CN208057066U - 一种井下发电钻杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下发电钻杆，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；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。

Description

一种井下发电钻杆

技术领域

本实用新型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。

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

本实用新型的目的是提供一种井下发电钻杆，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。

本实用新型的发电方法，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。

3)、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，进而发电钻杆内钻井液与环空内钻井液形成温差。一定深度范围内，温差随孔底往上逐渐升高，孔底温差为0℃，当高于孔底时，温差大于0℃，此时发电钻杆的温差发电元件开始发电，且距离孔底越远，发电量增大，电能经连通导线传输至锂电池。当单位时间的产电量大于井下装置的单位时间用电量时，井下装置开始工作，多余的电量存储于锂电池中，用于应急使用。

4)、当将所需的发电钻杆全部下放孔内后，将第一根普通钻杆与最后一根发电钻杆相连接，之后普通钻杆间逐根连接，继续钻进工作。

本实用新型的有益效果：

在钻井中利用了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。相比传统的锂电池、涡轮发电机构和有线电缆钻杆，有效地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，不改变常规钻探作业方式。

附图说明

图1为本实用新型的示意图及发电方法示意图。

图2为本实用新型的发电钻杆横截面图。

图3为本实用新型的发电钻杆纵截面图。

其中，1—锂电池；2—发电钻杆；3—普通钻杆；21—发电钻杆外管；22—温差发电元件；23—发电钻杆内管；24—上连通导线；25—下连通导线。

具体实施方式

如图1和图2和图3所示，一种井下发电钻杆，包括锂电池1、发电钻杆2和普通钻杆3，锂电池1与发电钻杆2之间丝扣连接、发电钻杆2与普通钻杆3间丝扣连接；

所述的发电钻杆2由外管21、温差发电元件22、内管23、上连通导线24和下连通导线25组成，温差发电元件22沿内管23及外管21间的间隙的轴向及周向均匀排列，各温差发电元件22之间串联或并联或串并混联，温差发电元件22的上下端分别与上连通导线24和下连通导线25连接；发电钻杆2的电源与锂电池1电连接，发电钻杆2向锂电池1供电，锂电池1向井下装置4供电。

所述的发电钻杆2为铝合金钻杆，可耐高温且重量轻；所述的普通钻杆3为钢钻杆，强度大。

所述的发电钻杆2能多根相连延长；所述的普通钻杆3能多根相连延长。

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4单位时间用电量及钻进深度计算所需的发电钻杆2数量，并将该数量乘以放大系数1.2作为最终的发电钻杆2数量。

2)、将钻头5与井下装置4连接，将锂电池1与井下装置4连接，将锂电池1与第一根发电钻杆2连接，下放发电钻杆2，开始钻进工作；发电钻杆2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2。

3)、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，进而发电钻杆2内钻井液与环空内钻井液形成温差。一定深度范围内，温差随孔底往上逐渐升高，孔底温差为0℃，当高于孔底时，温差大于0℃，此时发电钻杆2的温差发电元件22开始发电，且距离孔底越远，发电量增大，电能经连通导线传输至锂电池1。当单位时间的产电量大于井下装置4的单位时间用电量时，井下装置4开始工作，多余的电量存储于锂电池1中，用于应急使用。

4)、当将所需的发电钻杆2全部下放孔内后，将第一根普通钻杆3与最后一根发电钻杆2相连接，之后普通钻杆3间逐根连接，继续钻进工作。

本实用新型在钻井中利用了发电钻杆2内及环状间隙内钻井液间的温差而发电，进而为井下装置4提供电能。相比传统的锂电池、涡轮发电机构和有线电缆钻杆，有效地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，不改变常规钻探作业方式。

Claims (2)

1.一种井下发电钻杆，其特征在于：包括锂电池(1)、发电钻杆(2)和普通钻杆(3)，锂电池(1)与发电钻杆(2)之间丝扣连接、发电钻杆(2)与普通钻杆(3)间丝扣连接；

所述的发电钻杆(2)由外管(21)、温差发电元件(22)、内管(23)、上连通导线(24)和下连通导线(25)组成，温差发电元件(22)沿内管(23)及外管(21)间的间隙的轴向及周向均匀排列，各温差发电元件(22)之间串联或并联或串并混联，温差发电元件(22)的上下端分别与上连通导线(24)和下连通导线(25)连接；发电钻杆(2)的电源与锂电池(1)电连接，发电钻杆(2)向锂电池(1)供电，锂电池(1)向井下装置(4)供电。

2.根据权利要求1所述的一种井下发电钻杆，其特征在于：所述的发电钻杆(2)为铝合金钻杆；所述的普通钻杆(3)为钢钻杆。