[发明专利]一种井下发电钻杆及其发电方法

说明书

本发明公开了一种井下发电钻杆及其发电方法，井下发电钻杆，包括锂电池、发电钻杆和普通钻杆，锂电池与发电钻杆之间丝扣连接、发电钻杆与普通钻杆间丝扣连接；发电钻杆由外管、温差发电元件、内管、上连通导线和下连通导线组成，温差发电元件沿内管及外管间的间隙的轴向及周向均匀排列，各温差发电元件之间串联或并联或串并混联，温差发电元件的上下端分别与上连通导线和下连通导线连接；发电钻杆的电源与锂电池电连接，发电钻杆向锂电池供电，锂电池向井下装置供电。在钻井中利用发电钻杆内及环状间隙内钻井液间的温差而发电，进而为井下装置提供电能。提高了工作的稳定性、钻井效率，并可实现取心钻进，结构简单。

技术领域

本发明属于石油天然气及地质钻探领域，具体涉及一种为井下钻具提供电力的发电钻杆及发电方法。

背景技术

近年来随着复杂地层油气藏及矿藏开发难度及深度的增加，对钻探技术也提出了新的要求。随钻测量、井底辅助工具以及智能钻井都应运而生。如何实现井底电动装置以及随钻测量仪器的高效供电，成为此类技术发展的难点。目前广泛采用下列几种方法，高性能锂电池、泥浆涡轮发电机和有线电缆钻杆。其中，高性能锂电池存在需要频繁更换的缺点；泥浆涡轮发电机结构复杂，工作效率不稳定，且不能实现取心钻进；而有线电缆钻杆不适合于深井钻进，出事故后由于钻杆数量多，不易维修，且电缆在孔内易发生断裂。

钻井过程中，钻井液在孔底对钻头进行冷却，并携带大量的热量上返。钻井液在孔内循环过程中，与地层、钻杆之间发生了热量交换，钻杆内及环状间隙内的钻井液之间产生了温差，其中钻杆内钻井液温度低，环空间隙内钻井液温度高。以孔深5000米为例，从孔底至地表的钻杆内钻井液与环空间隙内钻井液的温差范围为0～25°，其中孔底温差为0℃，从孔底往上温差逐渐升高，到3000米达到最大值25℃，继续往上温差开始降低，地表的温差为10℃。当温差大于0℃后即可利用温差进行发电，且单位时间发电量随温差增大而增大。使用这种方法发电，不仅充分利用了资源，且可实现对井下装置的稳定供电。

发明内容

本发明的目的是提供一种井下发电钻杆及发电方法，可以实现利用钻孔环状间隙及钻杆内钻井液之间的温差进行发电，为孔内用电装置稳定供电，且装置结构简单，不需改变常规钻探的作业方式。同时不需要全孔都是发电钻杆，只需布置少量的发电钻杆。

一种井下发电钻杆，包括锂电池、发电钻杆和普通钻杆，锂电池与发电钻杆之间丝扣连接、发电钻杆与普通钻杆间丝扣连接；

所述的发电钻杆由外管、温差发电元件、内管、上连通导线和下连通导线组成，温差发电元件沿内管及外管间的间隙的轴向及周向均匀排列，各温差发电元件之间串联或并联或串并混联，温差发电元件的上下端分别与上连通导线和下连通导线连接；发电钻杆的电源与锂电池电连接，发电钻杆向锂电池供电，锂电池向井下装置供电。

所述的发电钻杆为铝合金钻杆，可耐高温且重量轻；所述的普通钻杆为钢钻杆，强度大。

所述的发电钻杆能多根相连延长；所述的普通钻杆能多根相连延长。

一种井下发电钻杆的发电方法，包括以下步骤：

1)、钻进前，根据井下装置单位时间用电量及钻进深度计算所需的发电钻杆数量，并将该数量乘以放大系数1.2作为最终的发电钻杆数量。

2)、将钻头与井下装置连接，将锂电池与井下装置连接，将锂电池与第一根发电钻杆连接，下放发电钻杆，开始钻进工作；发电钻杆之间的连通导线相互接触用于通电。钻井液由钻杆中心泵入孔底冷却孔底的钻头并从环状间隙上返地表。随钻进进行，逐根连接发电钻杆。