[发明专利]井下无叶发电机

说明书

技术领域

本公开内容涉及用于在钻井期间在井筒中进行井下发电的设备和技术。更特定来说，本公开内容提供一种井下发电机，其采用相对于通过钻柱的钻井流体流垂直布置的多个可旋转圆盘，所述圆盘用于驱动发电机来发电。

背景技术

钻井中利用的许多井下工具需要用于操作包括传感器工具、随钻测量(MWD)工具、旋转导向工具等等的电力。在过去，用于将电力供应至这样的工具的最常见来源是沿着钻柱本地定位或与工具整合的电池或替代地，从地面向下延伸的电线。具有这样的井下操作所必需的电容的电池通常较大，且因此由于井下空间局限而并非所期望的。而且，许多电池不能在由许多操作要求的井下温度和压力下操作很长一段时间。如果从表面延伸的电线定位于油管柱内，那么其可能干扰钻井流体流或接入，且如果这样的电线定位于油管柱内部或外部，那么其可能损坏。

作为电池或电线的替代，已设计用于将电力供应至一个或多个井下工具的多种类型的井下发电机。许多这些井下发电机使用流体动力(即，钻井泥浆)，其从表面传输至底部钻孔组件以使安置于钻柱环体内的转子旋转。在结合转子工作时，系统驱动发电机的轴以发电。接着流体流继续通过环体。

这样的发电机的一个缺点是需要维持某个泥浆压力以驱动转子。这样的系统的另一缺点是其干扰钻井流体流通过钻柱的主环体。此外，这样的系统在液体中夹带气体时经历气穴现象。而且，混合可变流态(即，气体和液体)可能降低性能或需要修改转子传动装置。最后，这样的系统对磨蚀性流体或具有高固含量的流体非常不具容忍性。

因此，期望提供一种无论流态如何以对性能具最小影响操作的井下发电机。而且，期望提供一种同样地将对通过钻柱的钻井流体的主要流具有最小影响的井下发电机。

附图说明

图1图示具有承载无叶发电机的钻柱的钻井平台。

图2图示沿着钻柱的内部流体流路径安置的两个无叶发电机的剖开侧视图。

图3图示沿着钻柱的内部流体流路径安置的多个无叶发电机的剖开轴向视图。

图4图示沿着钻柱的内部流体流路径安置的单个无叶发电机的剖开轴向视图。

图5图示无叶发电机的一个实施方案中利用的多个圆盘。

图6图示无叶发电机的实施方案中利用的圆盘的一个实施方案的侧视图。

图7图示沿着钻柱外部的流路径安置的单个无叶发电机的剖开轴向视图。

图8图示利用本发明的无叶发电机井下发电的方法的一个实施方案的流程图。

具体实施方式

前述公开内容可以重复各种实例中的参考数字和/或字母。此重复是为了简单性和清晰性的目的，且实质上并不决定所讨论的多种实施方案和/或构造之间的关系。进一步来说，在本文中为了便于描述使用空间相对术语(诸如“下方”、“下面”、“下部”、“上面”、“上部”、“井上”、“井下”等等)以描述图中所示的一个元件或特征与另一(若干)元件或特征的关系。空间相对术语旨在包括除了图中所描绘的定向之外的在使用中或操作中的装置的不同定向。例如，如果图中的装置翻转，那么描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”的元件接着被定向为在其它元件或特征“上面”。因此，例示性术语“下面”可以包括上面和下面的定向两者。可以别的方式来定向装置(旋转90度或在其它定向上)，且可以同样地相应解释本文所使用的空间相对描述符。

参考图1，示出了大致定位于地层14的表面12处的钻机10。井筒16从表面12延伸至地层14中。钻柱20从钻机10向下延伸且至井筒16中。钻柱20一般包括由多个管道或钻铤区段26承载的底部钻孔组件(“BHA”)22和钻头24。钻柱20可以包括在钻井期间利用的其它工具或仪器28，诸如传感器工具、随钻测量(MWD)工具、旋转导向工具等等。返回井筒流体18安置于在地层14与钻柱20之间形成的环体29内。