[发明专利]井下发电系统及方法

说明书

本发明公开一种井下发电系统，其包括用于给负载提供电力的多个发电模块。每一个发电模块包括涡轮机，并且，在多个发电模块中的多个涡轮机在物理上被如此定位使得一个或多个涡轮机被暴露在井下流体中，并且，井下流体的流动驱动一个或多个涡轮机旋转。每一个发电模块还包括与涡轮机连接用于将来自涡轮机的旋转能转换为电能的发电机、以及与发电机连接用于将来自发电机的交流电压转换为直流电压并将直流电压输出给负载的AC‑DC整流器。本发明还公开了一种井下发电方法。

技术领域

本发明大体涉及发电系统，尤其涉及一种井下发电系统及井下发电方法。

背景技术

井下钻探或传感系统被使用在油气勘探和生产井中。一些用于压裂监控和长期生产监测的井下传感器、井下数据通讯模块以及其他井下负载经常被应用于井下钻探或传感系统中用于执行其各自的功能。这些井下负载需要功率来运转。在本领域中众所周知的是使用涡轮机来将来自井下流体，例如生产流体的机械能转换为旋转能以驱动发电机。然后，发电机能够产生电能，并且因此将功率提供给这些井下负载。

然而，井下具有非常恶劣的环境，例如高温、高压和泥沙堆积。涡轮机长期被暴露在这种恶劣的井下环境中，因此，涡轮机很容易遭受到损坏。

而且，在涡轮机的早期安装过程中，必须确保井下流体的流动能够始终驱动涡轮机的运转。否则，这种具有该涡轮机的现有的井下发电装置和发电机将无法工作。因此，在这种现有的井下发电装置中，涡轮机在井下的安装位置对于整个井下发电装置起到至关重要的作用。

然而，由于井下流体的复杂性和井下流体的流动的多变性，这种现有的井下发电装置无疑会增加涡轮机的安装难度。

因此，有鉴于此，对于一种能给这些井下负载供电的可靠能源的需求正变得越来越迫切。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种井下发电系统，其包括用于给负载提供电力的多个发电模块。每一个发电模块包括涡轮机，并且，在所述多个发电模块中的多个涡轮机在物理上被如此定位使得一个或多个涡轮机被暴露在井下流体中，并且，所述井下流体的流动驱动所述一个或多个涡轮机旋转。每一个发电模块还包括与所述涡轮机连接用于将来自所述涡轮机的旋转能转换为电能的发电机、以及与所述发电机连接用于将来自所述发电机的交流电压转换为直流电压并将所述直流电压输出给所述负载的AC-DC整流器。

本发明的另一个方面在于提供一种井下发电方法。所述井下发电方法包括：通过井下流体的流动来驱动多个涡轮机中的一个或多个旋转；通过一个或多个发电机将来自所述一个或多个涡轮机的一个或多个旋转能分别转换为一个或多个电能；通过一个或多个AC-DC整流器将来自所述一个或多个发电机的一个或多个交流电压分别转换为一个或多个直流电压；以及将所述一个或多个直流电压提供给负载。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明的一个具体实施方式的井下发电系统的示意图；

图2是涡轮机在套管中的分布的一个示意性示例；

图3是具有两个发电模块的井下发电系统的一个示例的示意图；

图4是图3的井下发电系统的测试效果；

图5是根据本发明的另一个具体实施方式的井下发电系统的示意图；及

图6是根据本发明的一个具体实施方式的示意性井下发电方法的流程图。

具体实施方式