CN117957358A - 井下电力和通信系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

设备、方法和系统，根据所述设备、方法和系统，通过旋转由一个或多个永磁体产生的磁场而在一个或多个线圈中产生电力。所述一个或多个线圈连接到轴环。所述轴环在油气井眼中定位在井下。所述一个或多个永磁体连接到定位在轴环的内部通道内的转子。流体沿着轴环的内部通道传送。转子且因此由所述一个或多个永磁体产生的磁场使用沿着所述内部通道传送的流体来旋转。

Description

井下电力和通信系统及其使用方法

技术领域

本申请总体上涉及在油气井眼作业中使用的井下工具，并且更具体地，涉及井下电力和通信系统、设备以及使用其的方法。

背景技术

在一些情况下，随钻测量(“MWD”)和随钻测井(“LWD”)工具在油气井眼作业(例如，钻井作业)过程中由井下涡轮机供电。现有的涡轮机是基于探头的，这意味着发电线圈(例如，发电机或电动机部件)被放置在探头壳体内，探头壳体在轴环的内部通道内对中布置。MWD/LWD工具也经常放置在探头壳体内。探头的转子部分通常还包括径向延伸的叶片，所述叶片适于响应于流体通过轴环的内部通道轴向流动而旋转。这种传统构造需要在转子与探头的其余部分之间进行各种复杂密封。另外，对于各种MWD/LWD工具，希望将电力传送到工具的轴环部分。为了将线圈产生的电力和由探头壳体内的MWD/LWD工具收集的数据传输到轴环，这种传统构造需要“跨接”导线(伴随各种复杂的机械部件)，其中探头导线必须穿过流体流的路径，同时保持被保护性地封装在机械壳体中。由于各种原因，希望消除井下涡轮机中对这种跨接线和复杂密封件的需要。因此，需要的是用于解决井下发电设施设计中的这些和其它问题的设备、系统和/或方法。

附图说明

图1是根据一个或多个实施例的油气井场的示意图，该井场包括从地表延伸穿过一个或多个地下地层的井眼，以及在操作上联接至井眼中的输送管柱的井底钻具组合件。

图2是根据一个或多个实施例的图1的井底钻具组合件的井下电力和通信系统的示意图。

图3是示出根据一个或多个实施例的使用图2的井下电力和通信系统为一个或多个井下工具供电的方法的流程图。

图4是用于实现本公开的一个或多个实施例的计算节点的图解说明。

具体实施方式

参照图1，在一个实施例中，油气井系统总体上以附图标记10表示。井系统10包括井架25，井架25定位在一个或多个地下油气地层20上方。井架25支撑提升装置，该提升装置包括天车30和游动滑车35。天车30在井架25的顶部或顶部附近连接到井架25。游动滑车35通过钻绳40悬挂在天车30上，该钻绳40从提升装置延伸到绞车45。绞车45被构造用以使钻绳40卷出和卷入，从而使游动滑车35相应地相对于提升装置下降和上升。输送管柱50连接到游动滑车35并悬置在井眼55内，井眼55从地面位置延伸穿过各种地岩层(包括地层20)。例如，井眼55可以包括套管柱(未示出)，套管柱在其至少一部分中用水泥固结(cemented)。在输送管柱50和井眼55之间限定环带60。

井底钻具组合件65在输送管柱50的远(或井下)端部分处连接到输送管柱50。在一个或多个实施例中，如图1所示，井底钻具组合件65包括钻井工具70(例如，包括钻头和泥浆马达)以及井下电力和通信系统100。在这样的实施例中，一个或多个泥浆泵75适于通过管道80将钻井泥浆输送到输送管柱50，并且最终输送到井眼55中的钻井工具70。另外，在这样的实施例中，驱动系统85(例如，顶部驱动器、转台、另一驱动系统等)适于在(经由输送管柱50)将钻压(weight-on-bit)施加到钻井工具70的同时旋转输送管柱50。

虽然将钻井工具70描述为与钻井工具70组合的井底钻具组合件65的一部分，但是钻井工具70可以替代地从井底钻具组合件中省略，在这种情况下，井底钻具组合件65可以被重新用于除钻井之外的另一井下操作(例如套管操作)，或者系统100可以替代地被并入到各种不同用途的井底钻具组合件、井下工具等中的任何一个中，而不是被并入到井底钻具组合件65中。

控制系统90适于控制(或协助控制)井系统10的一个或多个部件。例如，控制系统90可以适于将控制信号传输到绞车45、驱动系统85、泥浆泵75和/或井底钻具组合件65(包括钻井工具70和/或系统100)。在一个或多个实施例中，控制系统90是或者包括非暂时性计算机可读介质和适于执行存储在非暂时性计算机可读介质上的指令的一个或多个处理器。在一个或多个实施例中，控制系统90位于井场处的现场。替代地，控制系统90可以位于远离井场的位置。在一个或多个实施例中，控制系统90包括多个控制器。在一个或多个实施例中，控制系统90包括多个控制器，其中一个或多个控制器位于井场处的现场，并且/或者一个或多个其它控制器位于远离井场的位置。

参照图2，在一个实施例中，井下电力系统总体上以附图标记100表示。系统100包括适于定位在井眼55中的轴环105；当如此定位在井眼55中时，轴环105限定井上端部分110a、井下端部分110b和内部通道115，内部通道115从井上端部分110a穿过轴环105延伸到井下端部分10b。内部通道115限定轴环105的内侧表面120。轴环105还限定外侧表面125。一个或多个线圈130沿着内侧表面120连接到轴环105。例如，线圈130可以至少部分地嵌入轴环105的内侧表面120中(或者甚至完全嵌入，使得线圈130的径向最内表面与内侧表面120齐平)。例如，线圈130可以被至少部分地接收在形成于轴环105的内侧表面120中的内部凹穴131a-b内。如图所示，内部凹穴131a-b在径向内部。盖132a-b可分别在内部凹穴131a-b上方连接到轴环105，以将线圈130容纳在内部凹穴131a-b内，并且将内部凹穴131a-b与环形的内部通道115中的流体密封隔离。在一个或多个实施例中，线圈130可以被内部凹穴131a-b内的环氧树脂(或另一电绝缘材料)围绕。在一个或多个实施例中，线圈130是轴环105的一部分。另外或替代地，在一个或多个实施例中，线圈130是系统100的“定子”的一部分，该“定子”可以是或包括轴环105的至少一部分。在一个或多个实施例中，内部凹穴131a-b被组合成单个(例如，环形的)内部凹穴，并且对应的盖132a-b被组合成单个(例如，环形)盖。

控制器135沿着外侧表面125连接到轴环105。例如，控制器135可以被至少部分地接收在形成于轴环105的外侧表面125中的外部凹穴140a内。如图所示，外部凹穴140a在径向外部。盖141a可以在外部凹穴140a上方连接到轴环105，以将控制器135容纳在外部凹穴140a内，并且将外部凹穴140a与环带60中的流体密封隔离。在一个或多个实施例中，控制器13是轴环105的一部分。控制器135连接到线圈130，并适于从线圈130接收电力。在一个或多个实施例中，控制器135是或包括非暂时性计算机可读介质和适于执行存储在非暂时性计算机可读介质上的指令的一个或多个处理器。在一个或多个实施例中，控制器135包括多个控制器。

一个或多个传感器145也沿着外侧表面125连接到轴环105。例如，传感器145可以被至少部分地接收在形成于外侧表面125中的外部凹穴140b内。如图所示，外部凹穴140b在径向外部。盖141b可以在外部凹穴140b上方连接到轴环105，以将传感器145容纳在外部凹穴140b内，并且将外部凹穴140b与环带60中的流体密封隔离。在一个或多个实施例中，传感器145是轴环105的一部分。传感器145连接到控制器135，并且适于与控制器135电连通。传感器145还适于经由控制器135从线圈130接收电力。另外或替代地，传感器145可以连接到线圈130，并且适于直接从线圈130接收电力。

电力存储装置146(电池、电容器、另一电力存储装置等，或它们的任意组合)也沿着外侧表面125连接到轴环105。例如，电力存储装置146可以被至少部分地接收在形成于轴环105的外侧表面125中的外部凹穴140c内。如图所示，凹穴140c在径向外部。盖141c可以在外部凹穴140c上方连接到轴环105，以将电力存储装置146容纳在外部凹穴140c内，并且将外部凹穴140c与环带60中的流体密封隔离。在一个或多个实施例中，电力存储装置146是轴环105的一部分。电力存储装置146连接到控制器135，并且适于与控制器135电连通。电力存储装置146还适于经由控制器135接收并存储来自线圈130的电力。另外或替代地，电力存储装置146可以连接到线圈130，并且适于直接从线圈130接收电力。

虽然被描述为定位在单独的外部凹穴140a-c中，但是控制器135、传感器145、电力存储装置146或它们的任何组合可以一起定位在外部凹穴140a、外部凹穴140b或外部凹穴140c内。另外，或者替代地，在一个或多个实施例中，外部凹穴140a-c的任意组合可以组合成单个的外部凹穴；在这种情况下，盖141a-c的对应组合被组合成单个盖。替代地，可以省略外部凹穴140a-c和盖141a-c，以支持形成在内侧表面120中的内部凹穴，以及可连接到内部凹穴上以将该内部凹穴与内部通道115的流体中密封隔离的内部盖。

在一个或多个实施例中，如图2中的省略号(“…”)所示，与传感器145基本相似(或不同)的任何数量的附加传感器可以沿着外侧表面125连接到轴环105，该附加传感器也连接到控制器135和/或线圈130，并且适于与控制器135和/或线圈130电连通。此外，或者作为替代，在一个或多个实施例中，如图2中的省略号(“…”)所示，与电力存储装置146基本相似(或不同)的任何数量的附加电力存储装置可以沿着外侧表面125连接到轴环105，附加的电力存储装置也连接到控制器135和/或线圈130，并且适于与控制器135和/或线圈130电连通。这些部件(即，控制器135、传感器145(以及可选地，附加的传感器)和电力存储装置146(以及可选地，附加的电力存储装置)的数量和沿着轴环105的布置可以变化。

在一个或多个实施例中，传感器145、附加的传感器或它们的任意组合是MWD工具和/或LWD工具，包括MWD工具和/或LWD工具，或者是MWD工具和/或LWD工具的一部分，但不限于MWD工具和/或LWD工具。MWD工具在钻井操作期间测量井眼55的物理特性，诸如三维空间中的压力、温度和井眼轨迹。MWD工具能够确定钻井工具70和井底钻具组合件65的深度、井底位置和定向。此外，MWD工具提供输送管柱50、井底钻具组合件65和井眼55的一系列测量值，包括但不限于：作用在输送管柱50和井底钻具组合件65上的力；钻柱50和环带60内的静态压力和动态压力；以及井眼55的尺寸和形状。相比之下，LWD工具适于在钻井操作期间测量地层20的物理特性。LWD工具能够进行各种测井操作，诸如密度测井、伽马射线测井、电阻率测井和声速测井等。这些测井操作用于确定一系列地质特征，包括但不限于各种地岩层和地层20的密度、孔隙度、电阻率和岩性。

遥测系统150也连接到轴环105。例如，遥测系统150可以至少部分地嵌入轴环105内。在一个或多个实施例中，遥测系统150是轴环105的一部分。在一个或多个实施例中，如图2所示，遥测系统150是或包括电磁(“EM”)遥测系统。遥测系统150连接到控制器135，并且适于与控制器135电通信。遥测系统150进一步适于经由控制器135从线圈130接收电力。另外或替代地，遥测系统150可以连接到线圈130，并且适于直接从线圈130接收电力。在其中遥测系统150是或包括EM遥测系统的一个或多个实施例中，遥测系统150包括间隙接头151，该间隙接头151并入轴环105中。间隙接头151通过电绝缘材料152与轴环105的其余部分分开，该电绝缘材料152在轴环105中提供电断路。经由导体153在间隙接头151的两侧上调制电力，导体153从电绝缘材料152的一侧跨接到另一侧并与间隙接头151接触，从而生成EM遥测信号。更具体地，电绝缘材料152允许导体153将与传导到轴环105的其余部分上的电信号不同的电信号传导到间隙接头151上；这种差异会产生EM遥测信号。在一个或多个实施例中，将间隙接头151集成到轴环105中，使得遥测系统150更加紧凑。

虽然本文中描述并在图2中示出为EM遥测系统，但是附加地或替代地，遥测系统可以是泥浆脉冲遥测系统、有线遥测系统、另一种类型的遥测系统等或它们的任意组合，可以包括泥浆脉冲遥测系统、有线遥测系统、另一种类型的遥测系统等或它们的任意组合，或者是泥浆脉冲遥测系统、有线遥测系统、另一种类型的遥测系统等或它们的任意组合的一部分。替代地，在一个或多个实施例中，遥测系统150被省略，并且系统100作为仅存储器工具(memory-only tool)来操作(只有在将钻柱和该仅存储器工具从井眼55起下之后，才从该仅存储器工具检索数据)。在一个或多个实施例中，控制器135、传感器145、电力存储装置146、遥测系统150或其任意组合是MWD工具、包括MWD工具，或者是MWD工具的一部分。另外或替代地，在一个或多个实施例中，控制器135、传感器145、电力存储装置146、遥测系统150或其任何组合是LWD工具、包括LWD工具，或是LWD工具的一部分。

在一个或多个实施例中，当通过内部通道115的流体流160下降到阈值以下时，电力存储装置146向控制器135、传感器145、遥测系统150或其任何组合提供补充电力。该阈值可以是预先选择的或者可以是自动设定的，例如，基于考虑到井下操作和/或其它井下条件针对给定功能的电力需求。例如，通过内部通道115的流体流160可以减少到该阈值以下，以允许传感器145在钻井工具70相对静止时进行勘测(例如，定向勘测)。在这种情况下，由于通过内部通道115的流体流160减少，线圈130提供很少的电力或不提供电力，并且电力存储装置146提供附加的电力来补充由线圈130提供的电力(如果有的话)，该附加的电力使控制器135、传感器145和/或遥测系统150中的一个或多个运行。因此，在操作中，电力存储装置146通常用以在钻井工具70相对静止时提供电力，用于(使用控制器135和传感器145)进行勘测。在一个或多个实施例中，电力存储装置146和线圈130两者都用于提供用于进行勘测的电力，其中电力存储装置146提供比线圈130相对更多的电力。之后，一旦通过内部通道115的流体流160恢复到阈值以上的水平，则线圈130通常用以提供电力来执行遥测，以便(使用控制器135和遥测系统150)将勘测结果传送到地表，从而产生与纯电池系统中相比强得多的遥测信号。在一个或多个实施例中，线圈130和电力存储装置146两者都用以提供电力来执行遥测，其中线圈130提供比电力存储装置146相对更多的电力。

系统100还包括支撑构件155，支撑构件155定位在轴环105的内部通道115内，并且被固定地连接到轴环105的内侧表面120。支撑构件155允许流体从中流过并且沿着内部通道115流动，如箭头160所示。转子165也定位在轴环105的内部通道115内。转子16以旋转方式连接到支撑构件155。此外，转子165包括一个或多个径向延伸的叶片(或其它流体接收叶片)，该叶片响应于(如箭头160所示)流过内部通道115的流体而使转子165相对于支撑构件155旋转(如箭头166所示)，并绕中心轴线170旋转。例如，支撑构件155可以是或包括轴承，该轴承将转子165以旋转方式支撑在流体流160内。另外，虽然示出为比转子165相对更靠近轴环105的井上端部分110a，但是替代地，支撑构件155可以定位成相对更靠近轴环105的井下端部分110b。在任一情况下，转子165适于围绕旋转的中心轴线170与内部通道115(且因此内部通道115内的流体流方向)基本上平行或同轴。一个或多个永磁体175沿着转子165的径向向外周边连接到转子165。例如，永磁体175可以至少部分地嵌入到转子165的径向向外周边中(或者甚至完全嵌入，使得永磁体175的径向最外表面与转子165的径向向外周边齐平)。在一个或多个实施例中，永磁体175是转子165的一部分。

参照图3，在一个实施例中，使用系统100为一个或多个井下工具供电的方法总体上由附图标记200表示。方法200包括：在步骤205，沿着轴环105的内部通道115传送流体；在步骤210，旋转由永磁体175产生的磁场；在步骤215，从旋转的磁场在线圈130中产生电力；在步骤220，使用线圈130中产生的电力，为遥测系统150、或传感器145、或控制器135供电；在步骤225，将线圈130产生的电力存储在电力存储装置146中；以及在步骤230，使用存储在电力存储装置146上的电力，为遥测系统150或传感器145或控制器135供电。在一个或多个实施例中，旋转由永磁体175产生的磁场的步骤210包括使用沿着内部通道115传送的流体来旋转转子165。

在一个或多个实施例中，系统100的操作和/或方法200的执行消除了对井下涡轮机中的跨接线(以及伴随的复杂密封件)等的需要。

参照图4并继续参照图1至图3，描述了用于实现以上描述的并且/或者在图1至图3例示的控制系统(例如，控制系统90)、控制器(例如控制器135)、元件、设备、系统(例如系统10、系统100)、方法(例如方法200)、步骤或它们的任一组合中的一个或多个的实施例的示例性节点1000。节点1000包括微处理器1000a、输入装置1000b、存储装置1000c、视频控制器1000d、系统存储器1000e、显示器1000f和通信装置1000g，所有这些部件通过一个或多个总线1000h互连。在一个或多个实施例中，存储装置1000c可以包括硬盘驱动器、CD-ROM、光驱、任何其它形式的存储设备和/或其任何组合。在一个或多个实施例中，存储装置1000c可以包括和/或能够接收CD-ROM、DVD-ROM或可以包含可执行指令的任何其它形式的非暂时性计算机可读介质。在一个或多个实施例中，通信装置1000g可以包括调制解调器、网卡或使得节点1000能够与其它节点通信的任何其它装置。在一个或多个实施例中，该节点和其它节点表示多个互连的(无论是通过内联网还是互联网)计算机系统，包括但不限于个人计算机、大型机、PDA、智能电话和蜂窝电话。

在一个或多个实施例中，上述和/或图1至图3所示的实施例中的一个或多个实施例至少包括节点1000和/或其部件，和/或与节点1000和/或其部件基本上类似的一个或多个节点。在一个或多个实施例中，节点1000的上述部件、和/或上述和/或图1至图3所示的实施例中的一个或多个包括相应的多个相同部件。

在一个或多个实施例中，上述和/或图1至图3所示的一个或多个实施例包括计算机程序，该计算机程序包括多个指令、数据和/或其任意组合；以例如Arena、超文本标记语言(HTML)、级联样式表(CSS)、JavaScript、可扩展标记语言(XML)、异步JavaScript和XML(Ajax)和/或其任意组合编写的应用程序；以例如Java或Adobe Flex编写的基于web的应用程序，其在一个或多个实施例中从一个或多个服务器提取实时信息，以预定的时间增量自动刷新最新信息；或其任意组合。

在一个或多个实施例中，计算机系统通常至少包括能够执行机器可读指令的硬件，以及用于执行产生期望结果的动作(通常是机器可读指令)的软件。在一个或多个实施例中，计算机系统可以包括硬件和软件的混合以及计算机子系统。

在一个或多个实施例中，硬件通常至少包括具有处理器能力的平台，诸如客户端机器(也称为个人计算机或服务器)和手持处理装置(诸如智能电话、平板电脑或个人计算设备(PCD))。在一个或多个实施例中，硬件可以包括能够存储机器可读指令的任何物理装置，诸如存储器或其它数据存储装置。在一个或多个实施例中，其它形式的硬件包括硬件子系统，例如该子系统包括传输装置，诸如调制解调器、调制解调器卡、端口和端口卡。

在一个或多个实施例中，软件包括存储在诸如RAM或ROM的任何存储介质中的任何机器代码，以及存储在其它装置(诸如软盘、闪存或CD-ROM)上的机器代码。在一个或多个实施例中，软件可以包括源代码或目标代码。在一个或多个实施例中，软件涵盖能够在节点上(例如在客户端机器或服务器上)执行的任何指令集。

在一个或多个实施例中，软件和硬件的组合也可以用于为本公开的某些实施例提供增强的功能和性能。在一个实施例中，软件功能可以直接制造到硅芯片中。因此，应当理解的是，硬件和软件的组合也包括在计算机系统的定义内，并且因此被本公开设想为可能的等效结构和等效方法。

在一个或多个实施例中，计算机可读介质包括例如无源数据存储器(诸如随机存取存储器(RAM))，以及半永久数据存储器(诸如光盘只读存储器(CD-ROM))。本公开的一个或多个实施例可以实现在计算机的RAM中，以将标准计算机转变为新的专用计算机器。在一个或多个实施例中，数据结构是可以实现本公开的实施例的定义的数据组织。在一个实施例中，数据结构可以提供数据的组织或可执行代码的组织。

在一个或多个实施例中，任何网络和/或其一个或多个部分可以被设计为在任何特定架构上工作。在一个实施例中，任何网络的一个或多个部分可以在单个计算机、局域网、客户端-服务器网络、广域网、互联网、手持式和其它便携式和无线装置和网络上执行。

在一个或多个实施例中，数据库可以是任何标准或专有的数据库软件。在一个或多个实施例中，数据库可以具有可以通过数据库专用软件关联的字段、记录、数据和其它数据库元素。在一个或多个实施例中，数据可以被映射。在一个或多个实施例中，映射是将一个数据条目与另一数据条目相关联的过程。在一个实施例中，包含在字符文件的位置中的数据可以被映射到第二表中的字段。在一个或多个实施例中，数据库的物理位置不受限制，并且数据库可以是分布式的。在一个实施例中，数据库可以远离服务器存在，并且在单独的平台上运行。在一个实施例中，数据库可以通过互联网访问。在一个或多个实施例中，可以实现多于一个的数据库。

在一个或多个实施例中，存储在计算机可读介质上的多条指令可以由一个或多个处理器执行，以使该一个或多个处理器全部或部分地执行或实现控制系统(例如，控制系统90)、控制器(例如，控制器135)、元件、设备、系统(例如，系统10、系统100)、方法(例如方法200)、步骤或其任意组合中的一个或多个的实施例中的一者或多者，如上所述和/或如图1至图3所示。在一个或多个实施例中，这样的处理器可以包括微处理器1000a、作为系统10(诸如，控制系统90)、系统100(诸如，例如控制器135)的部件的部分的任何处理器和/或其任何组合中的一个或多个，并且这样的计算机可读介质可以分布在系统的一个或多个部件之中。在一个或多个实施例中，这样的处理器可以结合虚拟计算机系统来执行多个指令。在一个或多个实施例中，这样的多个指令可以直接与一个或多个处理器通信，和/或可以与一个或多个操作系统、中间件、固件、其它应用程序和/或其任何组合交互，以使所述一个或多个处理器来执行所述指令。

已经公开了一种设备。该设备通常包括：轴环，其适于在井眼中定位在井下；转子，其设置在轴环的内部通道内，并且可相对于轴环旋转；一个或多个永磁体，其连接到转子，所述一个或多个永磁体产生磁场；以及线圈，其连接到轴环，并且适于从旋转磁场产生电力。在一个或多个实施例中，该设备进一步包括：遥测系统，其连接到轴环，并适于使用线圈中产生的电力来供电；或者一个或多个传感器，其连接到轴环，并适于使用线圈中产生的电力来供电；或者控制器，其连接到轴环，并适于使用线圈中产生的电力来供电；或以上部件的任意组合。在一个或多个实施例中，该设备包括：连接至轴环并适于使用线圈中产生的电力来供电的所述遥测系统；连接到轴环并适于使用线圈中产生的电力来供电的所述控制器；其中所述遥测系统连接到所述控制器；并且其中所述控制器还适于向所述遥测系统发送数据和/或控制信号。在一个或多个实施例中，该设备包括：电力存储装置，其连接到轴环，并且适于存储在线圈中产生的电力的至少一部分。在一个或多个实施例中，该设备进一步包括：遥测系统，其连接到轴环，并适于使用存储在电力存储装置上的电力来供电；或者一个或多个传感器，其连接到轴环，并且适于使用存储在电力存储装置上的电力来供电；或者控制器，其连接到轴环，并适于使用存储在电力存储装置上的电力来供电；或以上部件的任意组合。在一个或多个实施例中，该设备包括：连接至轴环并适于使用存储在电力存储装置上的电力来供电的所述一个或多个传感器；连接到轴环并适于使用电力存储装置中存储的电力来供电的所述控制器；其中，所述一个或多个传感器连接到该控制器；并且其中所述控制器还适于从所述一个或多个传感器接收数据。在一个或多个实施例中，当轴环在井眼中定位在井下时，流体可沿着轴环的内部通道传送，并且所述转子可使用沿着内部通道传送的流体而相对于轴环旋转。

还公开了一种在井眼中产生电力的方法。该方法总体上包括：旋转由一个或多个永磁体产生的磁场，所述一个或多个永磁体连接到转子，转子定位在轴环的内部通道内，并且所述轴环在井眼中定位在井下；以及从旋转的磁场在连接到轴环的一个或多个线圈中产生电力。在一个或多个实施例中，该方法进一步包括使用所述一个或多个线圈中产生的电力来：为连接到轴环的遥测系统供电；或者为连接到轴环的一个或多个传感器供电；或者为连接到轴环的控制器供电；或为以上部件的任意组合供电。在一个或多个实施例中，该方法包括使用一个或多个线圈中产生的电力来：为连接到轴环的所述遥测系统供电；以及为连接到轴环的所述控制器供电；其中所述遥测系统连接到所述控制器；并且其中该方法进一步包括从所述控制器向所述遥测系统发送数据和/或控制信号。在一个或多个实施例中，该方法进一步包括：将一个或多个线圈中产生的电力的至少一部分存储在连接到轴环的电力存储装置上。在一个或多个实施例中，该方法进一步包括使用存储在电力存储装置上的电力来：为连接到轴环的遥测系统供电；或者为连接到轴环的一个或多个传感器供电；或者为连接到轴环的控制器供电；或者为以上部件的任意组合供电。在一个或多个实施例中，该方法包括使用存储在电力存储装置上的电力来：为连接到轴环的所述一个或多个传感器供电；以及为连接到轴环的所述控制器供电；其中，所述一个或多个传感器连接到所述控制器；并且其中该方法进一步包括使用所述控制器接收来自所述一个或多个传感器的数据。在一个或多个实施例中，该方法进一步包括：沿着轴环的内部通道传送流体；并且其中，旋转由所述一个或多个永磁体产生的磁场包括使用沿着所述内部通道传送的流体来旋转转子。

还公开了一种系统。该系统总体上包括：一个或多个非暂时性计算机可读介质；以及存储在所述一个或多个非暂时性计算机可读介质上的多个指令，所述多个指令能够由与其在操作上关联的一个或多个处理器执行，以执行以下操作：旋转由一个或多个永磁体产生的磁场，该一个或多个永磁体连接到定位在轴环的内部通道内的转子，并且该轴环在井眼中定位在井下；以及从旋转的磁场在连接到轴环的一个或多个线圈中产生电力。在一个或多个实施例中，所述指令可由所述一个或多个处理器执行以执行以下附加操作：使用在所述一个或多个线圈中产生的电力来为连接到轴环的遥测系统供电；或者为连接到该轴环的一个或多个传感器供电；或者为连接到该轴环的控制器供电；或者为以上部件的任意组合供电。在一个或多个实施例中，所述指令可由所述一个或多个处理器执行以执行以下操作：使用在所述一个或多个线圈中产生的电力来为连接到该轴环的所述遥测系统供电；以及为连接到该轴环的所述控制器供电；其中所述遥测系统连接到所述控制器；并且其中所述指令可由所述一个或多个处理器执行以执行以下附加操作：从所述控制器将数据和/或控制信号发送到所述遥测系统。在一个或多个实施例中，所述指令可由所述一个或多个处理器执行以执行以下附加操作：将在一个或多个线圈中产生的电力的至少一部分存储在连接到该处理器的电力存储装置上。在一个或多个实施例中，所述指令可由所述一个或多个处理器执行以执行以下附加操作：使用存储在电力存储装置上的电力来为连接到该轴环的遥测系统供电；或者为连接到轴环的一个或多个传感器供电；或者为连接到该轴环的控制器供电；或者为以上部件的任意组合供电。在一个或多个实施例中，所述指令可由所述一个或多个处理器执行以执行以下操作：使用存储在电力存储装置上的电力来为连接到该轴环的所述一个或多个传感器供电；以及为连接到该轴环的所述控制器供电；其中，所述一个或多个传感器连接到所述控制器；并且其中所述指令可由所述一个或多个处理器执行以执行以下附加操作：使用所述控制器从所述一个或多个传感器接收数据。在一个或多个实施例中，所述指令可由所述一个或多个处理器执行以执行以下附加操作：沿着该轴环的内部通道传送流体；并且其中旋转由所述一个或多个永磁体产生的磁场包括使用沿着内部通道传送的流体来旋转该转子。

已经公开了一种用于在井眼中产生电力的设备。该设备总体上包括：轴环，其包括一个或多个线圈，该轴环限定内部通道；支撑构件，其连接到该轴环；转子，其包括一个或多个永磁体，该转子连接到该支撑构件，并在内部通道内延伸；其中，所述一个或多个永磁体产生磁场；其中，该转子可相对于该轴环旋转，以旋转由所述一个或多个永磁体产生的磁场；并且其中所述一个或多个线圈适于在井眼中从旋转的磁场产生电力。在一个或多个实施例中，该内部通道限定该轴环中的内侧表面，并且该支撑构件在该内部通道内延伸，并在该内侧表面处连接到轴环。在一个或多个实施例中，该支撑构件刚性地连接到该轴环。在一个或多个实施例中，该转子以旋转方式连接到该支撑构件。在一个或多个实施例中，流体可沿着所述内部通道在所述一个或多个线圈中的至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一该永磁体之间传送。在一个或个种实施例中，该转子进一步包括一个或多个流体接收构件，并且所述一个或多个流体接收构件适于通过接收沿着内部通道传送的流体而使转子相对于轴环旋转。在一个或多个实施例中，所述一个或多个线圈中的至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体径向向外地间隔开，并在轴向上重叠。在一个或多个实施例中，该轴环进一步包括：电力存储装置，其适于存储在所述一个或多个线圈中产生的电力的至少一部分；或者遥测系统，其适于使用在所述一个或多个线圈中产生的电力或存储在该电力存储装置上的电力来供电；或者一个或多个传感器，其适于使用该一个或多个线圈中产生的电力或存储在该电力存储装置上的电力来供电；或者控制器，其适于使用在该一个或多个线圈中产生的电力或者存储在该电力存储装置上的电力来供电；或以上部件的任意组合。在一个或多个实施例中，轴环进一步包括：适于使用在所述一个或多个线圈中产生的电力或存储在该电力存储装置上的电力来供电的所述一个或多个传感器；以及适于使用在所述一个或多个线圈中产生的电力或者存储在该电力存储装置上的电力来供电的所述控制器；并且所述控制器进一步适于从所述一个或多个传感器接收数据。在一个或多个实施例中，该轴环进一步包括：适于使用在所述一个或多个线圈中产生的电力或存储在该电力存储装置上的电力来供电的所述遥测系统；以及适于使用在所述一个或多个线圈中产生的电力或者存储在该电力存储装置上的电力来供电的所述控制器；并且所述控制器进一步适于向所述遥测系统发送数据和/或控制信号。

还公开了一种在井眼中产生电力的方法。该方法总体上包括：旋转由一个或多个永磁体产生的磁场，所述一个或多个永磁体连接到转子，该转子在轴环的内部通道内延伸，并连接到支撑构件，该支撑构件连接到轴环，并且该轴环在井眼中定位在井下；以及使用一个或多个线圈在井眼中从旋转的磁场产生电力，所述一个或多个线圈连接到该轴环。在一个或多个实施例中，该内部通道限定轴环中的内侧表面，并且支撑构件在内部通道内延伸，并在内侧表面处连接到轴环。在一个或多个实施例中，该支撑构件刚性地连接到轴环。在一个或多个实施例中，转子以旋转方式连接到支撑构件。在一个或多个实施例中，该方法进一步包括沿着内部通道在所述一个或多个线圈中的至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体之间传送流体。在一个或多个实施例中，旋转该磁场包括使用该转子的一个或多个流体接收构件来接收沿着内部通道传送的流体，以使转子相对于轴环旋转。在一个或多个实施例中，所述一个或多个线圈中的至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体径向向外地间隔开，并且在轴向上重叠。在一个或多个实施例中，该方法进一步包括：将在一个或多个线圈中产生的电力的至少一部分存储在电力存储装置上；和/或使用在所述一个或多个线圈中产生的电力或存储在电力存储装置上的电力来为遥测系统供电；或为一个或多个传感器供电；或为控制器供电；或为以上部件的任意组合供电。在一个或多个实施例中，该方法进一步包括：使用在所述一个或多个线圈中产生的电力或者存储在电力存储装置上的电力为所述一个或多个传感器供电，以及为所述控制器供电；并且使用所述控制器接收来自所述一个或多个传感器的数据。在一个或多个实施例中，该方法进一步包括：使用在所述一个或多个线圈中产生的电力或存储在电力存储装置上的电力为所述遥测系统供电，以及为所述控制器供电；并且使用所述控制器向所述遥测系统发送数据和/或控制信号。

应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对前述进行改变。

在一个或多个实施例中，各种实施例的要素和教导可以在一些(或全部)实施例中全部或部分地组合。另外，各种实施例的要素和教导中的一个或多个可以至少部分地被省略，和/或至少部分地与各种实施例中的其它要素和教导中的一个或多个组合。

任何空间参考，诸如例如“上”、“下”、“以上”、“以下”、“之间”、“底”、“竖向”、“水平”、“成角度”、“向上”、“向下”、“从一侧到一侧”、“从左到右”、“从右到左”、“从上到下”、“从下到上”、“顶”、“底”、“自下而上”、“自上而下”等仅用于说明目的，可以是相对于其它的特征或参考，并且不一定限制上述结构的特定定向或位置。

在一个或多个实施例中，虽然不同的步骤、进程和过程被描述为表现为不同动作，但是一个或多个步骤、一个或多个进程和/或一个或多个过程也可以以不同的次序、同时地和/或顺序地执行。在一个或多个实施例中，步骤、进程和/或过程可以合并为一个或多个步骤、进程和/或过程。

在若干实施例中，每个实施例中的一个或多个操作步骤可以省略。此外，在一些情况下，可以采用本公开的一些特征，而不对应地使用其它特征。此外，上述实施例和/或变型中的一个或多个可以全部或部分地与上述其它实施例和/或变型中的任何一个或多个组合。

虽然上面已经详细描述了几个实施例，但是所描述的实施例仅是说明性的，而不是限制性的，并且本领域技术人员将容易理解，在不实质上背离本公开的新颖教导和优点的情况下，在实施例中可以进行许多其它的修改、改变和/或替换。因此，所有这样的修改、改变和/或替换旨在被包括在如所附权利要求限定的本公开的范围内。在权利要求书中，任何措施加功能条款旨在覆盖本文描述的执行所列举功能的结构，并且不仅覆盖结构性等同物，而且覆盖等同结构。此外，申请人明确表示不援引35U.S.C.§112(f)对本文任何权利要求的任何限制，但权利要求明确使用“措施(“means”)”一词以及相关功能的那些限制除外。

Claims (24)

1.一种设备，包括：

轴环，所述轴环适于在井眼中定位在井下，所述轴环限定内部通道，所述内部通道限定所述轴环中的内侧表面；

支撑构件，所述支撑构件设置在所述轴环的所述内部通道内，并且刚性地连接到所述轴环的所述内侧表面；

转子，所述转子设置在所述轴环的所述内部通道内，并以旋转方式连接到所述支撑构件，使得所述转子能够相对于所述轴环旋转；

一个或多个永磁体，所述一个或多个永磁体连接到所述转子，所述一个或多个永磁体产生磁场；以及

线圈，所述线圈连接到所述轴环，并适于从旋转的磁场产生电力，所述线圈径向向外地与所述一个或多个永磁体间隔开，并且与所述一个或多个永磁体的至少相应部分在轴向上重叠，

其中，当所述轴环在井眼中定位在井下时，流体能够沿着所述内部通道在所述线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体之间传送。

2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：

遥测系统，所述遥测系统连接到所述轴环，并且适于使用所述线圈中产生的电力来供电；或者

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器连接到所述轴环，并适于使用所述线圈中产生的电力来供电；或者

控制器，所述控制器连接到所述轴环，并适于使用所述线圈中产生的电力来供电；或者

以上部件的任意组合。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备包括：

连接到所述轴环并适于使用所述线圈中产生的电力来供电的所述遥测系统；以及

连接到所述轴环并适于使用所述线圈中产生的电力来供电的所述控制器；

其中，所述遥测系统连接到所述控制器；并且

其中，所述控制器还适于向所述遥测系统发送数据和/或控制信号。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其进一步包括：

电力存储装置，所述电力存储装置连接到所述轴环，并且适于存储在所述线圈中产生的电力的至少一部分。

5.根据权利要求4所述的设备，其进一步包括：

遥测系统，所述遥测系统连接到所述轴环，并适于使用存储在所述电力存储装置上的电力来供电；或者

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器连接到所述轴环，并适于使用存储在所述电力存储装置上的电力来供电；或者

控制器，所述控制器连接到所述轴环，并适于使用存储在所述电力存储装置上的电力来供电；或者

以上部件的任意组合。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备包括：

连接到所述轴环并适于使用存储在所述电力存储装置上的电力来供电的所述一个或多个传感器；以及

连接到所述轴环并适于使用存储在所述电力存储装置上的电力来供电的所述控制器；

其中，所述一个或多个传感器连接到所述控制器；并且

其中，所述控制器还适于从所述一个或多个传感器接收数据。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述转子包括一个或多个流体接收构件，所述流体接收构件适于通过接收沿着所述内部通道传送的流体而使所述转子相对于所述轴环旋转。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，当所述轴环在所述井眼中定位在井下时，所述流体能够沿着所述内部通道在径向上在所述线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体之间传送。

9.一种在井眼中产生电力的方法，所述方法包括：

旋转由一个或多个永磁体产生的磁场，所述一个或多个永磁体连接到定位在轴环的内部通道内的转子，所述转子以旋转方式连接到定位在所述内部通道内的支撑构件，使得所述转子能够相对于所述轴环旋转，所述内部通道限定所述轴环中的内侧表面，所述支撑构件刚性地连接到所述轴环的所述内侧表面，并且所述轴环在所述井眼中定位在井下；以及

从旋转的磁场在连接到所述轴环的一个或多个线圈中产生电力，所述一个或多个线圈径向向外地与所述一个或多个永磁体间隔开，并且与所述一个或多个永磁体的至少相应部分在轴向上重叠，

其中，旋转由所述一个或多个永磁体产生的磁场包括沿着所述内部通道传送流体，并且

其中，沿着所述内部通道传送的所述流体的至少一部分在所述一个或多个线圈中的至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体之间流动。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

使用在所述一个或多个线圈中产生的电力来：

为连接到所述轴环的遥测系统供电；或者

为连接到所述轴环的一个或多个传感器供电；或者

为连接到所述轴环的控制器供电；或者

为以上部件的任意组合供电。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用在所述一个或多个线圈中产生的电力来：

为连接到所述轴环的所述遥测系统供电；以及

为连接到所述轴环的所述控制器供电；

其中，所述遥测系统连接到所述控制器；并且

其中，所述方法进一步包括从所述控制器向所述遥测系统发送数据和/或控制信号。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其进一步包括：

将所述一个或多个线圈中产生的电力的至少一部分存储在连接到所述轴环的电力存储装置上。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

使用所述电力存储装置中存储的电力来：

为连接到所述轴环的遥测系统供电；或者

为连接到所述轴环的一个或多个传感器供电；或者

为连接到所述轴环的控制器供电；或者

为以上部件的任意组合供电。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用存储在所述电力存储装置上的电力来：

为连接到所述轴环的所述一个或多个传感器供电；以及

为连接到所述轴环的所述控制器供电；

其中，所述一个或多个传感器连接到所述控制器；并且

其中，所述方法还包括使用所述控制器接收来自所述一个或多个传感器的数据。

15.根据权利要求9至14任一项所述的方法，其特征在于，旋转由所述一个或多个永磁体产生的磁场进一步包括：

通过使用所述转子的一个或多个流体接收构件接收沿着所述内部通道传送的流体，使所述转子相对于所述轴环旋转。

16.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于，沿着所述内部通道在所述一个或多个线圈中的至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体之间传送流体包括：沿着所述内部通道在径向上在所述一个或多个线圈中的所述至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的所述至少一个永磁体之间传送所述流体。

17.一种系统，包括：

一个或多个非暂时性计算机可读介质；以及

多条指令，所述多条指令存储在所述一个或多个非暂时性计算机可读介质上，并且能够由与其在操作上关联的一个或多个处理器执行，以执行以下操作：

旋转由一个或多个永磁体产生的磁场，所述一个或多个永磁体连接到定位在所述轴环的内部通道内的转子，所述转子以旋转方式连接到定位在所述内部通道内的支撑构件，使得所述转子能够相对于所述轴环旋转，所述内部通道限定所述轴环中的内侧表面，所述支撑构件刚性地连接到所述轴环的所述内侧表面，并且所述轴环在井眼中定位在井下；以及

从旋转的磁场在连接到所述轴环的一个或多个线圈中产生电力，所述一个或多个线圈径向向外地与所述一个或多个永磁体间隔开，并且与所述一个或多个永磁体的至少相应部分在轴向上重叠，

其中，旋转由所述一个或多个永磁体产生的磁场包括沿着所述内部通道传送流体，并且

其中，沿着所述内部通道传送的所述流体的至少一部分在所述一个或多个线圈中的至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体之间流动。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行，以执行以下附加操作：

使用在所述一个或多个线圈中产生的电力来：

为连接到所述轴环的遥测系统供电；或者

为连接到所述轴环的一个或多个传感器供电；或者

为连接到所述轴环的控制器供电；或者

为以上部件的任意组合供电。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行，以执行以下操作：

使用在所述一个或多个线圈中产生的电力来：

为连接到所述轴环的所述遥测系统供电；以及

为连接到所述轴环的所述控制器供电；

其中，所述遥测系统连接到所述控制器；并且

其中，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行，以执行以下附加操作：

从所述控制器向所述遥测系统发送数据和/或控制信号。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的系统，其特征在于，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行，以执行以下附加操作：

将在所述一个或多个线圈中产生的电力的至少一部分存储在连接到所述轴环的电力存储装置上。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行，以执行以下附加操作：

使用存储在所述电力存储装置上的电力来：

为连接到所述轴环的遥测系统供电；或者

为连接到所述轴环的一个或多个传感器供电；或者

为连接到所述轴环的控制器供电；或者

为以上部件的任意组合供电。

22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述指令能够由所述一个或多个处理器执行，以执行以下操作：

使用存储在所述电力存储装置上的电力来：

为连接到所述轴环的所述一个或多个传感器供电；以及

为连接到所述轴环的所述控制器供电；

其中，所述一个或多个传感器连接到所述控制器；并且

其中，所述指令能够由一个或多个处理器执行，以执行以下附加操作：

使用所述控制器接收来自所述一个或多个传感器的数据。

23.根据权利要求17至22中任一项所述的系统，其特征在于，旋转由所述一个或多个永磁体产生的磁场还包括：

通过使用所述转子的一个或多个流体接收构件接收沿着所述内部通道传送的流体，使所述转子相对于所述轴环旋转。

24.根据权利要求17至22中任一项所述的系统，其特征在于，沿着所述内部通道在所述一个或多个线圈中的至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的至少一个永磁体之间传送流体包括：沿着所述内部通道在径向上在所述一个或多个线圈中的所述至少一个线圈与所述一个或多个永磁体中的所述至少一个永磁体之间传送所述流体。