[发明专利]井下能量收集

说明书

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)。

本发明涉及井下能量收集(downhole energy harvesting)。在具体情况下，本发明涉及用于在具有设有阴极保护的金属结构的井设施(well installation)中为井下设备供电的方法和系统。本发明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(well head)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。

根据本发明的第一方面，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。