[发明专利]超级电容器装置和具有超级电容器装置的井下系统

说明书

背景技术

井通常被钻探到地中用以回收自然沉积的油和气或者围困在地质层里的其它矿物质。为了钻井，钻头被连接于钻杆部分的组件的下端，钻杆部分端部与端部连接从而形成“钻柱”。通过在地面转动钻柱或者通过井下马达或涡轮机的致动，或者两者都有而转动钻头。钻井液被向下泵送通过钻柱到达钻头，从钻头流出并且将钻屑运离井底使其通过钻柱和井眼壁之间的环空而到达地面。

除了钻头之外，井底组件(BHA)通常包括在钻井过程中使用的其它工具，传感器或者位于其上的设备。井下工具还可以在电缆上悬挂在井眼中，电缆在钻井过程完成后或者在钻井过程被中断、当钻柱已经从井中被移出时被向下送到井眼中。

用在井下应用中的许多工具，传感器，以及其它设备使用电能操作或致动装置。位于钻柱上的工具可以通过钻井液循环通过的涡轮机或其它马达而被提供动力。然而，当没有液体循环时(或者当工具位于电缆上时)，需要有辅助动力。辅助动力的形式可以是连接到井下工具的电池或超级电容器的形式。

井下装置，包括独立的电源，被配置成能够经受恶劣的运行环境(与那些在地面使用的装置相比)，主要是与那些地面上的装置相比具有更高的温度和压力。还可能遭遇高强度的震动。一般来说，井底压力随着进入地层深度的增加而升高，并且为了平衡该压力，井眼中的钻井液的静水压力也相应地升高。除了升高的压力，井下所经历的温度也总体上随着进入地层的深度而升高。因此，井下工具通常在温度可能超过125℃的高温环境下运行，这种温度比商业电源的正常运行范围(低于80℃)高。

发明内容

提供本发明内容用于介绍概念选择，该概念在下文详细的说明中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在作为一种帮助用于限制所要求保护的主题的范围。

一方面，这里公开的实施例涉及一种具有壳体以及设置在壳体内的至少一个超级电容器单元的超级电容器装置。超级电容器单元可包括：被电极分离器分隔开的两个工作电极层，其中，每个工作电极层电连接到支撑在惰性基质层上的集电器；设置在每个工作电极层与每个导电层之间的用于保护导电层的防电解质渗透层；以及设置在被工作电极层和电极分离器占据的区域中的离子液电解质，。所述离子液电解质具有至少一种包括中心阳离子的阳离子组分，中心阳离子上键合有非对称布置的取代基。

另一方面，这里公开的实施例涉及一种具有壳体以及设置在壳体内的至少一个超级电容器单元的超级电容器装置。该超级电容器单元包括：被电极分离器分隔开的两个工作电极层，其中，每个工作电极层电连接到支撑在惰性基质层上的集电器；设置在每个工作电极层与每个导电层之间的用于保护导电层的防电解质渗透层；以及设置在被工作电极层和电极分离器占据的区域内的电解质，该电解质包括连续相的惰性离子液。

又一方面，这里公开的实施例涉及一种具有超级电容器装置的井下系统，其可包括：布置在井眼中的至少一个井下工具；以及与所述至少一个井下工具电连接的超级电容器装置；

要求保护的主题的其它方面和优点通过后面的描述和所附的权利要求而变得显而易见。

附图说明

图1示出一种示例性系统，其中，超级电容器装置的实施例可以在井眼中实施。

图2为本公开的高温超级电容器单元的一个实施例的剖面示意图。

图3为采用由己基三乙基铵阳离子(hexyltriethylammonium cations)和双(三氟甲基磺酰)亚胺阴离子(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anions)构成的离子液电解质的超级电容器在220℃下在4V范围运行的伏安响应曲线图。

图4为二茂铁在凝胶状三乙基锍双(三氟甲基磺酰)酰亚胺(triethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfony l)imide)中的伏安响应曲线图。

具体实施方式

在后面实施例的详细描述中，给出多个具体的细节用于提供更加完整的理解。然而，对本领域普通技术人员来说显而易见的是没有这些具体的细节仍然可以实施这些实施例。在其它的实例中，不再对公知的特征进行详细描述以避免说明书造成不必要的复杂化。

本公开的实施例涉及高温超级电容器以及制造和使用这种超级电容器的方法。具体的实施例可包括在井下环境中使用这种超级电容器为井下工具提供电能。在一个或多个实施例中，本公开涉及用在这种超级电容器中的电解质组分，其可以允许用于宽泛的运行环境，包括高压和高温井下环境以及室温环境。

超级电容器部件