用于井下仪器的电源制造技术

本申请涉及用于井下仪器的电源。在一个实施方案中，公开了一种适合于向井下工具供应电力的电源。该电源包括：耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的可再充电能量储存器。该源可包括电池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，其中所述发电机配置为将井下工具所经历的能量转化为电能。所述控制电路可以配置为接收来自所述源的电能并将电能储存在能量储存器中。

【技术实现步骤摘要】
用于井下仪器的电源本申请是申请日为2012年7月19日、申请号为201280046688.6、专利技术名称为“用于井下仪器的电源”的中国专利申请的分案申请。
本文中公开的本专利技术涉及油和气以及其他地下资源的勘探，特别地涉及一种用于在井下环境中向仪器供应电力的电源。
技术介绍
在勘探油和气时，有必要向土壤中钻出井眼。虽然钻探井眼使得个人和公司能够评估地下材料和采掘期望的烃，但是遇到了许多问题。例如，公知“容易开采的油”一般而言已经没有了。现在勘探需要寻找比之前更深的深度。这使得有必要钻得越来越深，从而进入恶劣的环境，例如温度从200摄氏度上至300摄氏度或超过300摄氏度的环境。一般而言，现今的仪器并非构建为在这样的环境中操作，并将在达到该范围内的环境温度之前失效。井下仪器不断增加的复杂性使该问题进一步复杂化。也就是说，随着技术持续改进，勘探正在使用比之前任何时候都要多的仪器。伴随这种使用，出现了对井下电力需求的增加。遗憾的是，许多已知的解决方案具有很多缺点。例如，多种类型的电池在升高的温度下遭受灾难性故障，并可因此毁坏仪器。此外，这些电池常常是不可再充电的，以及相当昂贵。需要在温度为周围环境温度上至约200摄氏度或更高、包括上至约300摄氏度的环境中提供井下电力的方法和设备。优选地，所述方法和设备包括发电能力和能量储存，并可由此在恶劣的环境中提供延长的运行持续时间。此外，优选使所述解决方案在拥有和维持方面是经济的。
技术实现思路
在一个实施方案中，公开了一种适合于向井下工具供应电力的电源。该电源包括耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的可再充电能量储存器。该源可包括电池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，所述发电机配置为将井下工具所经历的能量转化成电能。控制电路可配置为接收来自所述源的电能并将电能储存在能量储存器中。在另一实施方案中，公开了一种用于制造井下工具的电源的方法。该方法包括选择至少一种能量源、配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的可再充电能量储存器、和适合于接收来自发电机的电能并将电能储存在能量储存器中的控制电路；并将所述源、控制电路和能量储存器结合到井下工具中以提供电源。在又一个实施方案中，公开了一种用于向井下工具提供电力的方法。该方法包括：选择一种包括电源的工具，该电源包括耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的高温可再充电能量储存器。该源包括电池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，所述发电机配置为将井下工具所经历的能量转化为电能。控制电路可配置为接收来自所述源的电能并将电能储存在能量储存器中；以及从电源向井下工具负载提供电力。附图说明在作为说明书的结论的权利要求书中特别地指出并明确地要求保护被视为本专利技术的主题。本专利技术的前述及其他特征和优点通过结合附图的以下详述是明显的。在附图中：图1示出了包括测井仪的钻柱的示例性实施方案；图2示出了用于利用通过电缆部署的仪器测井的示例性实施方案；图3示出了示例性超级电容器的各方面；图4描绘了可包括在示例性超级电容器中的阳离子的一级结构的实施方案；图5描绘了示例性超级电容器的壳体的实施方案；图6示出了示例性超级电容器的储存单元的实施方案；图7描绘了设置在壳体的本体的内部上的阻隔物；图8A和8B(在本文中统称为图8)描绘了壳体的盖的各方面；图9描绘了根据本文教导的超级电容器的组件；图10A和10B(在本文中统称为图10)是分别描绘超级电容器的不具有阻隔物的实施方案和包括阻隔物的类似实施方案的性能的图；图11描绘了作为包装材料设置在储存单元周围的阻隔物；图12A、12B和12C(在本文中统称为图12)描绘了包括分多层的材料的盖的实施方案；图13是包括玻璃-金属密封件的电极组件的横截面图；图14是安装在图12B的盖中的图13的电极组件的横截面图；图15描绘了组装过程中能量储存单元的布置；图16A、16B和16C(在本文中统称为图16)描绘了组装的能量储存单元的实施方案；图17描绘了在电极组件之上聚合物绝缘体的使用；图18A、18B和18C(在本文中统称为图18)描绘了用于能量储存器的盖的另一个实施方案的模板的各方面；图19是包括半球形材料的电极组件的透视图；图20是包括安装在图18C的模板中的图19的电极组件的盖的透视图；图21是图20的盖的横截面图；图22是设置在圆柱形壳体内的能量储存单元的透明等距视图；图23是在卷成卷制的能量储存单元之前的能量储存单元的实施方案的等距视图；图24是储存单元的侧视图，示出了一个实施方案的多个层；图25是卷制的储存单元的等距视图，其包括用于布置多根引线的参考标记；图26是具有参考标记的图25的储存单元在卷制之前的等距视图；图27描绘了包括多根引线的卷起的储存单元；图28描绘了赋予到与储存单元耦接的对齐引线(即，端子)的Z-折叠；图29至37是描绘示例性超级电容器的性能的各方面的图；图38描绘了包括发电机和超级电容器的电源的实施方案；图39描绘了位移发电机(displacementgenerator)的实施方案的各方面；图40描绘了安装在测井仪中的图39所描绘的多个发电机的实施方案；以及图41至47描绘了电源的控制电路的实施方案。具体实施方式本文中公开了适合在井下环境中使用的电源的各种配置。该电源在高温环境中为使用者提供发电。为了给所述电源提供上下文，提供了一些背景信息和定义。现在参照图1，其示出了用于钻探井眼101(也称为“钻孔”)的设备的各方面。作为惯例，井眼101的深度被描述为沿着Z轴，而横截面设置在由X轴和Y轴描述的平面上。在该实施例中，使用由其中提供转动能量和向下力的钻机(未示出)驱动的钻柱111向土壤102中钻出井眼101。井眼101通常穿过可包括各种地层103(示出为地层103A、103B、103C)的地下材料。本领域技术人员将认识到在地下环境中可能遇到的各种地质特征可以称为“地层”，并且钻孔下面(即，井下)的材料阵列(array)可以称为“地下材料”。也就是说，地层103由地下材料形成。因此，如在本文中使用的，应该认为虽然术语“地层”通常是指地质层，但是“地下材料”包括任意材料，并且可以包括例如固体、流体、气体、液体等材料。在该实施例中，钻柱111包括驱动钻头114的钻杆112的长度。钻头114还提供钻井液104(例如，钻井泥浆)的流。经常通过钻杆112将钻井液104泵送到钻头114，所述钻井液在这里离开钻杆进入到井眼101中。这在井眼101内产生了钻井液104的上向流(upwardflow)F。上向流F通常冷却钻柱111及其部件，带走来自钻头114的钻屑，并且防止加压烃类105的喷出。钻井液104(也称为“钻井泥浆”)通常包括如环境中可能固有的地层流体、液体(例如水)、钻井液、泥浆、油、气体的混合物。虽然钻井作业可能引入钻井液104，但是除了测井操作之外，钻井液104的使用或存在既不是需要的也不是必要的。一般而言，材料层存在于钻柱111的外表面与井眼101的壁之间。该层被称为“间隙层(standofflayer)”，并且包括称为“间隙，S”的厚度。钻柱111通常包括用于执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于向井下工具供应电力的电源，所述电源包括：耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的可再充电能量储存器；所述源包括电池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，所述发电机配置为将所述井下工具所经历的能量转化为电能，所述控制电路用于接收来自所述源的电能并将所述电能储存在所述能量储存器中。

【技术特征摘要】
2011.07.27 US 61/512,090;2011.11.17 US 61/560,888;1.一种适合于向井下工具供应电力的电源，所述电源包括：耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的可再充电能量储存器；所述源包括电池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，所述发电机配置为将所述井下工具所经历的能量转化为电能，所述控制电路用于接收来自所述源的电能并将所述电能储存在所述能量储存器中。2.根据权利要求1所述的电源，其中所述温度范围为约90摄氏度至约210摄氏度。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：里卡尔多·西尼奥雷利，约翰·雅各布·库利，克里斯托弗·约翰·西巴尔德·迪恩，詹姆斯·爱泼斯坦，帕德马纳班·萨斯桑·库蒂皮莱，法布里齐奥·马丁尼，约瑟夫·莱恩，
申请(专利权)人：快帽系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US