井下能量收集制造技术

用于具有承载电流(例如，CP电流)的金属结构的井设施的系统中的井下电能收集和通信。在一些情况下，存在收集模块(4)，该收集模块在第一位置处电连接至该金属结构(2)且电连接至与该第一位置间隔开的第二位置，该第一位置和第二位置被选择成使得在使用中，由于在该结构(2)中流动的电流，所以在该第一位置和第二位置之间存在电位差；且该收集模块(4)被布置成从该电流收集电能。附加地或替代地，存在通过调制该金属结构(2)中的电流(例如，CP电流)来通信的通信器械(4，5，6)。

Underground energy collection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】井下能量收集本专利技术涉及井下能量收集(downholeenergyharvesting)。在具体情况下，本专利技术涉及用于在具有设有阴极保护的金属结构的井设施(wellinstallation)中为井下设备供电的方法和系统。本专利技术还涉及纳入能量收集方法和系统的方法和系统以及在这样的方法和系统中使用的器械。通常期望能够从油井和/或气井以及油井和/或气井中的控制设备(诸如阀，例如地下安全阀)提取数据。然而，为这样的井下设备提供功率具有挑战。存在可以经由电缆直接从地面提供功率或可以使用液压功率直接从地面为设备供电的一些情况。然而，在其他情况下，这些功率递送方法并不适当。在一些情况下，使用电池成为一个选项。然而，这本身就具有挑战性，特别是在井下环境中，相对的高温倾向于导致缩短的电池寿命。因此，期望的是提供替代源为井下设备供电，所述替代源可以在经由电缆或以液压方式直接从地面递送功率是困难、不可能或不期望的情况下使用，同时避免了在依赖于电池功率的情况下将遇到的限制。还期望的是提供用于在井下位置与其他井下位置和/或地面位置之间通信的替代方法。在本说明书中，表述“地面”包含陆地井中井口(wellhead)将位于的陆地地面、海底井中海床/泥线以及平台上的井口甲板。在适当的情况下，它还包含处于这些位置上方的位置。通常，“地面”被用来指代例如用于施加和/或拾取功率/信号的任何方便的位置，所述位置在井的井眼(borehole)外部。根据本专利技术的第一方面，提供了一种井下电能收集系统，用于在具有承载电流的金属结构的井设施中收集电能，该系统包括：一个收集模块，该收集模块在第一位置处电连接至该金属结构，且电连接至与该第一位置间隔开的第二位置，该第一位置和第二位置被选择成使得在使用中，由于在该结构中流动的电流，所以在第一位置和第二位置之间存在电位差；且该收集模块被布置成从该电流收集电能。该井设施可以是具有阴极保护的井设施，以使得该电流是阴极保护电流。虽然本技术可以在将电流专门施加至该井下结构以用于功率递送的系统中使用，但是已经认识到，可以从阴极保护系统收集功率，且特别优选的是，如果能够从已经存在的电流收集功率。第二位置通常将是井下位置。在一些情况下，至第二位置的连接部可以是经由电极至地层(formation)的连接部。然而，最典型地，收集模块将在间隔开的第一位置和第二位置处连接至金属结构。这样的系统和方法是有利的，因为可以在不必设置分立的功率供应的情况下将功率提供至井下设备。此外，可以在不必依赖于会倾向于具有有限寿命的本地电池的情况下供应功率，且可以在不必设置穿透井口的电缆的情况下供应功率。类似地，可以在不使用环形线圈来注入或提取信号的情况下实施这些技术。这降低了实施系统时会引起的复杂性和技术问题。收集模块可以被布置成从dc电流收集电能。优选地，在第一位置和第二位置之间的区域中该金属结构的多个部分内的电流流动是在相同的纵向方向上。优选地，在第一位置和第二位置之间存在不间断的电流流动路径，该电流流动路径至少部分地经由该金属结构。这些所代表的特征通常会存在于设施中，除非对设置进行修改。本想法通常不需要修改井设施整体的标准设置，也就是它们旨在与标准设施一起工作。收集模块可以在第二位置处电连接至金属结构。至该金属结构的该连接部或每个连接部可以被形成至一段金属细长构件/一段金属管。在一组实施方案中，间隔开的位置可以轴向间隔开。该连接部可以被形成至共同的一段金属细长构件，例如作为该金属结构的一部分的共同的一段金属管。两个间隔开的位置的最上面可以邻近设置于井中的尾管悬挂器(linerhanger)的位置。通常，这将表示用于最上面的位置的最高实际位置。在一些情况下，上部连接部可以被形成至立管(riser)。因此，例如，所述连接部这二者都可以被形成至设置在井中的生产油管，或这二者都可以被形成至通过第一“A”环空(annulus)与该生产油管分开的第一段套管，或这二者都可以被形成至通过第二“B”环空与该第一段套管分立的第二段套管，或以此类推。在其他情况下，轴向间隔开的连接部可以被形成至不同段的金属细长构件，例如具有类似的结果的不同段的金属管，但是通常更方便的是，将所述连接部形成至相同段的金属细长构件/金属管，如果没有理由改变的话。在间隔开的位置是轴向间隔开且它们之间存在电位差依赖于此的情况下，所述位置之间的间隔可能地相当大，典型地100m或更大。更优选地是300m至500m。在第一位置处至该金属结构的电连接可以是电流连接。在第二位置处至该金属结构的电连接可以是电流连接。收集模块可以被定位在以下中的一个或多个中：井细长构件外部、井的环空内以及井的内孔内。至第一位置和第二位置中的至少一个的连接部可以经由在金属结构旁边延伸的电缆。优选地，如果第二间隔开的接触部被形成至至少一段金属细长构件，则在形成第一接触部的位置处在至少一段金属细长构件中所流动的电流与在形成第二接触部的位置处在至少一段金属细长构件中所流动的电流在相同的纵向方向上流动。优选地，如果第一间隔开的接触部和第二间隔开的接触部这二者都被形成至相同段的金属细长构件，则该段金属细长构件在该第一位置和第二位置之间连续地导电。电接触部中的至少一个与收集模块之间的至少一个连接部可以由绝缘电缆提供。该电缆可以被选择成具有横截面面积相对大的导体。当选择电缆时，目的是挑选足够大的横截面面积，以允许期望的收集水平，该横截面面积在电缆中提供足够低的电阻。优选地，该绝缘电缆具有至少10mm^2、优选地至少20mm^2、更优选地至少80mm^2的导电面积。该电缆可以是油管封装导体。可以在没有外部电缆的情况下形成所述连接部中的一个。可以经由收集模块的导电壳体或包围该导电模块的导电壳体形成连接部中的一个。典型地，在连接部之间将存在最佳间隔。该间隔越大，接触部位置之间的电位的改变越大，但是电缆的电阻也越大。该方法可以包括确定间隔开的位置之间的最佳间隔。这可以通过对于特定的设施建模来确定。所述位置之间的间隔可以是至少100m。在另一组实施方案中，间隔开的位置可以径向间隔开。连接部中的第一连接部可以被形成至第一段金属细长构件，例如作为该金属结构的一部分的第一段金属管，且连接部中的第二连接部可以被形成至不同的第二段金属细长构件，例如作为该金属结构的一部分的不同的第二段金属管。因此，连接部可以横跨通过两段金属管所限定的环空。例如，一个连接部可以被形成至设置于井中的生产油管且一个连接部被形成至通过第一“A”环空与该生产油管分立的第一段套管，或一个连接部可以被形成至设置于井中的第一段套管且一个连接部被形成至通过第二“B”环空与该第一段套管分立的第二段套管，以此类推。在一些情况下，间隔开的位置既可以轴向间隔开，又可以径向间隔开。所述连接部可以被形成至作为该金属结构的一部分的共同的一段金属细长构件。在一些实施方案中，所述连接部中的第一连接部被形成至作为该金属结构的一部分的第一段金属细长构件，且所述连接部中的第二连接部被形成至作为该金属结构的一部分的不同的第二段金属细长构件。绝缘装置可以被设置成用于使该第一段金属细长构件与该第二段金属细长构件在所述连接部的区域中电绝缘。绝缘装置可以被设置成用于使该第一段细长构件/金属管与该第二段细长构件/金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下电功率收集模块，该井下电功率收集模块被布置成用于电连接在井设施中的两个间隔开的位置之间，且包括一个电路，该电路被布置成用于在使用中从所述间隔开的位置之间的电位差收集电能，该电位差充当输入电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种井下电功率收集模块，该井下电功率收集模块被布置成用于电连接在井设施中的两个间隔开的位置之间，且包括一个电路，该电路被布置成用于在使用中从所述间隔开的位置之间的电位差收集电能，该电位差充当输入电压。2.根据权利要求1所述的井下电功率收集模块，其中该收集模块被布置成从dc电流收集电能。3.根据权利要求1或2所述的井下电功率收集模块，包括控制装置，该控制装置用于修改该电路的输入阻抗以匹配该电路的源阻抗，从而优化功率转换效率。4.根据任一项前述权利要求所述的井下电功率收集模块，其中该电路包括dc-dc转换器。5.根据权利要求4所述的井下电功率收集模块，其中该dc-dc转换器被布置成以在一最小阈值以上的输入电压操作，其中该最小阈值不大于0.5伏，优选地该最小阈值不大于0.25伏，且更优选地该最小阈值不大于0.05伏。6.根据权利要求4或5所述的井下电功率收集模块，其中该dc-dc转换器包括自启动装置，以允许当可用输入电压处于该dc-dc转换器中的部件的半导体带隙电压以下时启动能量收集。7.根据权利要求4或5所述的井下电功率收集模块，其中该dc-dc转换器包括自启动装置，以允许当可用输入电压在0.5伏以下时启动能量收集。8.根据权利4至7中任一项所述的井下电功率收集模块，其中该dc-dc转换器包括一个升压变压器。9.根据权利要求8所述的井下电功率收集模块，当从属于权利要求7时，其中该自启动装置包括一个场效应晶体管，该场效应晶体管与该升压变压器被布置在一起，以形成谐振升压振荡器。10.根据权利要求7或8所述的井下电功率收集模块，其中该dc-dc转换器包括晶体管的H桥，该H桥被布置成在控制装置的控制下用于向该升压变压器提供输入，且该自启动装置包括辅助功率源，该辅助功率源用于该控制装置以允许启动。11.根据权利要求8至10中任一项所述的井下电功率收集模块，其中该收集模块包括控制装置，该控制装置被布置成控制该升压变压器的匝数比，以修改由该dc-dc转换器所生成的负载。12.根据权利要求11所述的井下电功率收集模块，其中该升压变压器的次级绕组包括多个抽头和/或该升压变压器包括多个次级绕组且该控制装置被布置成选择绕组和/或抽头以提供期望的匝数比。13.根据任一项前述权利要求所述的井下电功率收集模块，包括至少一对端子，从所述端子能够形成至所述两个间隔开的位置的连接部。14.根据权利要求13所述的井下电功率收集模块，其中该收集模块具有不止两个端子，其中所述端子中的每个用于允许连接至相应的位置，且该收集模块还包括开关装置，用于将所述端子中的两个选择性地电连接在该电路两端，从而允许选择该电路被连接在所述相应的位置中的哪些位置之间。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·C·罗斯，L·D·贾维斯，S·M·哈德森，
申请(专利权)人：美德龙技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB