CN102678088A - 在油气井设备中供应电功率 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在油气井设备中供应电功率。一种在水下油气井设备中提供电功率的方法，水下油气井设备具有用于输送烃流体的被水围绕的管线(2)，方法包括将至少一个主体(1)在管线的外部附接到管线，主体携带至少一个热电生成装置(7)，以便装置处于温度梯度中，温度梯度由于在烃流体与围绕管线的水之间的温度差而产生。主体包括夹具主体，其为夹紧到管线的外部的夹具配置的一部分。

Description

在油气井设备中供应电功率
技术领域
本发明涉及在水下油气井设备(hydrocarbon well installation)中供应电功率。
背景技术
在离岸石油生产控制系统中，许多控制装备安装在海底。该海底装备，其主要打开和关闭控制和允许来自井的流体的流动的海底阀，必须高度可靠并且在海面下的严酷环境中操作并且要求在长达25年的寿命中令人满意地操作。用于安装在海底的该装备的电功率通过电功率单元提供，该电功率单元安装在上面，例如在钻探平台、浮动平台或者岸上。
电功率经由集束管缆(umbilical cable)运送到海底装备，集束管缆还包括通信线路(其运送控制和仪器信号)和液压管线，其运送液压流体用于电促动的液压流体控制阀。集束管缆可为若干千米长，很重并且昂贵。集束管缆的设计因此是重要的并且应当尽可能地节省成本。在日后要求对海底装备进行修改时，所采用的构型可能限制额外电功率的可利用性。
所谓的“已开发区域(brown-field)”开发可与最初的集束管缆和安装地点基础设施所设计用于的相比要求更多的电功率和探测及测量。在日后提供少量的额外电功率而不需要修改集束管缆的方法是非常期望的。该情况的实例是：当在海底设备处要求额外传感器时，这要求电功率；或者当需要功率以操作额外声学通信系统(例如基于水听器)时。
发明内容
根据本发明从一方面，提供在水下油气井设备中提供电功率的方法，水下油气井设备具有用于输送烃流体的管线，方法包括将至少一个主体在管线的外部附接到管线上，主体携带至少一个热电生成装置，以便装置处于温度梯度中，温度梯度由于在烃流体与围绕管线的水之间的温度差而产生，所述主体包括夹具主体，其为夹紧到所述管线的外部的夹具配置的一部分。
根据本发明从另一方面，提供用于在水下油气井设备中提供电功率的配置，水下油气井设备具有用于输送烃流体的管线，器械包括至少一个主体，其在管线的外部附接到管线上，主体携带至少一个热电生成装置，以便在使用中装置处于温度梯度中，其由于在烃流体与围绕管线的水之间的温度差而产生，其中，所述主体包括夹具主体，其为夹紧到所述管线的外部的夹具配置的一部分。
典型地，所述夹具主体是C形。在该情形中，方法可包括将又一个这种C形夹具主体作为夹具配置的一部分、在管线的外部并且对立于第一主体附接到管线，又一个主体携带至少一个热电生成装置。这种C形主体的每一个可在各端具有凸缘，主体通过将各凸缘紧固到对立主体的凸缘而夹紧到管线。
优选地，该热电生成装置或者各热电生成装置容纳在各自主体中。
本发明的实施例是将具有模块的形式的热电电功率生成装置集成进夹具配置，其围绕运输从离岸油井出现的热烃流体的管线施加并且其适合用于在海底的严酷环境中操作。在这种构型中，存在在热流体的温度与围绕管线的海水的温度之间的总体温度差，并且这足以提供横跨热电模块的温度梯度以使足够的功率能够生成以操作例如小的传感器。
本实施例利用基于固态半导体的热电电功率生成模块当经受横跨它们的温度梯度时的已证实的特性，来生成足够的电功率以操作小的传感器和/或其它小的仪器。虽然功率输出和生成效率非常低，但是倘若温度梯度可用，则能够得到有用的功率。
附图说明
图1是根据本发明的实施例通过管线的横截面，管线具有附接到它的热电功率生成装置；并且
图2是通过图1中所示的管线的纵向截面。
具体实施方式
本发明的实施例利用在从离岸油井出现在海底管线中的热烃流体(其典型地为大约70℃)与管线壁外侧海底温度(其典型地为大约5℃)之间的温度差。计算示出当利用当前可得的以夹具配置围绕管线安装的热电模块时，该温度梯度能够足以生成多于3瓦特的直流电功率。
参考附图，热电生成通过将足够的基于固态半导体的热电模块集成为夹具配置而提供，夹具配置包括两个大致半圆、C形主体1，各形成半夹具，其围绕运送热烃流体的流体流动管线2组装并且夹紧。各C形主体1在各端携带凸缘3，每一个凸缘3通过适当紧固器件6紧固到另一主体1的对立凸缘3。主体1的壳体的内表面4当安装时与运送热烃流体的管线2的外部表面接触，而主体1的壳体的外表面5与相对冷的海水接触。热电模块7容纳在主体1内，存在横跨热电模块的温度梯度。
将看出夹具围绕管线2定位，其中主体1配置的壳体的内表面4与流体管线接触，而它们的外部表面5与海水接触，基于半导体的热电功率生成模块7容纳在主体1的壳体内。电连接件8制造成用于在配置的基部处的海底连接器(其可以利用干或者湿的凸形连接器永久或者暂时地连接到(多个)负荷)。与流体管线2接触的表面4的长度将取决于(多个)负荷，诸如(多个)传感器和/或其它仪器，所要求的输出功率。
典型地，夹具配置通过遥控潜水器(ROV)可部署或者可回收。
适当热电模块能够在市场上以若干物理尺寸(诸如0.5英寸×0.5英寸，1英寸×1英寸)获得，这些热电模块适合于以防腐蚀夹具配置封装。使用可以以相对高机械强度的压缩模式(剪切强度比较低)进行。当模块使用上述夹紧方法安装时，将必须在它们上面维持足够的压力，以便模块不“松散”，使得它可以通过施加小的横向力容易地移动。
热电模块由于它们的固态结构而是高度可靠的构件并且提供长时间、无故障的服务。
使用本发明的优点
固态功率生成没有移动部件。
直流功率生成，不需要转换。
使用用于各种应用的低功率、低成本热电模块。
夹紧安装使改型被简化。
使更多的传感器和测量器能够添加到已开发区域设施。
降低未开发区域(green-field)设备所要求的基础设施。

Claims (11)

1.一种在水下油气井设备中提供电功率的方法，所述水下油气井设备具有用于输送烃流体的管线，所述方法包括将至少一个主体在所述管线的外部附接到所述管线，所述主体携带至少一个热电生成装置，以便所述装置处于温度梯度中，所述温度梯度由于在所述烃流体与围绕所述管线的水之间的温度差而产生，所述主体包括夹具主体，其为夹紧到所述管线的外部的夹具配置的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹具主体是C形。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包括将又一个这种C形夹具主体作为所述夹具配置的一部分、在所述管线的外部并且对立于所述第一主体附接到所述管线，所述又一个主体携带至少一个热电生成装置。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，C形主体中的每一个具有在各端的凸缘，所述主体通过将各凸缘紧固到对立主体的凸缘而夹紧到所述管线。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述热电生成装置或者各热电生成装置容纳在各自主体中。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，包括使用ROV将所述夹具配置夹紧到所述管线。
7.一种用于在水下油气井设备中提供电功率的配置，所述水下油气井设备具有用于输送烃流体的管线，所述器械包括至少一个主体，其在所述管线的外部附接到所述管线，所述主体携带至少一个热电生成装置，以便在使用中所述装置处于温度梯度中，所述温度梯度由于在所述烃流体与围绕所述管线的水之间的温度差而产生，其中，所述主体包括夹具主体，其为夹紧到所述管线的外部的夹具配置的一部分。
8.根据权利要求7所述的配置，其特征在于，所述主体为C形。
9.根据权利要求8所述的配置，其特征在于，包括又一个这种C形夹具主体，其在所述管线的外部并且对立于所述第一主体、作为所述夹具配置的一部分附接到所述管线，所述又一个主体携带至少一个热电生成装置。
10.根据权利要求9所述的配置，其特征在于，C形部件中的每一个在各端具有凸缘，所述主体通过紧固器件夹紧到所述管线，所述紧固器件将各凸缘紧固到对立主体的凸缘。
11.根据权利要求7到10中的任一项所述的配置，其特征在于，所述热电生成装置或者各热电生成装置容纳在各自主体中。
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