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。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】
技术介绍
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不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由泥浆栗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从泥浆栗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(MffD)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。BHA 159中的MffD传感器可包括但不限于用于测量靠近钻头的地层电阻率的传感器、用于测量地层γ射线强度的γ射线仪器、用于确定钻柱的倾斜和方位的姿态传感器，和用于测量井下的钻井液压力的压力传感器。上述传感器可将数据发射到井下遥测发射器133，所述遥测发射器又会将数据沿井身向上发射到地面控制单元140。在一个实施方案中，泥浆脉冲遥测技术可用于在钻井操作过程中传达来自井下传感器和装置的数据。放置在泥浆供应管线138中的换能器143响应于由井下发射器133发射的数据检测泥浆脉冲。换能器143响应于泥浆压力变化产生电信号并将这些信号发射到地面控制单元140。地面控制单元140可经由放置在流体管线138中的传感器143接收来自井下传感器和装置的信号，并根据存储在存储器，或与地面控制单元140进行数据通信的其它数据存储单元中的编程指令处理这些信号。地面控制单元140可在可由操作者使用来控制钻井操作的显示器/监控器142上显示所需的钻井参数和其它信息。地面控制单元140可包含计算机、用于存储数据的存储器、数据记录器和其它外围装置。地面控制单元140也可具有存储在其中的钻井、测井解释和定向模型，并且可根据编程指令处理数据，并响应通过合适的输入装置(诸如键盘(未示出))键入的用户命令。在其它实施方案中，其它遥测技术(诸如电磁和/或声学技术，或本领域中已知的任何其它合适的技术)可用于本专利技术的目的。在一个实施方案中，硬连线钻管可用于在地面和井下装置之间通信。在一个实施例中，可使用所描述技术的组合。在一个实施方案中，地面发射接收器180使用所描述的传输技术中的任一者(例如泥浆脉冲遥测技术)与井下工具通信。这可实现地面控制单元140和下面描述的井下工具之间的双向通信。在一个实施方案中，井下发电机系统190可位于BHA 159中以用于产生电力以供各种井下工具和/或传感器使用。井下发电由于一些原因可能存在问题。例如，井下发电可受到井下温度和钻井冲击和振动环境的影响。井下流体驱动发电机可受到由钻井计划决定的流体流速的变化和/或钻井计划的改变的不利影响。例如，流体驱动发电机系统的尺寸可被设计为针对给定的钻井部分以相对低的流速产生给定电力输出。流体驱动发电机通常会更快地转动并随流量增加而输出更多电力。较高流量可赋予较高转速，从而对旋转构件产生更高负荷和磨损。此外，可在发电机内部产生额外的摩擦热，这具有不利影响。此外，额外的电力可能会使相关联的井下电力控制电路过载，从而引起代价高的井下故障。图2不出根据本公开的井下发电机系统190的一个实施方案。所公开的实施方案包括至少两个流体驱动发电机，其可控地暴露于钻井液流来产生电力。壳体205可位于钻柱120中的BHA 159中，如图1所示。任何特定钻柱中的实际位置可依赖于正在被钻井的特定井和所述井的BHA的设计。在图2所示的实施例中，壳体205具有主流道204和两个副流道201Α、B，其中副流道201Α、B与主流道横向偏移。如图2所示，副流道201Α、B沿壳体205轴向间隔开。其意图是可使用任何数量的副流道。每个副流道201Α、Β都具有叶轮215Α、B，其分别可操作地耦接到定位在其中的流体驱动发电机220Α、B。如本文所用，术语发电机旨在包括适于井下应用的任何设计的旋转的AC交流发电机和旋转的DC发电机。每个流体驱动发电机220Α、B都具有可操作附连的涡轮机215Α、B。通过每个副流道201Α、B的流体流都会使涡轮机215Α、B旋转，从而使流体驱动发电机220Α、B产生电力。在通过每个副流道201Α、Β的流量增加时，所产生的电量增加。每个流体驱动发电机220Α、B分别可包括RPM传感器207Α、B，其用于检测各自发电机的RPM。在所示的实施例中，每个副流道201Α、B都具有与其相关联的可控分流器组合件208A、B。每个可控分流器组合件208A、B可被单独致动以分别可控地分流通过副流道201A、B的流体流131的至少一部分131A、B以使相关量的电力由每个流体驱动发电机220A、B产生。如图所示，每个可控分流器组合件208A、B都可包括闸211A、B，其可由可控致动器210A、B可控地定位在主流道204和每个副流道201A、B之间的开口 200A、B中。每个可控致动器210A、B都可操作地耦接到井下控制器260，如下所述。可控致动器208A、B可包括电致动器，例如电磁阀或线性电机。或者，可使用液压活塞。在一个实施例中，每个可控致动器210A、B可独立地致动以允许各自副流道201A、B中的流体流131A、B。在一个实施例中，可允许流体流通过副流道201A、B中的一个，而另一个副流道则对通过流体关闭。“A”发电机可被认为是主要本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在井下产生电力的设备，其包括：壳体，其位于钻柱中；主流道，其穿过所述壳体；至少两个副流道，其在所述壳体中，所述至少两个副流道与所述主流道横向偏移；流体驱动发电机，其定位在所述至少两个副流道中的每个中；和可控分流器，其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。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：S·卡罗尔，A·唐宁，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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