[发明专利]一种气体钻井钻柱内温差发电方法及装置

说明书

一种气体钻井钻柱内温差发电方法及装置，是利用管柱内外温差，实现温差发电技术在地下直接发电的方法，由地下温差发电装置、节流装置和隔热装置组成。气体介质流经节流装置后，在装置下方因为气体膨胀产生焦耳汤姆逊低温效应，使温差发电模块冷端有一个比较低的温度，环空中的气体循环介质与地层换热后将热量传入温差发电机热端，使热端温度升高，这时发电机组的热端与冷端就有了一个温度差，温差发电模块引出的两引脚便有了一个电动势，为井下电子仪器持续供电。

技术领域

本发明涉及一种利用气体焦耳汤姆逊效应温差发电的方法，它是在气体钻井过程中利用钻柱内气体焦耳汤姆逊低温效应与环空高温形成的温度差发电的方法及系统。

背景技术

气体钻井过程中，高温高压环境对井下钻具及电子仪器的性能和寿命提出了较高的要求，众所周知，在传统的井下供电电能传输中，应用非常广泛的方法是电缆传输电能，即以电缆作为电能传输的媒介进行井下供电，由于电缆在传输电能的过程中，容易受到干扰，而且费用较高，因此急需找到一种更好的方法代替电缆传输的方式。

目前，温差发电技术在很多领域得到应用，它是根据赛贝克(Seebeck)效应，将两种不同类型的半导体材料N和P的一端处于高温状态，另一端处于低温状态时，则会产生电势差。温差发电技术与井下钻具结合，可以实现热能与电能的直接转换，使井下电子仪器得到可靠地电能供应。

发明内容

本发明为解决上述中所存在的诸多问题，提供一种气体钻井钻柱内温差发电方法及装置，其利用钻柱内气体介质流经节流装置产生焦耳汤姆逊低温效应与环空内高温，实现温差发电技术在地下直接发电的方法，直接取代传统的电缆传输供电的方式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案，一种利用钻柱内温差发电装置，包括隔热装置、节流装置和温差发电装置。所述隔热装置，其特征在于其主体内壁安装一层真空隔离层作为隔热层，隔热层内壁加一层抗腐蚀材料为内壁层，从而组成带真空隔热层的管柱，管柱内安装井下电子仪器。所述节流装置，位于电子仪器下部，要求节流装置下游与上游压力比值要大于临界压力比，即一般要保持亚声速流动。所述发电装置，其特征在于采用两种环状半导体为一个发电组，温差发电机热端与主体管壁接触，温差发电机冷端与抗腐蚀层接触，温差发电机热端引脚连接，冷端引脚断开，作为正负电源线，根据实际所需将更多的温差发电组连接形成温差发电模块已得到所需的电压和电流，所述的温差发电机冷端表面需涂一层抗腐蚀材料，作为对温差发电机组冷端面的保护。

当气体循环介质通过管柱内的节流装置喷出后，节流装置下面气体迅速膨胀产生焦耳汤姆逊效应，导致温度明显下降，使温差发电模块的冷端保持一个较低的温度，环空中的循环介质与地层换热后将热量传入温差发电机热端，温差发电模块热端与冷端形成一个温度差，从而将热能转换为电能，为井下电子仪器持续供电。

本发明与现有技术相比具有以下几个优点：

1、本发明采用温差发电技术，使整个发电装置结构简单，小型化，费用较低，可持续为井下电子仪器供电。

2、本发明采用温差发电机井下直接发电，不易受到外界影响，运行可靠，使井中的温差资源得到了利用。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1是钻头、温差发电装置、隔热装置、节流装置、井下电子仪器实施例的整体结构图。

图2是隔热装置横向剖面图。

图3是温差发电装置横向剖面图。

图4是温差发电模块纵向剖面图。

图1中 1.钻头，2.温差发电装置，3.隔热装置，4.井下电子仪器，5.节流装置。

图2中 1.外壁层，2.隔热层。