[发明专利]井下发电系统

说明书

一种用于在井下产生电力的设备包括位于钻柱中的壳体。主流道形成为穿过所述壳体。至少两个副流道位于所述壳体中且与所述主流道横向偏移。流体驱动发电机定位在所述至少两个副流道中的每个中。可控分流器与所述副流道中的每个相关联以将所述主流道中的流体流的至少一部分可控地分流到所述至少两个副流道中的至少一个以驱动其中的所述发电机。

背景技术

本公开一般涉及钻井的领域并且更特别地涉及井下发电。

在井下钻井环境中使用的电力可由井下设备中的电池，或由井下流体驱动发电机提供。井下电池可能会在高温下遭遇可靠性问题。可能需要流体驱动发电机在宽范围的流速下操作。在流速增加时，发电机组件上的机械载荷也会增加，这可能会引起机械故障。在转速增加时，发电机通常会继续产生更多电力。在高流速下，这种高电力输出可能会产生比预期应用所需的电力更多的电力。过量发电可能导致在发电机和电力转换和调节电子装置两者中产生过多热量。

附图说明

图1示出钻井系统的示意图；

图2示出具有轴向间隔开的发电机的井下发电机系统的一个实施方案；

图3示出具有周向间隔开的发电机的井下发电机系统的另一个实施方案；

图4示出具有集中式分流器的井下发电机系统的另一个实施方案；和

图5示出井下发电机系统的一个实施方案的框图。

具体实施方式

图1示出根据本公开的一个实施方案的具有井下组合件的钻井系统110的示意图。如图所示，系统110包括架在钻架台112上的常规钻架111，其支撑由原动机(未示出)以所需转速旋转的转台114。包括钻管部分122的钻柱120从转台114向下延伸到定向钻孔126中。钻孔126可以三维路径行进。钻头150附连到钻柱120的井下端且在钻头150旋转时使地质层123碎裂。钻柱120通过滑轮系统(未示出)经由钻杆接头121、回转接头128和线129耦接到绞车130。在钻井操作过程中，绞车130被操作以控制钻头150上的重量和将钻柱120推进到钻孔126中的速度。绞车130的操作在本领域是众所周知的并因此不在这里详细描述。

在钻井操作过程中，来自泥浆池132的合适钻井液(在本领域中也称为“泥浆”)131由泥浆泵134在压力下流通通过钻柱120。钻井液131经由流体管线138和钻杆接头121从泥浆泵134穿过进入钻柱120中。钻井液131通过钻头150中的开口在钻孔底部151排出。钻井液131沿井身向上流通通过钻柱120和钻孔126之间的环形空间127并经由返回管线135排到泥浆池132中。优选地，根据本领域中已知方法，各种传感器(未示出)适当地部署在表面上以提供关于各种钻井相关的参数的信息，诸如液体流速、钻头上的重量、大钩载荷等。

在本公开的一个示例性实施方案中，底部钻具组合件(BHA)159可包括随钻测量(MWD)系统158，其包括提供有关地层123和井下钻井参数的信息的各种传感器。BHA 159可耦接在钻头150和钻管122之间。