[發明專利]井下發電系統及方法

在審

• 申請號: 201710270951.4
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN108730107A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 毛賽君;陳云錚;廖懿;祁雪樂;斯圖爾特·布萊克·布拉澤爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03B13/02
• 分類號: F03B13/02;H02M7/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

本發明公開一種井下發電系統，其包括用于給負載提供電力的多個發電模塊。每一個發電模塊包括渦輪機，并且，在多個發電模塊中的多個渦輪機在物理上被如此定位使得一個或多個渦輪機被暴露在井下流體中，并且，井下流體的流動驅動一個或多個渦輪機旋轉。每一個發電模塊還包括與渦輪機連接用于將來自渦輪機的旋轉能轉換為電能的發電機、以及與發電機連接用于將來自發電機的交流電壓轉換為直流電壓并將直流電壓輸出給負載的AC?DC整流器。本發明還公開了一種井下發電方法。

技術領域

本發明大體涉及發電系統，尤其涉及一種井下發電系統及井下發電方法。

背景技術

井下鉆探或傳感系統被使用在油氣勘探和生產井中。一些用于壓裂監控和長期生產監測的井下傳感器、井下數據通訊模塊以及其他井下負載經常被應用于井下鉆探或傳感系統中用于執行其各自的功能。這些井下負載需要功率來運轉。在本領域中眾所周知的是使用渦輪機來將來自井下流體，例如生產流體的機械能轉換為旋轉能以驅動發電機。然后，發電機能夠產生電能，并且因此將功率提供給這些井下負載。

然而，井下具有非常惡劣的環境，例如高溫、高壓和泥沙堆積。渦輪機長期被暴露在這種惡劣的井下環境中，因此，渦輪機很容易遭受到損壞。

而且，在渦輪機的早期安裝過程中，必須確保井下流體的流動能夠始終驅動渦輪機的運轉。否則，這種具有該渦輪機的現有的井下發電裝置和發電機將無法工作。因此，在這種現有的井下發電裝置中，渦輪機在井下的安裝位置對于整個井下發電裝置起到至關重要的作用。

然而，由于井下流體的復雜性和井下流體的流動的多變性，這種現有的井下發電裝置無疑會增加渦輪機的安裝難度。

因此，有鑒于此，對于一種能給這些井下負載供電的可靠能源的需求正變得越來越迫切。

發明內容

本發明的一個方面在于提供一種井下發電系統，其包括用于給負載提供電力的多個發電模塊。每一個發電模塊包括渦輪機，并且，在所述多個發電模塊中的多個渦輪機在物理上被如此定位使得一個或多個渦輪機被暴露在井下流體中，并且，所述井下流體的流動驅動所述一個或多個渦輪機旋轉。每一個發電模塊還包括與所述渦輪機連接用于將來自所述渦輪機的旋轉能轉換為電能的發電機、以及與所述發電機連接用于將來自所述發電機的交流電壓轉換為直流電壓并將所述直流電壓輸出給所述負載的AC-DC整流器。

本發明的另一個方面在于提供一種井下發電方法。所述井下發電方法包括：通過井下流體的流動來驅動多個渦輪機中的一個或多個旋轉；通過一個或多個發電機將來自所述一個或多個渦輪機的一個或多個旋轉能分別轉換為一個或多個電能；通過一個或多個AC-DC整流器將來自所述一個或多個發電機的一個或多個交流電壓分別轉換為一個或多個直流電壓；以及將所述一個或多個直流電壓提供給負載。

附圖說明

當參照附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面及優點將變得更好理解，在附圖中，相同的元件標號在全部附圖中用于表示相同的部件，其中：

圖1是根據本發明的一個具體實施方式的井下發電系統的示意圖；

圖2是渦輪機在套管中的分布的一個示意性示例；

圖3是具有兩個發電模塊的井下發電系統的一個示例的示意圖；

圖4是圖3的井下發電系統的測試效果；

圖5是根據本發明的另一個具體實施方式的井下發電系統的示意圖；及

圖6是根據本發明的一個具體實施方式的示意性井下發電方法的流程圖。

具體實施方式