[发明专利]用于井下发电的装置和方法

说明书

技术领域

本发明总的涉及发电领域，具体来说，涉及井下发电。

背景技术

用于井下钻探环境中的电力可由井下设备中的电池或由井下的流体驱动的发电机来提供。井下的流体驱动的发电机有可靠性的问题。井下电池在高温和低温下也会有可靠性的问题。

附图说明

结合以下附图来考虑以下示例实施例的详细描述可获得对本发明的更好理解，附图中：

图1是钻井装置的示意图；

图2A是井下发电机的示范实施例的视图；

图2B是图2A的井下发电机的截面图；

图2C是图2A的井下发电机的另一截面图；

图2D是图2C的圈出部分2D的放大图；

图3示出压电发电机产生的电压的实例；

图4是一示意图，示出一个转换压电元件产生的电力的电路实例；

图5A是显示一井下发电机所用偏心体实例的视图；

图5B是显示一井下发电机所用偏心套筒实例的视图；

图5C是显示一具有井下发电机所用单个外叶片的套筒实例的视图；

图6A是具有轴承安装盖的井下发电机的实例；

图6B是图6A井下发电机的截面图，示出用来致动压电元件组件的内部叶片；

图7是井下发电机的实例，该发电机包括与压电元件互相作用的沿径向移动的叶片；

图8是井下发电机的实例，该发电机具有位于盖子外表面上的叶片；以及

图9示出钻杆柱，其具有多个间距开的分布在其中的发电机。

尽管本发明易作出各种修改和替代的形式，但借助于附图中的实例来示出本发明的特殊实施例，并将在本文中作出详细描述。然而，应该理解到，附图和本发明的详细描述并不意图将本发明限制在这里所揭示的特殊形式中，恰好相反，本发明要涵盖所有落入如附后权利要求书所定义的本发明范围之内的修改物、等价物和替代物。

具体实施方式

下面描述本发明的几个说明性的实施例。它们意味着示例而不是对下面权利要求书的限制。

参照图1，图中示出钻井装置，其包括井架10，该井架10构造在钻井的地面12上并支承着钻杆柱14。钻杆柱14延伸通过旋转台16进入到钻孔18内，该钻孔18被钻探通过地层20。钻杆柱14可包括其上端的凯氏(kelly)钻杆22、连接到凯氏钻杆22的钻管24和连接到钻管24下端的井底组件26(BHA)。BHA26可包括钻铤28、MWD工具30以及钻头32，其穿透地层而形成钻孔18。在操作中，凯氏钻杆22、钻管24和BHA26可通过旋转台16而转动。替代于或附加于旋转台16所形成的钻管24的转动，也可通过井下马达(未示出)来转动BHA26，这为本技术领域内的技术人员所理解。钻铤将重量添加到钻头32并加固BHA26，由此，能使BHA26将重力传递到钻头32而不发生屈曲失稳。通过钻铤施加到钻头32上的重力允许钻头来粉碎地下结构。

如图1所示，BHA26可包括MWD工具30，其可以是钻铤28的一部分。当钻头32操作时，钻井流体(通常称之为“钻井泥浆”)可通过泵15从地面上的泥浆坑34中被泵送经过立管11和凯氏钻杆软管37、经过钻杆柱14，如箭头5所示，一直泵送到钻头32。钻井泥浆从钻头32排出，起到冷却和润滑钻头的功能，并将钻头形成的钻屑带走。钻井泥浆流过钻头32之后，钻井泥浆就流回到地面，如箭头6所示，经过钻杆柱14和钻孔壁19或套筒壁29之间的环形区域而回到地面。在地面上，泥浆被收集和返回到泥浆坑34以便作过滤。在一个实例中，流过钻杆柱的钻井泥浆的循环泥浆柱也可起到传送压力信号21的介质功能，将信息从MWD工具30带到地面。在一个实施例中，提供井下数据信号发送单元35作为MWD工具30的一部分。数据信号发送单元35可包括压力信号发送器100，用来产生发送给地面的压力信号。

MWD工具30可包括传感器39和41，它们可联接到合适的数据编码电路，诸如编码器38，其顺序地产生编码的数字数据电信号，这些电信号代表着传感器39和41所获得的测量值。尽管示出了两个传感器，但本技术领域内的技术人员将会理解到，也可使用或多或少数量的传感器，而不会脱离本发明的原理。可选择传感器39和41来测量井下的参数，参数包括但不限于：环境参数、方向钻井参数和地层评价参数。如此的参数可包括井下压力、井下温度、钻井泥浆和地层的电阻率或传导率、地层的密度和孔隙率，以及井孔的定向。