компрессорной или бурильной трубы (фиг. 5).The downhole electric generator contains elements and positions identical to the swirl of the fluid flow, and also contains a generator with a stator in the form of an excitation coil 17, mounted on the inner surface of the stationary hollow cylindrical body 7, and a rotor concentrically located inside the stator in the form of a system of permanent magnets 18, mounted on the tubes 10 and the outer surface of the parts 3 of the hollow cylindrical body 1, which can be assembled, in particular, from a tubing or drill pipe (Fig. 5).

Вдоль потока текучей среды в полом цилиндрическом теле 1 установлены пьезоэлементы 19 с возможностью контактирования с потоком текучей среды. При этом в полом цилиндрическом теле 1 выполнено, по меньшей мере, одно отверстие 20 для вывода электродов (не показаны) пьезоэлементов 19. Также электроды пьезоэлементов 19 могут быть выведены через перфорированное отверстие в переводнике (не показан). Пьезоэлементы 19 могут быть наклеены на внутреннюю поверхность полого цилиндрического тела 1, либо быть вставлены в ряды радиальных сквозных отверстий 20, выполненных на участках полого цилиндрического тела 1, следующих за установленными в подшипниках 6 вращающимися частями 3.Along the fluid flow in the hollow cylindrical body 1, piezoelectric elements 19 are installed with the possibility of contacting with the fluid flow. At the same time, in the hollow cylindrical body 1, at least one hole 20 is provided for outputting the electrodes (not shown) of the piezoelectric elements 19. Also, the electrodes of the piezoelectric elements 19 can be output through the perforated hole in the sub (not shown). The piezoelectric elements 19 can be glued to the inner surface of the hollow cylindrical body 1, or can be inserted into the rows of radial through holes 20 made in the sections of the hollow cylindrical body 1, following the rotating parts 3 installed in the bearings 6.

Снаружи части 4 может быть установлен, по меньшей мере, один хомут (не показан), снабженный отверстием для вывода электродов пьезоэлементов, при этом между хомутом и пьезоэлементом 19 может быть установлен эластомер 21, а между потоком текучей среды Q и пьзоэлементами 19 установлена полимерная гидроизоляционная пленка (не показана).At least one collar (not shown) provided with an opening for outputting the piezoelectric elements electrodes can be installed outside part 4, while an elastomer 21 can be installed between the clamp and the piezoelectric element 19, and a polymer waterproofing is installed between the fluid flow Q and the piezoelectric elements 19 film (not shown).

Радиальные сквозные отверстия 20 могут быть снабжены резьбовым участком с наружной стороны полого цилиндрического тела 1, при этом в отверстия 20 установлены пьезоэлементы 19, чередующиеся с эластомерами 21, образующие блок, который расположен со стороны внутренней поверхности полого цилиндрического тела 1, а со стороны его внешней поверхности на резьбовом соединении установлена упорная втулка 22, через отверстие которой выведены электроды пьезоэлементов 19.The radial through holes 20 can be provided with a threaded section on the outside of the hollow cylindrical body 1, while the holes 20 are equipped with piezoelectric elements 19, alternating with elastomers 21, forming a block that is located on the side of the inner surface of the hollow cylindrical body 1, and on the side of its outer surface on the threaded connection mounted thrust sleeve 22, through the opening of which the electrodes of the piezoelectric elements 19 are removed.

От обмоток возбуждения 17 отходят электрические провода (не показаны), которые соединяются с электрическим разъемом (не показан), куда может быть выведено напряжение с обмоток возбуждения 17. Соединение обмоток возбуждения 17 может быть выполнено параллельным, последовательным или параллельно-последовательным.Electrical wires (not shown) extend from the field windings 17, which are connected to an electrical connector (not shown) where voltage can be output from the field windings 17. The field windings 17 can be connected in parallel, serial or parallel-serial.

Завихритель работает под действием потока текучей среды следующим образом.The swirl operates under the action of a fluid stream as follows.

Поток текучей среды Q под давлением подается в полость полого цилиндрического тела 1, где, попадая на тангенциально расположенный к потоку рельеф 2, закручивается сам и раскручивает подвижные части полого цилиндрического тела 1. Дополнительная закрутка потоку текучей среды Q придается при его попадании на вращающуюся часть 3 из невращающейся или вращающейся с иной скоростью части 4. Далее из части 3 поток попадает в следующую по ходу движения потока часть 4. Эти действия образуют один цикл завихрения потока. Вышеописанный цикл повторяется заложенное проектировщиком количество раз, зависящее от требуемой закрутки потока, при прохождении потока через чередующиеся части 3 и 4. Также может быть заложено различное расстояние Li между частями 3, что необходимо для управления параметрами закрутки.The fluid flow Q under pressure is supplied to the cavity of the hollow cylindrical body 1, where, falling onto the relief 2 tangentially located to the flow, it spins itself and untwists the moving parts of the hollow cylindrical body 1. An additional swirl of the fluid flow Q is imposed when it enters the rotating part 3 from part 4, which is non-rotating or rotating at a different speed. Further, from part 3, the stream enters the next part 4 in the direction of the flow. These actions form one cycle of the flow swirl. The above cycle repeats the number of times laid down by the designer, depending on the required swirl of the stream, when the stream passes through alternating parts 3 and 4. Also, a different distance L i between parts 3 can be laid, which is necessary to control the swirl parameters.

Попадание потока на вращающиеся части с рельефом приводит к перераспределению осевой скорости потока в сторону увеличения его угловой скорости, следствием чего является более глубокое и последовательное вовлечение слоев текучей среды, начиная с граничного слоя, приводящее к более высокому градиенту давлений и турбулентным пульсациям в периферийной (пристенной) области в полости полого цилиндрического тела 1.Hit of a flow on rotating parts with a relief leads to a redistribution of the axial velocity of the flow towards an increase in its angular velocity, which results in a deeper and more consistent involvement of fluid layers, starting from the boundary layer, leading to a higher pressure gradient and turbulent pulsations in the peripheral (wall ) areas in the cavity of a hollow cylindrical body 1.

Для варьирования степенью воздействия на поток может быть использован рельеф 2 различного профиля, в частности, макрорельеф или микрорельеф. А при необходимости избирательного воздействия потоком может быть применен частично регулярный рельеф 2.To vary the degree of impact on the flow, relief 2 of a different profile can be used, in particular, a macrorelief or a microrelief. And if necessary, selective exposure to the flow can be applied partially regular relief 2.

При прохождении потока через сквозные радиальные отверстия 9 в части 3, когда она выполнена в виде безлопастной турбины, части 3 и, следовательно, потоку придается дополнительная окружная скорость, за счет реактивного действия струй, выходящих из сопел или форсунок 8 и раскручивающих безлопастную турбину 3. Для управления параметрами вращения турбины 3 и, соответственно, параметрами закрутки потока, сопла 8 устанавливаются необходимого диаметра D и радиуса кривизны канала R.When the flow passes through the through radial holes 9 in part 3, when it is made in the form of a bladeless turbine, part 3 and, therefore, the stream is given additional peripheral speed due to the reactive action of the jets leaving nozzles or nozzles 8 and untwisting the bladeless turbine 3. To control the rotation parameters of the turbine 3 and, accordingly, the parameters of the flow swirl, nozzle 8, the required diameter D and the radius of curvature of the channel R are set.

Слив потока из сопел 8 может осуществляться либо в окружающее пространство, либо может быть организована система слива посредством трубок 10 в емкость сбора 12, откуда поток текучей среды Q может быть направлен куда-либо. В частности, поток может быть направлен обратно в полое цилиндрическое тело 1 посредством сквозных пазов 13 в последнем. Для этого слив в полое цилиндрическое тело 1 осуществляется по принципу струйного насоса. При этом перед сливом в полости цилиндрического тела 1 сделано направленное к его оси по ходу течения потока коническое сужение (конфузор) 16, откуда поток выходит с большей скоростью, чем из трубок 10, а в области пазов 13 образуется область пониженного давления, куда подсасывается поток, выходящий из емкости сбора 12.The flow of nozzles 8 can be discharged either into the surrounding space, or a drainage system can be organized by means of tubes 10 into a collection tank 12, from where the flow of fluid Q can be directed somewhere. In particular, the flow can be directed back into the hollow cylindrical body 1 by means of through grooves 13 in the latter. For this, the discharge into the hollow cylindrical body 1 is carried out according to the principle of a jet pump. In this case, before draining into the cavity of the cylindrical body 1, a conical narrowing (confuser) 16 directed towards its axis along the flow stream is made, from where the flow exits at a faster rate than from the tubes 10, and a reduced pressure region is formed in the groove region 13, where the flow is sucked exiting the collection tank 12.

Вертикальные трубки 10, соединяя сопла 8 в вертикальные ряды, образуют систему вращения турбин 3 завихрителя с равным количеством оборотов и, соответственно, будут оказывать одинаковое окружное усилие на поток текучей среды.Vertical tubes 10, connecting the nozzles 8 in vertical rows, form a rotation system of turbines 3 of the swirler with an equal number of revolutions and, accordingly, will exert the same circumferential force on the fluid flow.

Направление потока текучей среды не ограничено тем, что указано на чертежах. Оно может быть таковым, например, при добыче воды и углеводородов, а при бурении скважин быть либо таковым, либо обратным (сверху вниз). При транспортировке сред направление потока может быть в горизонтальной плоскости.The direction of fluid flow is not limited to what is indicated in the drawings. It can be such, for example, in the production of water and hydrocarbons, and when drilling wells, be either such or reverse (from top to bottom). When transporting media, the flow direction can be in a horizontal plane.

Скважинный электрогенератор работает автономно совместно с представленным завихрителем текучей среды следующим образом.The downhole electric generator operates autonomously in conjunction with the presented fluid swirl as follows.

С одной стороны, кинетическая энергия потока текучей среды через колебания, возбуждаемые потоком, частично преобразуется в энергию упругой деформации пьезоэлементов 19, что ведет к выработке электроэнергии за счет прямого пьезоэффекта. При этом установившийся поток текучей среды при попадании в вышеописанный завихритель потока текучей среды образует каскадный характер турбулентных слоев, приводящих к флуктуации давления в большом диапазоне частот и амплитуд в полости полого цилиндрического тела 1.On the one hand, the kinetic energy of the fluid flow through vibrations excited by the flow is partially converted to the energy of elastic deformation of the piezoelectric elements 19, which leads to the generation of electricity due to the direct piezoelectric effect. At the same time, a steady-state fluid flow, when it enters the above-described fluid flow swirler, forms a cascading character of turbulent layers leading to pressure fluctuations in a wide range of frequencies and amplitudes in the cavity of the hollow cylindrical body 1.

С другой стороны, кинетическая энергия потока частично преобразуется в кинетическую энергию вращения частей 3. Постоянные магниты 18, установленные на вращающихся частях 3 и трубках 10, возбуждают токи в обмотках 17.On the other hand, the kinetic energy of the flow is partially converted into the kinetic energy of rotation of the parts 3. Permanent magnets 18 mounted on the rotating parts 3 and tubes 10, excite currents in the windings 17.

При проектировании необходимого количества чередующихся участков с дополнительной закруткой потока текучей среды возможна установка необходимого (с точки зрения мощности электрогенератора) количества групп постоянных магнитов 18 и обмоток возбуждения 17, а также групп пьезолементов 19.When designing the required number of alternating sections with additional swirling of the fluid flow, it is possible to install the necessary (in terms of power of the generator) number of groups of permanent magnets 18 and field windings 17, as well as groups of piezoelectric elements 19.

Электроэнергия может быть выдана потребителям напрямую, либо аккумулироваться в стволе скважины или на ее устье, и использоваться по необходимости.Electricity can be provided directly to consumers, or accumulated in the wellbore or at its mouth, and used as necessary.

Таким образом, результатом использования предлагаемых изобретений является расширение функциональных возможностей и мощности завихрителя потока текучей среды, а также автономного скважинного электрогенератора, в частности, за счет создания высокого градиента давления завихрителем потока, более эффективно воздействующим на пьезоэлектрический генератор, а также созданием и использованием энергии вращения безлопастной турбины для автономной выработки электроэнергии.Thus, the result of using the proposed inventions is the expansion of the functionality and power of the fluid flow swirl, as well as an autonomous downhole electric generator, in particular, by creating a high pressure gradient by the flow swirl more effectively acting on the piezoelectric generator, as well as the creation and use of rotation energy bladeless turbine for autonomous power generation.

Claims (25)

1. Завихритель потока текучей среды, содержащий полое цилиндрическое тело с рельефом на внутренней поверхности, отличающийся тем, что полое цилиндрическое тело выполнено сборным из чередующихся между собой невращающихся и вращающихся частей либо из вращающихся частей, по меньшей мере, одна из которых, являющаяся вращающейся, установлена в подшипниках с возможностью вращения вокруг оси полого цилиндрического тела.1. A swirl of a fluid stream containing a hollow cylindrical body with a relief on the inner surface, characterized in that the hollow cylindrical body is prefabricated from alternating non-rotating and rotating parts or from rotating parts, at least one of which is rotating, mounted in bearings with the possibility of rotation around the axis of the hollow cylindrical body. 2. Завихритель по п. 1, отличающийся тем, что установленная в подшипниках вращающаяся часть полого цилиндрического тела выполнена в виде безлопастной турбины.2. The swirler according to claim 1, characterized in that the rotating part of the hollow cylindrical body installed in the bearings is made in the form of a bladeless turbine. 3. Завихритель по п. 1, отличающийся тем, что установленная в подшипниках вращающаяся часть полого цилиндрического тела снабжена тангенциально расположенными снаружи соплами, установленными однонаправленно по окружности в равномерно выполненные в этой части радиальные сквозные отверстия.3. The swirler according to claim 1, characterized in that the rotating part of the hollow cylindrical body installed in the bearings is provided with nozzles tangentially located on the outside and installed unidirectionally around the circumference into uniformly made radial through holes in this part. 4. Завихритель по п. 3, отличающийся тем, что сопла с требуемыми внутренними диаметрами и радиусами кривизны канала установлены сменными.4. The swirler according to claim 3, characterized in that the nozzles with the required internal diameters and radii of curvature of the channel are set interchangeable. 5. Завихритель по п. 3, отличающийся тем, что в сквозные отверстия с соплами со стороны внутренней поверхности вставлен сменный фильтр.5. The swirler according to claim 3, characterized in that a replaceable filter is inserted into the through holes with nozzles from the side of the inner surface. 6. Завихритель по п. 3, отличающийся тем, что он снабжен системой слива, содержащей трубки, соединяющие сопла в вертикальный ряд и сообщающиеся с ними, при этом нижние концы трубок расположены в емкости сбора, установленной в первой по ходу движения текучей среды части, в которой выполнены поперечные сквозные пазы, сообщающиеся с емкостью сбора, охватывающей эту часть полого цилиндрического тела, и предназначенные для слива в полое цилиндрическое тело.6. The swirler according to claim 3, characterized in that it is equipped with a drainage system containing tubes connecting the nozzles in a vertical row and communicating with them, while the lower ends of the tubes are located in the collection tank installed in the first part along the movement of the fluid, in which the transverse through grooves are made, communicating with the collection tank covering this part of the hollow cylindrical body, and intended for discharge into the hollow cylindrical body. 7. Завихритель по п. 6, отличающийся тем, что на внутренней поверхности полого цилиндрического тела в зоне слива выполнено коническое сужение, направленное к его оси по ходу движения текучей среды, предназначенное для осуществления слива в полое цилиндрическое тело по принципу струйного насоса.7. The swirler according to claim 6, characterized in that on the inner surface of the hollow cylindrical body in the discharge zone, a conical narrowing is made, directed to its axis in the direction of the fluid, designed to discharge into the hollow cylindrical body according to the principle of a jet pump. 8. Завихритель по п. 6, отличающийся тем, что емкость сбора образована стенкой желоба, охватывающего часть полого цилиндрического тела и состоящего из двух симметричных полуколец, установленных в пазы полого цилиндрического тела в месте слива.8. The swirler according to claim 6, characterized in that the collection vessel is formed by the wall of the gutter, covering part of the hollow cylindrical body and consisting of two symmetrical half rings installed in the grooves of the hollow cylindrical body at the discharge point. 9. Завихритель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность полого цилиндрического тела снабжена рельефом частично или полностью.9. The swirler according to claim 1, characterized in that the inner surface of the hollow cylindrical body is provided with a relief partially or completely. 10. Завихритель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность частей полого цилиндрического тела выполнена или с шероховатостью, или с микрорельефом, или с макрорельефом.10. The swirler according to claim 1, characterized in that the inner surface of the parts of the hollow cylindrical body is made either with roughness, or with a microrelief, or with a macrorelief. 11. Завихритель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность полого цилиндрического тела выполнена с углом наклона к его оси по ходу движения текучей среды.11. The swirler according to claim 1, characterized in that the inner surface of the hollow cylindrical body is made with an angle of inclination to its axis in the direction of the fluid. 12. Завихритель по п. 1, отличающийся тем, что установленные в подшипниках вращающиеся части полого цилиндрического тела установлены вдоль него с разным шагом.12. The swirler according to claim 1, characterized in that the rotating parts of the hollow cylindrical body installed in the bearings are installed along it with different steps. 13. Завихритель по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен наружным защитным кожухом или трубой.13. The swirler according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with an external protective casing or pipe. 14. Способ закрутки потока текучей среды, характеризующийся тем, что он осуществляется с помощью завихрителя по любому из пп. 1-13, при этом размещают указанный завихритель вдоль потока текучей среды, при прохождении потока в полом цилиндрическом теле завихрителя осуществляется преобразование, по меньшей мере, части потока текучей среды в пульсирующий турбулентный поток с флуктуациями давления в периферийной зоне и перераспределение, по меньшей мере, части скоростей потока, причем при прохождении потока в полом цилиндрическом теле на него осуществляется дополнительное воздействие по перераспределению скорости закрутки потока путем последовательного вовлечения слоев потока текучей среды, начиная с граничного, при попадании потока, как минимум, на одну установленную в подшипниках вращающуюся часть полого цилиндрического тела.14. A method of swirling a fluid stream, characterized in that it is carried out using a swirler according to any one of paragraphs. 1-13, while the specified swirl is placed along the fluid flow, while passing the flow in the hollow cylindrical body of the swirl, at least part of the fluid flow is converted into a pulsating turbulent flow with pressure fluctuations in the peripheral zone and redistribution of at least part of the flow velocities, moreover, when the flow passes through a hollow cylindrical body, it is additionally affected by the redistribution of the flow swirl velocity by sequentially involving layers of the fluid flow, starting from the boundary, when the flow enters at least one rotating part of the hollow cylindrical body installed in the bearings. 15. Способ закрутки потока текучей среды по п. 14, отличающийся тем, что скорость вращения частей завихрителя и, соответственно, скорость закрутки потока регулируются сменными соплами с требуемыми внутренними диметрами и радиусами кривизны канала.15. The method of swirling the fluid flow according to claim 14, characterized in that the rotation speed of the swirler parts and, accordingly, the swirling speed of the flow are controlled by replaceable nozzles with the required internal dimeters and channel curvature radii. 16. Скважинный электрогенератор, содержащий генератор с обмоткой возбуждения и системой магнитов, а также вращатель в виде безлопастной турбины, отличающийся тем, что в качестве вращателя содержит завихритель потока текучей среды по любому из пп. 1-13, предназначенный для закручивания потока текучей среды и создания электромагнитного поля, обмотка возбуждения закреплена на внутренней поверхности неподвижной защитной трубы или кожуха, система магнитов закреплена на внешней поверхности установленных в подшипниках вращающихся частей и/или на трубках системы слива завихрителя, а вдоль потока текучей среды в полом цилиндрическом теле установлены пьезоэлементы с возможностью контактирования с потоком текучей среды, при этом в полом цилиндрическом теле выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для вывода электродов пьезоэлементов.16. A downhole electric generator containing a generator with an excitation winding and a system of magnets, as well as a rotator in the form of a bladeless turbine, characterized in that the rotor contains a swirl of the fluid flow according to any one of paragraphs. 1-13, designed to swirl the fluid flow and create an electromagnetic field, the field winding is fixed on the inner surface of the stationary protective tube or casing, the magnet system is fixed on the outer surface of the rotating parts installed in the bearings and / or on the tubes of the swirl swirl system, and along the stream piezoelectric elements are installed in the hollow cylindrical body with the possibility of contacting with the fluid flow, at least one of which is made in the hollow cylindrical body a hole for the output electrodes of piezoelectric elements. 17. Скважинный электрогенератор по п. 16, отличающийся тем, что пьезоэлементы наклеены на внутреннюю поверхность полого цилиндрического тела.17. The downhole electric generator according to claim 16, characterized in that the piezoelectric elements are glued to the inner surface of the hollow cylindrical body. 18. Скважинный электрогенератор по п. 16, отличающийся тем, что электроды пьезоэлементов выведены через отверстие в переводнике.18. The downhole electric generator according to claim 16, characterized in that the electrodes of the piezoelectric elements are removed through an opening in the sub. 19. Скважинный электрогенератор по п. 16, отличающийся тем, что пьезоэлементы вставлены в радиальные сквозные отверстия, выполненные рядами на участках полого цилиндрического тела, следующих за установленными в подшипниках вращающимися частями.19. The downhole electric generator according to claim 16, characterized in that the piezoelectric elements are inserted into the radial through holes made in rows in sections of the hollow cylindrical body following the rotating parts installed in the bearings. 20. Скважинный электрогенератор по п. 19, отличающийся тем, что снаружи полого цилиндрического тела установлены хомуты, снабженные отверстиями для вывода электродов пьезоэлементов.20. The downhole electric generator according to claim 19, characterized in that clamps are provided on the outside of the hollow cylindrical body, provided with holes for outputting the electrodes of the piezoelectric elements. 21. Скважинный электрогенератор по п. 20, отличающийся тем, что между пьезоэлементами и хомутом установлены эластомеры.21. The downhole electric generator according to claim 20, characterized in that elastomers are installed between the piezoelectric elements and the clamp. 22. Скважинный электрогенератор по п. 19, отличающийся тем, что радиальные сквозные отверстия снабжены резьбовым участком с наружной стороны полого цилиндрического тела, при этом в отверстия установлены пьезоэлементы, чередующиеся с эластомерами, образующие блок, который расположен со стороны внутренней поверхности полого цилиндрического тела, а со стороны его внешней поверхности на резьбовом соединении установлена упорная втулка, через отверстие которой выведены электроды пьезоэлементов.22. The downhole electric generator according to claim 19, characterized in that the radial through holes are provided with a threaded portion on the outer side of the hollow cylindrical body, while piezoelectric elements alternating with elastomers are installed in the holes, forming a block that is located on the side of the inner surface of the hollow cylindrical body, and from the side of its outer surface, a thrust sleeve is installed on the threaded connection, through the opening of which the piezoelectric electrodes are brought out. 23. Скважинный электрогенератор по любому из пп. 16-22, отличающийся тем, что между потоком текучей среды и пьзоэлементами установлена гидроизоляционная пленка.23. The downhole generator according to any one of paragraphs. 16-22, characterized in that between the fluid flow and the piezoelectric elements installed waterproofing film. 24. Способ генерирования электроэнергии в скважине с помощью скважинного электрогенератора по любому из пп. 16-23, содержащего завихритель потока текучей среды по любому из пп. 1-13, включающий размещение указанных скважинного электрогенератора с завихрителем вдоль потока текучей среды, направление, по меньшей мере, части потока через электрогенератор, получение кинетической энергии вращения завихрителя посредством воздействия на него потока, преобразование кинетической энергии вращения завихрителя в электрическую энергию за счет создания электрогенератором магнитного поля, преобразование энергии пульсирующего турбулентного потока в электрическую энергию за счет прямого пьезоэффекта, использование электрической энергии для питания скважинного оборудования.24. A method of generating electricity in a well using a downhole generator according to any one of paragraphs. 16-23, containing a swirl fluid stream according to any one of paragraphs. 1-13, comprising placing said downhole electric generator with a swirler along the fluid flow, directing at least a portion of the flow through the electric generator, obtaining kinetic energy of rotation of the swirler by influencing the flow, converting the kinetic energy of rotation of the swirler into electrical energy by creating an electric generator magnetic field, the conversion of the energy of a pulsating turbulent flow into electrical energy due to the direct piezoelectric effect, the use of electric symmetric with energy to power downhole equipment. 25. Способ генерирования электроэнергии в скважине по п. 24, отличающийся тем, что он включает перепускание части потока через систему слива обратно в поток текучей среды в электрогенераторе.25. The method of generating electricity in a well according to claim 24, characterized in that it includes bypassing part of the flow through the drain system back into the fluid stream in the generator.
RU2018143155A 2018-12-05 2018-12-05 Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well RU2695735C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143155A RU2695735C1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018143155A RU2695735C1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2695735C1 true RU2695735C1 (en) 2019-07-25

Family

ID=67512234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018143155A RU2695735C1 (en) 2018-12-05 2018-12-05 Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2695735C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781027C1 (en) * 2022-05-04 2022-10-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Rotor module, autonomous power generator containing rotor module, and pipe deposition control system including autonomous electric generator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU69942U1 (en) * 2007-07-16 2008-01-10 Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" SWEEPER
US7537051B1 (en) * 2008-01-29 2009-05-26 Hall David R Downhole power generation assembly
EA019728B1 (en) * 2009-07-03 2014-05-30 Синвент Ас A power generating apparatus with an annular turbine
WO2014105053A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Halliburton Energy Services Inc. Downhole bladeless generator
RU2562352C1 (en) * 2014-10-16 2015-09-10 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Fluid flow swirler

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU69942U1 (en) * 2007-07-16 2008-01-10 Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" SWEEPER
US7537051B1 (en) * 2008-01-29 2009-05-26 Hall David R Downhole power generation assembly
EA019728B1 (en) * 2009-07-03 2014-05-30 Синвент Ас A power generating apparatus with an annular turbine
WO2014105053A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Halliburton Energy Services Inc. Downhole bladeless generator
RU2562352C1 (en) * 2014-10-16 2015-09-10 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Fluid flow swirler

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МИТРОФАНОВА О.В. Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах ядерно-энергетических установок. М., ФИЗМАТЛИТ, 2010, всего 288 с., с.12-17. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781027C1 (en) * 2022-05-04 2022-10-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Rotor module, autonomous power generator containing rotor module, and pipe deposition control system including autonomous electric generator
RU2825171C1 (en) * 2023-04-19 2024-08-21 Социально Ориентированная Автономная Некоммерческая Организация "Информационно- Коммуникативный Центр "Созидание И Развитие" Flow downhole generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2606211C2 (en) Plant for conversion of fluid flow into energy
KR101164344B1 (en) Fluid machine utilizing unsteady flow, wind turbine, and method for increasing velocity of internal flow of fluid machine
RU2616198C2 (en) System of downhole electric generator, system of bore hole, containing the system of downhole electric generator, and method of electrical power generation by the system of bore hole
CN106522853B (en) A kind of steady pipe group vibrates anti-collision and power generator and method
Bilgen et al. A reconfigurable ducted turbine array concept for renewable flow energy harvesting
WO2013055061A1 (en) Hydraulic power generating apparatus using a plurality of turbines and flow channels
JP2008180130A (en) Axial water turbine and driving method thereof
Rahman et al. Effects of inlet flow rate and penstock’s geometry on the performance of Gravitational Water Vortex Power Plant
RU2695735C1 (en) Swirler and fluid flow swirling method, well electric generator comprising fluid flow swirler, and method for generating electric power in well
CN105683560B (en) Power generator, Fluid pressure reduce device and fluid pump
WO2018067076A1 (en) Water diversion with multiple pipes and rotationally symmetric hydro turbine with multiple inlets
RU2084692C1 (en) Method and device for converting flow energy into mechanical or electric energy
CN116761938A (en) Method for generating electrical energy from surface waves
US20180058417A1 (en) Fluid driven turbine apparatus
KR101838901B1 (en) Fluid Acceleration Type Water Turbine Generator System
CN116753397B (en) A synchronous vibration suppression and power generation device and method for marine riser with coordinated revolution and rotation
RU2231004C1 (en) Rotary cavitation pump-heat generator
KR20150116713A (en) Apparatus for water stream energy conversion
JP6028244B2 (en) Water turbine device and hydroelectric power generation device
KR102727553B1 (en) Small hydro power apparatus
KR102220554B1 (en) Tubular type watertightness permanent magnet synchronous power generation system with vortex prevention guide vane
RU2533281C2 (en) Mini hydro-electric power plant
RU2748364C2 (en) Double-acting system and energy generation device
RU2781027C1 (en) Rotor module, autonomous power generator containing rotor module, and pipe deposition control system including autonomous electric generator
Abel et al. An Experience with Simulation Modeling for Vortex Flow in Micro Hydropower Systems