DE102016116277A1

DE102016116277A1 - Stromformungsschaltkreis zur verwendung mit magnetkopplern in einem bohrloch

Info

Publication number: DE102016116277A1
Application number: DE102016116277.9A
Authority: DE
Inventors: Hugh Douglas
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2017-05-11
Also published as: NO20161260A1; US11081989B2; GB2544140B; GB201613361D0; US20180241331A1; WO2017078725A1; AR106280A1; GB2544140A

Abstract

Bereitgestellt wird eine Stromerzeugungsvorrichtung. Die Stromerzeugungsvorrichtung weist einen Magnetkoppler auf. Der Magnetkoppler kann einer maximalen Drehmomentausgangsleistung zugeordnet sein. Die maximale Drehmomentausgangsleistung des Magnetkopplers beruht vorzugsweise auf einer Größe des Magnetkopplers. Die Stromerzeugungsvorrichtung kann auch einen Wechselstromerzeuger umfassen, der an die magnetische Kopplungsvorrichtung gekoppelt ist. Der Wechselstromerzeuger wandelt die kinetische Energie, die von der magnetischen Kopplungsvorrichtung empfangen wird, in einen Strom um. Die kinetische Energie kann von dem Magnetkoppler mithilfe einer Drehkraft erzeugt werden, die über die magnetische Kopplungsvorrichtung übertragen wird. Die Stromerzeugungsvorrichtung kann auch eine Stromwandlervorrichtung beinhalten, die an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um den Strom vom Wechselstromerzeuger zu formen, derart, dass die maximale Drehmomentausgangsleistung ausreicht, um zu bewirken, dass der Stromwandler einen Schwellenstrom ausgibt, der ausreicht, um ein Bohrlochwerkzeug zu betreiben, das mithilfe der Stromerzeugungsvorrichtung mit Strom versorgt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Vorrichtungen zur Verwendung in einem Bohrloch in einer unterirdischen Formation. Insbesondere, aber nicht einschränkend, betrifft diese Offenbarung einen Stromformungsschaltkreis zur Verwendung mit Magnetkopplern untertage.
Allgemeiner Stand der Technik
Ein Bohrlochsystem (z. B. Öl- oder Gasbohrlöcher zum Extrahieren von Fluid aus einer unterirdischen Formation) kann verschiedene Vorrichtungen beinhalten, die für Untertageanwendungen in einem Bohrloch verwendet werden können. Die Vorrichtungen können während der Untertageanwendungen Strom benötigen und verbrauchen. Ein rotierendes mechanisches System, zusammen mit einem Magnetkoppler und einem Wechselstromerzeuger, kann verwendet werden, um während der Untertageanwendungen Strom an die Vorrichtungen bereitzustellen. Bei Untertageanwendungen kann beispielsweise Drehmoment, das an den Magnetkoppler übertragen wird, zum Erzeugen mechanischer Energie verwendet werden. Die mechanische Energie kann an den Wechselstromerzeuger bereitgestellt werden. Der Wechselstromerzeuger kann die mechanische Energie in einen Strom für das Untertagewerkzeug umwandeln.
Bei Untertageanwendungen kann die Größe des Magnetkopplers durch den im Bohrloch verfügbaren Platz in ihren Abmessungen eingeschränkt sein. Das Spitzendrehmoment, das durch den hinsichtlich seiner Abmessungen eingeschränkten Magnetkoppler übertragen werden kann, kann unzureichend sein, um Strom für Untertageanwendungen zu erzeugen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Bohrlochsystems, in dem ein Untertagewerkzeug eingesetzt werden kann, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen radialen Magnetkoppler darstellt, der in ein Untertagewerkzeug gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung einbezogen sein kann.
3 ist eine Querschnittansicht des radialen Magnetkopplers aus 2 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine Querschnittseitenansicht, die einen axialen Magnetkoppler darstellt, der in ein Untertagewerkzeug gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung einbezogen sein kann.
5 ist eine schematische Darstellung, die einen Magnetkoppler, der mit einem Wechselstromerzeuger und einem Stromformungsschaltkreis verwendet wird, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
6 ist eine schematische Darstellung, die einen Schalter aus 5 gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
7 ist ein Graph, der eine Stromwellenform darstellt, die von einem Magnetkoppler und einem Wechselstromerzeuger in Abwesenheit eines Stromformungsschaltkreises gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
8 ist ein Graph, der eine sinusförmige Stromwellenform darstellt, die erzeugt wird, wenn ein Stromformungsschaltkreis zusammen mit einem Magnetkoppler und einem Wechselstromerzeuger gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Formen eines Stroms darstellt, der für eine Untertageanwendung verwendet werden soll, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Ausgestalten eines Systems zum Erhöhen der Spitzendrehmomentkapazität eines hinsichtlich seiner Abmessungen eingeschränkten Magnetkopplers gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
11 ist eine Darstellung eines weiteren Bohrlochsystems, in dem ein Magnetkoppler zusammen mit einem Wechselstromerzeuger und einem Stromformungsschaltkreis in einem Untertagevermessungswerkzeug verwendet werden kann, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung.
Ausführliche Beschreibung
Bestimmte Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung betreffen einen Stromformungsschaltkreis zur Verwendung mit Magnetkopplern untertage. Bei Untertageanwendungen kann ein elektrischer Generator (z. B. ein Wechselstromerzeuger) zusammen mit einem Magnetkoppler verwendet werden, um Strom an Vorrichtungen bereitzustellen, die in den Untertageanwendungen verwendet werden. Der Stromformungsschaltkreis kann verwendet werden, um einen Strom von dem Wechselstromerzeuger in eine sinusförmige Stromwellenform zu formen. Der Stromformungsschaltkreis kann verwendet werden, um eine Hochfrequenzkomponente eines Drehmoments im Zusammenhang mit dem Magnetkoppler zu beseitigen, der verwendet wird, um Energie an den Wechselstromerzeuger bereitzustellen.
In einigen Beispielen kann der Magnetkoppler an den Wechselstromerzeuger gekoppelt sein, um Strom an Vorrichtungen bereitzustellen, die in Untertageanwendungen verwendet werden. Ein Drehmoment kann über den Magnetkoppler übertragen werden. Der Magnetkoppler kann durch das Drehmoment erzeugte Energie an den Wechselstromerzeuger übertragen. Das Drehmoment kann eine konstante Komponente und eine Hochfrequenzkomponente beinhalten. Der Stromformungsschaltkreis kann zusammen mit dem Magnetkoppler und dem Wechselstromerzeuger verwendet werden. Der Stromformungsschaltkreis kann den Strom, der von dem Wechselstromerzeuger erzeugt wird, in eine sinusförmige Stromwellenform formen. Die sinusförmige Stromwellenform kann die konstante Komponente des Drehmoments aufnehmen, das über den Magnetkoppler übertragen wird, der zum Bereitstellen von Energie an den Wechselstromerzeuger verwendet wird. Dies kann die Hochfrequenzkomponente beseitigen, indem verhindert wird, dass die Hochfrequenzkomponente über den Magnetkoppler übertragen wird.
In einigen Beispielen kann der Stromformungsschaltkreis ein Schalterpaar zum Formen von Strom von dem Wechselstromerzeuger beinhalten. Die Schalter können zum Formen des Stroms in die sinusförmige Stromwellenform verwendet werden, indem sie den Stromfluss durch den Stromformungsschaltkreis steuern.
In einigen Beispielen kann der Magnetkoppler durch ein Bohrloch hinsichtlich seiner Abmessungen eingeschränkt sein. Die Größe des hinsichtlich seiner Abmessungen eingeschränkten Magnetkopplers kann das maximale oder Spitzendrehmoment einschränken, das über den Magnetkoppler übertragen werden kann. Der hinsichtlich seiner Abmessungen eingeschränkte Magnetkoppler kann unzureichend (z. B. zu klein) sein, um die Menge an Drehmoment zu übertragen, die erforderlich ist, um Strom an die Vorrichtungen bereitzustellen, die in den Untertageanwendungen verwendet werden. Das Verwenden des Stromformungsschaltkreises zum Beseitigen der Hochfrequenzkomponente des über den Magnetkoppler übertragenen Drehmoments kann die Spitzendrehmomentkapazität des hinsichtlich seiner Abmessungen eingeschränkten Magnetkopplers erhöhen. So kann das Beseitigen der Hochfrequenzkomponente beispielsweise die Menge an Drehmoment reduzieren, die erforderlich ist, um Strom an die Vorrichtungen bereitzustellen. Das Reduzieren der Menge an Drehmoment, die erforderlich ist, um Strom an die Vorrichtungen bereitzustellen, kann die Verwendung eines kleineren Magnetkopplers in den Untertageanwendungen ermöglichen.
Diese veranschaulichenden Beispiele werden aufgeführt, um den Leser mit dem allgemeinen hier erörterten Gegenstand vertraut zu machen, und sollen den Umfang der offenbarten Konzepte nicht einschränken. Die folgenden Abschnitte beschreiben verschiedene weitere Merkmale und Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente verweisen und die richtungsbezogene Beschreibungen zum Beschreiben der veranschaulichenden Beispiele verwenden, die jedoch wie die veranschaulichenden Beispiele nicht zum Einschränken der vorliegenden Offenbarung herangezogen werden sollten.
1 ist eine schematische Darstellung eines Bohrlochsystems 100, in dem ein Untertagewerkzeug eingesetzt werden kann. Das Bohrlochsystem 100 beinhaltet ein Bohrloch 102, das sich durch verschiedene Erdschichten erstreckt. Das Bohrloch 102 erstreckt sich durch eine unterirdische Formation 104.
Das Bohrlochsystem 100 kann wenigstens ein Untertagewerkzeug 114 beinhalten. Bei dem Untertagewerkzeug 114 kann es sich um ein Measurement-while-Drilling(„MWD”)-Werkzeug, ein Logging-while-Drilling(„LWD”)-Werkzeug, eine lenkbare Drehvorrichtung oder ein Wireline-Formationsprüfwerkzeug handeln. Das Untertagewerkzeug 114 kann an eine Wireline 110, Slickline oder eine Rohrschlange gekoppelt sein, die von der Oberfläche 108 in das Bohrloch 102 eingebracht werden kann. Die Wireline 110, Slickline oder Rohrschlange kann beispielsweise mittels einer Führung 112 oder Winde in das Bohrloch 102 geführt werden. In einigen Beispielen kann die Wireline 110, Slickline oder Rohrschlange um eine Rolle 116 gewunden sein.
Die Größe des Untertagewerkzeugs 114 kann durch eine Größe, Breite oder ein Volumen des Bohrlochs 102 oder anderweitig durch den im Bohrloch 102 verfügbaren Platz hinsichtlich ihrer Abmessungen eingeschränkt sein. Beispielsweise kann die Größe des Untertagewerkzeugs 114 durch die Breite 103 des Bohrlochs 102 hinsichtlich ihrer Abmessungen eingeschränkt sein. Das Untertagewerkzeug 114 kann auch eine Vorrichtung oder Vorrichtungen zum Bereitstellen von Strom an das Untertagewerkzeug 114 bei Untertageanwendungen beinhalten. Die Vorrichtungen im Untertagewerkzeug 114 können ebenfalls durch die Größe, Breite oder das Volumen des Bohrlochs 102 oder anderweitig durch den im Bohrloch 102 verfügbaren Platz hinsichtlich ihrer Abmessungen eingeschränkt sein.
Das Untertagewerkzeug 114 kann einen Magnetkoppler beinhalten, der zusammen mit einem Wechselstromerzeuger verwendet werden kann, um Strom an das Untertagewerkzeug 114 bereitzustellen. Beispielsweise ist 2 eine perspektivische Ansicht, die einen radialen Magnetkoppler 200 darstellt, der in ein Untertagewerkzeug 114 einbezogen sein kann.
Bei dem radialen Magnetkoppler 200 kann es sich um eine beliebige Vorrichtung zum Übertragen von Energie von einem ersten System an ein zweites System ohne eine physische Verbindung zwischen dem ersten System und dem zweiten System handeln.
Der radiale Magnetkoppler 200 kann eine erste Scheibe 202 und eine zweite Scheibe 204 beinhalten. Die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 können jeweils beabstandete Magnete zum Erzeugen von Anziehungs- oder Abstoßungsmagnetkräften oder -feldern beinhalten. Die Magnete können Permanentmagnete sein. Beispielsweise kann die erste Scheibe 202 Magnete 206a, 208a, 210a beinhalten, die an einer Fläche der ersten Scheibe 202 angebracht sind. Die zweite Scheibe 204 kann Magnete 206b, 208b, 210b beinhalten, die an einer Fläche der zweiten Scheibe 204 angebracht sind. Die Magnete 206a, 208a, 210a können an einer Fläche der ersten Scheibe 202 derart angebracht sein, dass die Magnete 206a, 208a, 210a jeweils der zweiten Scheibe 214 zugewandt sind. Die Magnete 206b, 208b, 210b können an einer Fläche der zweiten Scheibe 204 derart angebracht sein, dass die Magnete 206b, 208b, 210b jeweils der ersten Scheibe 202 zugewandt sind. Die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 können derart in Bezug aufeinander angeordnet sein, dass Anziehungs- oder Abstoßungsmagnetkräfte, die von den Magneten an der ersten Scheibe und zweiten Scheibe erzeugt werden, bewirken können, dass die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 gekoppelt werden und sich um eine gemeinsame Achse drehen.
Die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 können jeweils an ein mechanisches Rotationssystem (z. B. eine Welle) oder eine lenkbare Rotationsvorrichtung gekoppelt sein. Beispielsweise kann die erste Scheibe 202 an eine erste Welle 220 gekoppelt sein. Das Drehen der ersten Welle 220 kann bewirken, dass eine Drehkraft oder ein Drehmoment an die erste Scheibe 202 angelegt wird. Bei dem Drehmoment kann es sich um eine beliebige Drehkraft handeln, die ein Objekt in Drehung versetzt. Das Drehmoment kann bewirken, dass sich die erste Scheibe 202 in gleicher Weise wie die erste Welle 220 dreht.
3 ist eine Querschnittansicht des radialen Magnetkopplers 200 aus 2. Wie oben erörtert, kann der radiale Magnetkoppler 200 eine erste Scheibe 202 und eine zweite Scheibe 204 beinhalten. Die erste Scheibe 202 kann Magnete 206a, 208a, 210a beinhalten, die an einer Fläche 312 der ersten Scheibe 202 angebracht sind. Die zweite Scheibe 204 kann Magnete 206b, 208b, 210b beinhalten, die an einer Fläche 313 der zweiten Scheibe 204 angebracht sind. Die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 können derart in Bezug aufeinander angeordnet sein, dass Anziehungs- oder Abstoßungsmagnetkräfte, die von den Magneten 206a, 208a, 210a, 206b, 208b, 210b erzeugt werden, bewirken können, dass die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 gekoppelt werden und sich um eine gemeinsame Achse 303 drehen.
Ein jeder der Magnete 206a, 206b, 208a, 208b, 210a, 210b kann eine Magnetdicke h aufweisen. Die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 können in Bezug auf einander derart angeordnet sein, dass eine Luftspaltdicke e zwischen der ersten Scheibe 202 und der zweiten Scheibe 204 belassen wird. Die Luftspaltdicke e kann einen Abstand entlang einer Achse z zwischen Magneten, die an der ersten Scheibe 202 angebracht sind, und Magneten darstellen, die an der zweiten Scheibe 204 angebracht sind. Die Luftspaltdicke e kann ein beliebiger Abstand sein, der ausreicht, um physischen Kontakt zwischen der ersten Scheibe 202 und der zweiten Scheibe 204 zu verhindern, aber trotzdem zuzulassen, dass die erste Scheibe 202 und zweite Scheibe 204 magnetisch kopplungsfähig sind. Die Magnete 206a und 206b, 208a und 208b, 210a und 210b können jeweils zum Erzeugen von Anziehungs- oder Abstoßungsmagnetkräften oder -feldern zwischen der ersten Scheibe 202 und der zweiten Scheibe 204 gekoppelt sein. Das Erhöhen der Luftspaltdicke e kann die Anziehungs- oder Abstoßungsmagnetkraft zwischen der ersten Scheibe 202 und der zweiten Scheibe 204 reduzieren. Das Erhöhen der Luftspaltdicke e kann bewirken, dass die erste Scheibe 202 von der zweiten Scheibe 204 entkoppelt wird. Obwohl 3 die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 jeweils mit drei Magneten darstellt, kann jede beliebige geeignete Anzahl Magnete an der ersten Scheibe 202 und zweiten Scheibe 204 angebracht sein.
Der radiale Magnetkoppler 200 kann Drehmoment von einem mechanischen Rotationssystem (z. B. einer Welle) auf ein anderes mechanisches Rotationssystem (z. B. eine andere Welle) übertragen.
Beispielsweise können die erste Scheibe 202 und die zweite Scheibe 204 jeweils an eine erste Welle 220 bzw. eine zweite Welle 322 gekoppelt sein. Die erste Welle 220 und die zweite Welle 322 können ein beliebiges mechanisches Rotationssystem zum jeweiligen Bereitstellen von Drehmoment an die erste Scheibe 202 bzw. die zweite Scheibe 222 sein.
Die erste Scheibe 202 kann durch Anziehungs- oder Abstoßungsmagnetkräfte, die durch die Magnete 206a, 206b, 208a, 208b, 210a, 210b erzeugt werden, magnetisch an die zweite Scheibe 204 gekoppelt werden, wie oben beschrieben. In einigen Beispielen kann das Drehen der ersten Welle 220 bewirken, dass Drehmoment von der ersten Welle 220 an die erste Scheibe 202 angelegt wird. Das Anlegen von Drehmoment an die erste Scheibe 202 kann bewirken, dass sich die erste Scheibe 202 um die Achse 303 dreht. Das Drehen der ersten Scheibe 202 um die Achse 303 kann bewirken, dass das Drehmoment aufgrund von Anziehungs- oder Abstoßungskräften zwischen der ersten Scheibe 202 und der zweiten Scheibe 204, die von den Magneten 206a, 206b, 208a, 208b, 210a, 210b erzeugt werden, an die zweite Scheibe 204 angelegt wird. Das Anlegen von Drehmoment an die zweite Scheibe 204 kann bewirken, dass sich die zweite Scheibe 204 um die Achse 303 dreht. Das Drehen der zweiten Scheibe 204 um die Achse 303 kann bewirken, dass die zweite Scheibe 204 das Drehmoment an die zweite Welle 322 anlegt. Das Anlegen des Drehmoments an die zweite Welle 322 kann ermöglichen, dass das Drehmoment über den radialen Magnetkoppler 200 von der ersten Welle 220 an die zweite Welle 322 ohne physischen Kontakt zwischen der ersten Welle 220 und der zweiten Welle 322 übertragen wird.
Das Übertragen des Drehmoments über den radialen Magnetkoppler 200 kann bewirken, dass der radiale Magnetkoppler 200 sich um die Achse 303 dreht und mechanische Energie (z. B. kinetische Rotationsenergie) erzeugt.
In einem Beispiel kann der radiale Magnetkoppler 200 an einen elektrischen Generator (z. B. einen Wechselstromerzeuger) gekoppelt sein. Der radiale Magnetkoppler 200 kann die mechanische Energie, die von dem über den Magnetkoppler übertragenen Drehmoment erzeugt wird, an den Wechselstromerzeuger bereitstellen. Der Wechselstromerzeuger kann die mechanische Energie in einen Strom umwandeln.
In anderen Beispielen kann das Untertagewerkzeug 114 jeden beliebigen geeigneten Magnetkoppler zum Übertragen von Kraft von einem ersten System auf ein zweites System ohne eine physische Verbindung beinhalten. Das Untertagewerkzeug 114 kann einen Magnetkoppler beliebiger Ausrichtung, Winkelposition oder Ausgestaltung beinhalten. Beispielsweise veranschaulicht 4 eine Querschnittseitenansicht, die einen axialen Magnetkoppler 400 darstellt, der in das Untertagewerkzeug 114 einbezogen sein kann. Die erste Scheibe 402 und die zweite Scheibe 404 des axialen Magnetkopplers 400 können durch Anziehungs- oder Abstoßungsmagnetkräfte gekoppelt werden. Das Anlegen eines Drehmoments von einer ersten Welle 420 kann bewirken, dass sich die erste Scheibe 402 dreht. Das Drehen der ersten Scheibe 402 kann bewirken, dass das Drehmoment aufgrund von Anziehungs- oder Abstoßungskräften zwischen der ersten Scheibe 302 und der zweiten Scheibe 304, die von Magneten 406a, 410a, 406b, 410b erzeugt werden, an die zweite Scheibe 404 angelegt wird. Das Anlegen von Drehmoment an die zweite Scheibe 404 kann bewirken, dass sich die zweite Welle 422 dreht. Das Drehen der zweiten Welle 422 kann ermöglichen, dass das Drehmoment über den axialen Magnetkoppler 400 übertragen wird. Das Übertragen des Drehmoments über den axialen Magnetkoppler 400 kann bewirken, dass sich der axiale Magnetkoppler 400 um eine Achse 403 dreht. Das Drehen des axialen Magnetkopplers 400 um die Achse 403 kann mechanische Energie erzeugen.
In einigen Beispielen kann die Größe von einem oder mehreren der Magnetkoppler 200, 400 die Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers begrenzen. Die Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers ist die maximale Menge an Drehmoment, das über den Magnetkoppler übertragen werden kann. Beispielsweise kann die Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers durch Auflösen der folgenden Formel bestimmt werden:
In der Formel oben ist T_max die Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers. R₁ ist der Innenradius der Magnete an einer ersten Scheibe des Magnetkopplers. R₂ ist der Außenradius der Magnete an einer zweiten Scheibe des Magnetkopplers. R_e ist der mittlere Radius der Magnete, h ist die Dicke der Magnete und e ist die Luftspaltdicke, wie oben beschrieben.
In einigen Beispielen kann ein Magnetkoppler, zusammen mit einem mechanischen Rotationssystem (z. B. der Welle 420) und einem elektrischen Generator (z. B. einem Wechselstromerzeuger) Strom für ein Untertagewerkzeug bei Untertageanwendungen bereitstellen. Beispielsweise veranschaulicht 5 eine schematische Darstellung, die einen Magnetkoppler 500, der mit einem Wechselstromerzeuger 502 und einem Stromformungsschaltkreis 504 verwendet wird, darstellt.
Bei dem Magnetkoppler 500 kann es sich um eine beliebige Magnetkopplungsvorrichtung zum Übertragen von Kraft von einem ersten System an ein zweites System ohne eine physische Verbindung zwischen dem ersten System und dem zweiten System handeln. Beispiele des Magnetkopplers 500 können einen radialen Magnetkoppler, einen axialen Magnetkoppler usw. beinhalten. Der Magnetkoppler 500 kann an eine drehbare Welle 506 gekoppelt sein. Die Welle 506 kann sich drehen und ein Drehmoment bereitstellen, wenn sich die Welle um eine Achse dreht. Bei dem Drehmoment kann es sich um eine beliebige Kraft handeln, die ein Objekt in Drehung um eine Achse versetzt. Das Drehen der Welle 506 kann das Drehmoment an den Magnetkoppler 500 anlegen. Das Anlegen des Drehmoments an den Magnetkoppler 500 kann bewirken, dass das Drehmoment über den Magnetkoppler 500 übertragen wird. Das Übertragen des Drehmoments über den Magnetkoppler 500 kann bewirken, dass sich der Magnetkoppler 500 dreht. Das Drehen des Magnetkopplers 500 kann mechanische Energie (z. B. kinetische Rotationsenergie) erzeugen. Der Magnetkoppler 500 kann elektrisch an den Wechselstromerzeuger 502 gekoppelt sein. Der Magnetkoppler 500 kann die mechanische Energie, die von dem über den Magnetkoppler 500 übertragenen Drehmoment erzeugt wird, an den Wechselstromerzeuger 502 bereitstellen.
Bei dem Wechselstromerzeuger 502 kann es sich um eine beliebige Vorrichtung zum Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie und Bereitstellen eines Wechselstroms handeln. Der Wechselstromerzeuger 502 kann die mechanische Energie von dem Magnetkoppler 500 in einen Wechselstrom umwandeln. Der Wechselstromerzeuger 502 kann den Strom an eine Last 514 bereitstellen. Ein Beispiel des Wechselstromerzeugers 502 ist ein Dreiphasenwechselstromerzeuger. Ein Dreiphasenwechselstromerzeuger kann drei Phasen von Ausgangsstrom ausgeben.
Der Wechselstromerzeuger 502 kann elektrisch an einen Stromformungsschaltkreis 504 gekoppelt sein. Der Strom vom Wechselstromerzeuger 502 kann durch den Stromformungsschaltkreis 504 fließen. In einigen Beispielen kann der Strom vom Wechselstromerzeuger 502 auf Grundlage einer Eingangsspannung und einer Ausgangsspannung durch den Stromformungsschaltkreis 504 fließen. Der Strom vom Wechselstromerzeuger 502 kann durch den Stromformungsschaltkreis 504 fließen, wenn der Eingangsspannungswert größer als der Ausgangsspannungswert ist.
Bei dem Stromformungsschaltkreis 504 kann es sich um einen beliebigen Schaltkreis zum Steuern der Richtung des Stromflusses vom Wechselstromerzeuger 502 handeln, wenn der Strom durch den Stromformungsschaltkreis 504 fließt. Beispiele des Stromformungsschaltkreises 504 beinhalten einen aktiven Gleichrichter, einen Vienna-Gleichrichter, einen Einphasenwandler-basierten Dreiphasenschaltkreis, eine Mehrfachschaltertopologie mit einem Diodenbrückengleichrichter usw. handeln. Der Stromformungsschaltkreis 504 kann den Strom vom Wechselstromerzeuger 502 in eine sinusförmige Stromwellenform formen, wenn der Strom durch den Stromformungsschaltkreis 504 fließt. Ein Beispiel einer sinusförmigen Stromwellenform beinhaltet eine Wellenform, die in Form einer Sinuswelle geformt ist (z. B. eine Welle, die als eine Kurve geformt ist, die regelmäßige Schwingungen von konstanter Amplitude anhand einer Sinusfunktion darstellt).
Der Stromformungsschaltkreis 504 kann eine oder mehrere Vorrichtungen zum Formen des Stroms vom Wechselstromerzeuger 502 in eine sinusförmige Stromwellenform beinhalten. Der Stromformungsschaltkreis 504 kann auch den Wechselstrom vom Wechselstromerzeuger 502 in einen Gleichstrom umwandeln und eine Hochfrequenzkomponente von über den Magnetkoppler 500 übertragenem Drehmoment beseitigen. Der Stromformungsschaltkreis 504 kann Schalterpaare 508a und 508b, 510a und 510b, 512a und 512b beinhalten. Beispiele der Schalter 508a, 508b, 510a, 510b, 512a, 512b können einen MOSFET oder andere Transistoren usw. zum Konfigurieren oder Steuern des Stroms vom Wechselstromerzeuger 502 beinhalten. Die Schalterpaare 508a, 508b, 510a, 510b, 512a, 512b können jeweils aneinander gekoppelt sein, um den Stromfluss vom Wechselstromerzeuger 502 zu steuern. Die Schalterpaare 508a und 508b, 510a und 510b, 512a und 512b können den Stromfluss vom Wechselstromerzeuger 502 steuern, um den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform zu formen.
Beispielsweise kann es sich bei dem Wechselstromerzeuger 502 um einen Dreiphasenwechselstromerzeuger handeln. Der Wechselstromerzeuger 502 kann drei Phasen von Ausgangsstrom ausgeben. Jeder Schalter der Schalterpaare 508a–b, 510a–b, 512a–b kann ein Signal (z. B. von einem Prozessor oder anderen elektrischen Schaltkreis) empfangen. Das Signal kann jeden Schalter im Schalterpaaren 508a–b, 510a–b, 512a–b auf Grundlage eines gemessenen Stromwerts an einem Zeitpunkt und eines festgelegten Stromwerts so konfigurieren, dass er in einem EIN- oder AUS-Zustand ist. Beispielsweise kann der Stromformungsschaltkreis 504 den Strom vom Wechselstromerzeuger 502 bei einer Phase B messen (z. B. mithilfe eines Messmoduls), um bei Phase B einen gemessenen Stromwert zu bestimmen. Der Stromformungsschaltkreis 504 kann den gemessenen Stromwert bei Phase B mithilfe eines Komparators oder einer anderen geeigneten Vorrichtung mit einem festgelegten Stromwert vergleichen, der durch einen Prozessor oder anderen elektrischen Schaltkreis bereitgestellt wird. Wenn der gemessene Stromwert bei Phase B unter dem festgelegten Stromwert liegt, kann der Schalter 508a ein Signal zum Konfigurieren des Schalters 508a empfangen. Das Signal kann den Schalter 508a so konfigurieren, dass er in einem EIN-Zustand ist. Der Schalter 508b kann ein Signal empfangen, um den Schalter 508b so zu konfigurieren, dass er in einem AUS-Zustand ist. Das Konfigurieren des Schalters 508a, so dass er in einem EIN-Zustand ist, und das Konfigurieren des Schalters 508b, so dass er in einem AUS-Zustand ist, kann den Stromfluss derart steuern, dass er in eine positive Richtung erfolgt. Wenn der gemessene Stromwert bei Phase B über dem festgelegten Stromwert liegt, kann der Schalter 508a ein Signal empfangen, das den Schalter 508a so konfigurieren kann, dass er in einem AUS-Zustand ist. Der Schalter 508b kann ein Signal empfangen, das den Schalter 508b so konfigurieren kann, dass er in einem EIN-Zustand ist. Das Konfigurieren des Schalters 508a, so dass er in einem AUS-Zustand ist, und das Konfigurieren des Schalters 508b, so dass er in einem EIN-Zustand ist, kann den Stromfluss derart steuern, dass er in eine negative Richtung erfolgt. Die Schalter 510a–b, 512a–b können zum Steuern des Stromflusses bei Phase C und Phase D in einer im Wesentlichen ähnlichen Weise konfiguriert werden. Das Konfigurieren jedes Schalters in den Schalterpaaren 508a–b, 510a–b, 512a–b, so dass er in einem EIN- oder AUS-Zustand ist, um den Stromfluss vom Wechselstromerzeuger 502 zu steuern, kann den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform formen.
6 ist eine schematische Darstellung, die einen Schalter 508 aus 5 darstellt. Der Schalter 508 kann eine oder mehrere Vorrichtungen zum Steuern des Stromflusses von einem Wechselstromerzeuger (z. B. dem Wechselstromerzeuger 502 aus 5) beinhalten, um den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform zu formen. Beispielsweise kann der Schalter 508 eine Impulsbreitenmodulatorvorrichtung 602, eine Diode 604 und einen Transistor 606 beinhalten. Die Impulsbreitenmodulatorvorrichtung 602 kann eine beliebige Vorrichtung zum Steuern des Schalters 508 sein, so dass er in einem EIN- oder AUS-Zustand ist. Die Diode 604 kann Strom durch einen Stromformungsschaltkreis (z. B. den Stromformungsschaltkreis 504 aus 5) fließen lassen. Die Diode 604 kann zum Steuern der Richtung des Stroms vom Wechselstromerzeuger zum Formen des Stroms in eine sinusförmige Stromwellenform verwendet werden. Der Transistor 606 kann zum Verstärken oder Schalten elektronischer Signale verwendet werden. Ein Beispiel des Transistors 606 kann einen MOSFET (wie in 6 gezeigt) oder anderen geeigneten Transistor beinhalten. Das Konfigurieren der Vorrichtungen im Schalter 508 kann den Stromfluss vom Wechselstromerzeuger steuern. Das Steuern des Stromflusses vom Wechselstromerzeuger kann den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform formen.
7 ist ein Graph 700, der eine Stromwellenform darstellt, die von einem Magnetkoppler und einem Wechselstromerzeuger in Abwesenheit eines Stromformungsschaltkreises erzeugt wird. Wie in 7 gezeigt, ist die Stromwellenform nicht kontinuierlich und beinhaltet Zeitintervalle, bei denen der Stromwert null bleibt.
8 ist ein Graph 800, der eine sinusförmige Stromwellenform darstellt, die erzeugt wird, wenn ein Stromformungsschaltkreis zusammen mit einem Magnetkoppler und einem Wechselstromerzeuger verwendet wird. Wie in 8 gezeigt, kann ein Stromformungsschaltkreis, wenn der Stromformungsschaltkreis in Betrieb ist, den Strom von einem Wechselstromerzeuger in eine sinusförmige Stromwellenform formen, die als eine Kurve geformt ist, die periodische Schwingungen von konstanter Amplitude darstellt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess 900 zum Formen eines Stroms darstellt, der für eine Untertageanwendung verwendet werden soll.
In Block 902 wird Energie erzeugt. In einigen Beispielen kann ein Magnetkoppler (z. B. der Magnetkoppler 500 aus 5) mechanische Energie (z. B. eine kinetische Rotationsenergie) erzeugen. Bei dem Magnetkoppler kann es sich um einen beliebigen Magnetkoppler zum Übertragen von Drehmoment von einem ersten System an ein zweites System ohne physischen Kontakt zwischen dem ersten System und dem zweiten System handeln. Der Magnetkoppler kann an ein mechanisches Rotationssystem gekoppelt sein (z. B. die drehbare Welle 506 aus 5). Das mechanische System kann sich drehen und ein Drehmoment an den Magnetkoppler anlegen. Das Anlegen von Drehmoment an den Magnetkoppler kann bewirken, dass der Magnetkoppler sich um eine Achse dreht. Das Drehen des Magnetkopplers um eine Achse kann bewirken, dass der Magnetkoppler mechanische Energie erzeugt.
In Block 904 wird die Energie an einen Wechselstromerzeuger übertragen. In einigen Beispielen kann der Magnetkoppler Energie an einen Wechselstromerzeuger übertragen (z. B. den Wechselstromerzeuger 502 aus 5). Beispielsweise kann der Magnetkoppler elektrisch an den Wechselstromerzeuger gekoppelt werden, um mechanische Energie an den Wechselstromerzeuger zu übertragen.
In Block 906 wird die Energie in elektrische Energie umgewandelt. In einigen Beispielen kann der Wechselstromerzeuger die Energie in elektrische Energie umwandeln. Beispielsweise kann der Wechselstromerzeuger die mechanische Energie, die von dem Magnetkoppler bereitgestellt wird, in elektrische Energie umwandeln. In einigen Beispielen kann der Wechselstromerzeuger die mechanische Energie in eine Wechselstromwellenform umwandeln. Der Wechselstromerzeuger kann die mechanische Energie in drei Phasen von Ausgangsstrom umwandeln.
In Block 908 wird die Wellenform der elektrischen Energie geformt. In einigen Beispielen kann ein Stromformungsschaltkreis (z. B. der Stromformungsschaltkreis 504 aus 5) die Wellenform der elektrischen Energie formen. Beispielsweise kann der Stromformungsschaltkreis elektrisch an den Wechselstromerzeuger gekoppelt werden. Der Stromformungsschaltkreis kann ein beliebiger Schaltkreis, eine Vorrichtung oder eine Gruppe von Vorrichtungen zum Steuern des Stromflusses vom Wechselstromerzeuger zum Formen des Stroms sein, während der Strom durch den Stromformungsschaltkreis fließt.
Der Stromformungsschaltkreis kann den Strom vom Wechselstromerzeuger formen, indem er den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform formt, während der Strom durch den Stromformungsschaltkreis fließt. Der Stromformungsschaltkreis kann Schalterpaare beinhalten (z. B. die Schalterpaare 508a–b, 510a–b, 512a–b aus 5). Beispiele der Schalter können einen MOSFET oder andere Transistoren usw. zum Steuern des Stromflusses vom Wechselstromerzeuger beinhalten. Die Schalterpaare können die Richtung des Stromflusses vom Wechselstromerzeuger steuern. Das Steuern der Richtung des Stromflusses vom Wechselstromerzeuger kann den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform formen. In einigen Beispielen kann jeder Schalter der Schalterpaare so konfiguriert werden, dass er in einem EIN- oder AUS-Zustand ist. Das Konfigurieren jedes Schalters, so dass er in einem EIN- oder AUS-Zustand ist, kann die Richtung des Stromflusses vom Wechselstromerzeuger über einen Zeitraum steuern. Das Steuern der Richtung des Stromflusses kann den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform formen.
In einigen Beispielen kann der Stromformungsschaltkreis den Strom vom Wechselstromerzeuger in die sinusförmige Stromwellenform formen, um eine Hochfrequenzkomponente des Drehmoments zu beseitigen, die über den Magnetkoppler übertragen wird, der zum Erzeugen der elektrischen Energie verwendet wird. Beispielsweise kann das an den Magnetkoppler angelegte Drehmoment eine konstante Komponente und eine Hochfrequenzkomponente beinhalten. Das Drehmoment kann bewirken, dass sich der Magnetkoppler dreht und mechanische Energie an den Wechselstromerzeuger bereitstellt. Der Wechselstromerzeuger kann die mechanische Energie in einen Strom umwandeln. Der Stromformungsstrom kann an den Wechselstromerzeuger gekoppelt werden. Der Stromformungsschaltkreis kann den Strom vom Wechselstromerzeuger in die sinusförmige Stromwellenform formen. Die sinusförmige Stromwellenform kann die konstante Komponente des Drehmoments vom Magnetkoppler aufnehmen, was die Hochfrequenzkomponente des Drehmoments beseitigen kann. In einigen Beispielen kann der Stromformungsschaltkreis den Strom vom Wechselstromerzeuger aus einem Wechselstrom in einen Gleichstrom umwandeln und die Hochfrequenzkomponente des Drehmoments beseitigen. In einigen Beispielen kann der Stromformungsschaltkreis einen Gleichrichter zum Umwandeln des Wechselstroms vom Wechselstromerzeuger in einen Gleichstrom beinhalten.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess 1000 zum Ausgestalten eines Systems zum Erhöhen der Spitzendrehmomentkapazität eines hinsichtlich seiner Abmessungen eingeschränkten Magnetkopplers darstellt.
In Block 1002 wird eine maximale Größe eines Magnetkopplers bestimmt, der in einem Bohrloch positionierbar ist. In einigen Beispielen kann ein Magnetkoppler durch eine Größe, Breite oder ein Volumen des Bohrlochs oder anderweitig durch den im Bohrloch verfügbaren Platz hinsichtlich seiner Abmessungen eingeschränkt sein. Die maximale Größe des Magnetkopplers, der im Bohrloch positionierbar ist, kann der Größe, Breite, dem Volumen oder dem im Bohrloch verfügbaren Platz entsprechen. Die Größe des Magnetkopplers kann den Abmessungen einer Form des Magnetkopplers entsprechen. Die Größe des Magnetkopplers kann nach Fläche, Umfang, Durchmesser, Radius oder dergleichen der Form des Magnetkopplers gemessen werden. In einigen Beispielen kann die Größe der Magnetkopplungsvorrichtung nach der Luftspaltdicke des Magnetkopplers und nach Fläche, Umfang, Durchmesser, Radius oder dergleichen der Magnete im Magnetkoppler gemessen werden.
In Block 1004 wird eine maximale Menge an Drehmoment bestimmt, die über den Magnetkoppler übertragen werden kann. Die maximale Menge an Drehmoment, die über den Magnetkoppler übertragen werden kann, ist die Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers. In einigen Beispielen kann die Größe des Magnetkopplers die maximale Menge an Drehmoment bestimmen, das über den Magnetkoppler übertragen werden kann. Beispielsweise kann die maximale Menge an Drehmoment, die über den Magnetkoppler übertragen werden kann, durch Auflösen der folgenden Formel bestimmt werden:
In der Formel oben ist T_max die Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers und B_r die Remanenz der Magnete im Magnetkoppler. R₁ ist der Innenradius der Magnete im Magnetkoppler, R₂ ist der Außenradius der Magnete im Magnetkoppler, μ₀ ist ein Reibungskoeffizient, α ist das Verhältnis von Polbogen/Polteilung der Magnete im Magnetkoppler, h ist die Dicke der Magnete im Magnetkoppler und e ist die Luftspaltdicke der Magnete im Magnetkoppler.
In Block 1006 wird eine Menge an Drehmoment zum Versorgen einer Untertagelast mit Strom bestimmt. In einigen Beispielen kann die Untertagelast (z. B. die Last 514) eine Menge an Drehmoment vom Magnetkoppler für die Stromversorgung der Untertagelast benötigen. Die maximale Menge an Drehmoment, die für die Stromversorgung der Untertagelast benötigt wird, kann durch Auflösen der folgenden Formel bestimmt werden:
In der Formel oben ist T_coupler das Drehmoment, das über den Magnetkoppler an die Untertagelast übertragen wird, und T_load ist das Drehmoment, das vom Magnetkoppler für die Stromversorgung der Last benötigt wird. J_L ist die kombinierte Trägheit des Magnetkopplers und des Wechselstromerzeugers und B_L ist der kombinierte Reibungskoeffizient des Magnetkopplers und des Wechselstromerzeugers. Das über den Magnetkoppler übertragene Drehmoment kann durch Auflösen der folgenden Formel bestimmt werden: T_coupler = T_maxsin(ρδ)k_c
In der Formel oben ist T_max die Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers, ρ ist eine Polpaaranzahl des Magnetkopplers, δ ist der Drehmomentwinkel und k_c ist der Korrekturfaktor. Mithilfe der Formel zum Bestimmen von T_coupler kann die Formel zum Bestimmen des Drehmoments, das für die Stromversorgung der Last vom Magnetkoppler benötigt wird, T_load, als die folgende Formel umgeschrieben werden:
In einigen Beispielen kann das Drehmoment, das für die Stromversorgung der Untertagelast vom Magnetkoppler benötigt wird, T_load, eine konstante Komponente und eine Hochfrequenzkomponente aufweisen. Das Drehmoment, das für die Stromversorgung der Last vom Magnetkoppler benötigt wird, lässt sich durch die folgende Formel darstellen: T_Load = T_DC + T_AC
In der Formel oben ist T_DC die konstante Komponente, die für die Stromversorgung der Untertagelast vom Magnetkoppler benötigt wird. T_AC ist die Hochfrequenzkomponente des Drehmoments, das für die Stromversorgung der Untertagelast vom Magnetkoppler benötigt wird. Anhand der vorstehenden Formel kann das Drehmoment, das für die Stromversorgung der Untertagelast vom Magnetkoppler benötigt wird, durch Auflösen der folgenden Formel bestimmt werden:
Ein Stromformungsschaltkreis kann die Hochfrequenzkomponente, T_AC, des Drehmoments beseitigen, das für die Stromversorgung der Untertagelast vom Magnetkoppler benötigt wird. Das Beseitigen der Hochfrequenzkomponente T_AC kann den Wert der Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers, T_max, reduzieren, die für die Stromversorgung des Untertagewerkzeugs benötigt wird. Das Reduzieren des Wertes T_max kann es ermöglichen, einen Radius eines Magnets im Magnetkoppler (z. B. den Außenradius R₂) zu reduzieren. Das Reduzieren eines Radius eines Magnets im Magnetkoppler kann die Größe des Magnetkopplers reduzieren, während weiterhin ermöglicht wird, dass der Magnetkoppler die Menge an Drehmoment, T_DC, bereitstellt, die vom Magnetkoppler für die Stromversorgung der Untertagelast benötigt wird.
In Block 1008 wird ein System zum Übertragen der Menge an Drehmoment, die für die Stromversorgung der Untertagelast benötigt wird, konfiguriert. In einigen Beispielen kann das System konfiguriert werden, indem ein Stromformungsschaltkreis dazu konfiguriert wird, die Hochfrequenzkomponente des Drehmoments zu beseitigen, das für die Stromversorgung der Untertagelast benötigt wird. In einigen Beispielen kann das System konfiguriert werden, indem ein Radius eines Magnetkopplers derart konfiguriert wird, dass die Spitzendrehmomentkapazität des Magnetkopplers, T_max, der konstanten Komponente T_DC entspricht, die vom Magnetkoppler für die Stromversorgung der Untertagelast benötigt wird.
Ein oder mehrere oben beschriebene Merkmale und Beispiele können in einem Bohrlochsystem implementiert werden, das Measurement-while-Drilling-Werkzeuge beinhaltet. Beispielsweise ist 11 eine Querschnittseitenansicht eines weiteren Bohrlochsystems 1100, in dem ein Magnetkoppler zusammen mit einem Wechselstromerzeuger und einem Stromformungsschaltkreis in einem Untertagevermessungswerkzeug verwendet werden kann, gemäß einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung. In dem Beispiel aus 11 beinhaltet das Bohrlochsystem 1100 ein Bohrloch. Ein Futterrohrstrang 1116 und eine Zementhülse 1118 können im Bohrloch positioniert sein. In einigen Beispielen kann die Zementhülse 1118 den Futterrohrstrang 1116 an eine Wand des Bohrlochs koppeln. In einigen Beispielen kann das Bohrloch Fluid 1114 beinhalten. Ein Beispiel des Fluids 1114 kann Schlamm beinhalten. Das Fluid 1114 kann in einem Ringraum 1112 fließen, der zwischen einem Bohrlochwerkzeug 1101 und einer Wand des Futterrohrstrangs 1116 angeordnet ist.
Das Bohrlochwerkzeug 1101 kann im Bohrloch angeordnet sein. In einigen Beispielen ist das Bohrlochwerkzeug 1101 ein MWD-Werkzeug. In einigen Beispielen kann das Bohrlochwerkzeug 1101 ein LWD-Werkzeug, ein Pressure-while-Drilling(PWD)-Werkzeug, ein Temperature-while-Drilling(TWD)-Werkzeug oder eine beliebige Kombination derselben beinhalten. In einem weiteren Beispiel kann das Bohrlochwerkzeug 1101 eine lenkbare Rotationsvorrichtung oder ein lenkbares Rotationssystem sein. Das Bohrlochwerkzeug 1101 kann verschiedene Untersysteme 1102, 1104, 1106, 1107 beinhalten. Beispielsweise kann das Bohrlochwerkzeug 1101 ein Untersystem 1102 beinhalten, das ein Kommunikationsuntersystem beinhaltet. Das Bohrlochwerkzeug 1101 kann auch ein Untersystem 1104 beinhalten, das ein Schonstückuntersystem oder ein lenkbares Rotationssystem beinhaltet. Ein rohrförmiger Abschnitt oder ein intermediäres Untersystem 1106 (z. B. ein Schlammmotor oder ein Measurement-while-Drilling-Modul) kann zwischen den Untersystemen 1102, 1104 angeordnet sein. Das Bohrlochwerkzeug 1101 kann einen Bohrmeißel 1110 zum Bohren des Bohrlochs beinhalten. Der Bohrmeißel 1110 kann an einen anderen rohrförmigen Abschnitt oder ein anderes intermediäres Untersystem 1107 gekoppelt sein (z. B. ein Measuring-while-Drilling-Modul oder ein lenkbares Rotationssystem).
In einigen Beispielen kann das Bohrlochwerkzeug 1101 rohrförmige Verbindungen 1108a, 1108b beinhalten. Rohrförmige Verbindungen 1108a, 1108b können es dem Bohrlochwerkzeug 1101 ermöglichen, sich zu biegen, oder können verschiedene Bohrlochwerkzeuguntersysteme 1102, 1104, 1006, 1107 aneinander koppeln. Das Bohrlochwerkzeug 1101 kann auch eine Stromerzeugungsvorrichtung 1119 beinhalten, um für die Stromversorgung des Bohrlochwerkzeugs 1101 Strom an das Bohrlochwerkzeug 1101 bereitzustellen. Die Stromerzeugungsvorrichtung 1119 kann einen Magnetkoppler beinhalten (z. B. die Magnetkoppler aus 2–5), zusammen mit einem Wechselstromerzeuger (z. B. dem Wechselstromerzeuger 502 aus 5) und einem Stromformungsschaltkreis (z. B. dem Stromformungsschaltkreis 504 aus 5). Der Magnetkoppler kann elektrisch an den Wechselstromerzeuger 502 gekoppelt sein. Der Magnetkoppler kann mechanische Energie, die von dem über den Magnetkoppler übertragenen Drehmoment erzeugt wird, an den Wechselstromerzeuger bereitstellen. Der Wechselstromerzeuger kann die mechanische Energie von dem Magnetkoppler in einen Wechselstrom umwandeln. Der Wechselstromerzeuger kann elektrisch an einen Stromformungsschaltkreis gekoppelt sein. Der Stromformungsschaltkreis kann den Strom vom Wechselstromerzeuger in eine sinusförmige Stromwellenform formen. Der Stromformungsschaltkreis kann auch den Wechselstrom vom Wechselstromerzeuger in einen Gleichstrom umwandeln und eine Hochfrequenzkomponente von über den Magnetkoppler übertragenem Drehmoment beseitigen. Der Strom vom Wechselstromerzeuger kann an das Bohrlochwerkzeug 1101 bereitgestellt werden, nachdem der Strom durch den Stromformungsschaltkreis geformt wurde. Der Strom kann von der Stromerzeugungsvorrichtung 1119 an das Bohrlochwerkzeug 1101 bereitgestellt werden, um das Bohrlochwerkzeug 1101 mit Strom zu versorgen und zu betreiben.
In einigen Aspekten werden Systeme und Verfahren in Bezug auf einen Stromformungsschaltkreis zur Verwendung mit Magnetkopplern untertage gemäß einem oder mehreren der folgenden Beispiele bereitgestellt:
Beispiel Nr. 1: Eine Stromerzeugungsvorrichtung kann eine Magnetkopplungsvorrichtung beinhalten. Die Magnetkopplungsvorrichtung kann einer maximalen Drehmomentausgangsleistung zugeordnet sein. Die maximale Drehmomentausgangsleistung der Magnetkopplungsvorrichtung kann auf einer Größe der Magnetkopplungsvorrichtung beruhen. Die Stromerzeugungsvorrichtung kann auch einen Wechselstromerzeuger beinhalten, der an die Magnetkopplungsvorrichtung gekoppelt ist, um kinetische Energie, die von der Magnetkopplungsvorrichtung empfangen wird, in einen Strom umzuwandeln. Die kinetische Energie kann von der Magnetkopplungsvorrichtung mithilfe einer Drehkraft erzeugt werden, die über die Magnetkopplungsvorrichtung übertragen wird. Die Stromerzeugungsvorrichtung kann auch eine Stromwandlervorrichtung beinhalten, die an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um den Strom vom Wechselstromerzeuger zu formen, derart, dass die maximale Drehmomentausgangsleistung der Magnetkopplungsvorrichtung ausreicht, um zu bewirken, dass die Stromwandlervorrichtung einen Schwellenstrom ausgibt, der ausreicht, um ein Bohrlochwerkzeug zu betreiben, das mithilfe der Stromerzeugungsvorrichtung mit Strom versorgt wird.
Beispiel Nr. 2: Die Stromerzeugungsvorrichtung aus Beispiel Nr. 1 kann die Magnetkopplungsvorrichtung als einen radialen Magnetkoppler oder einen axialen Magnetkoppler aufweisen.
Beispiel Nr. 3: Die Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Beispiele Nr. 1–2 kann die Stromwandlervorrichtung mit wenigstens einem von einem aktiven Gleichrichter, einem Vienna-Gleichrichter, einem Einphasenwandler-basierten Dreiphasenschaltkreis oder einer Multischaltertopologie mit einem Diodenbrückengleichrichter aufweisen, um den Strom vom Wechselstromerzeuger zu formen.
Beispiel Nr. 4: Die Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Beispiele Nr. 1–3 kann die Stromwandlervorrichtung gekoppelt an den Wechselstromerzeuger aufweisen, um den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform zu formen.
Beispiel Nr. 5: Die Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Beispiele Nr. 1–4 kann die Stromwandlervorrichtung gekoppelt an den Wechselstromerzeuger aufweisen, um den Strom vom Wechselstromerzeuger in einen Gleichstrom zu formen und eine Hochfrequenzkomponente der Drehkraft zu beseitigen.
Beispiel Nr. 6: Die Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Beispiele Nr. 1–5 kann die Stromwandlervorrichtung mit einem Schalterpaar aufweisen, um den Stromfluss zum Formen des Stroms in eine sinusförmige Stromwellenform zu steuern.
Beispiel Nr. 7: Die Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Beispiele Nr. 1–6 kann jeden Schalter in dem Schalterpaar als einen Gleichrichterschalter oder einen Transistor aufweisen.
Beispiel Nr. 8: Die Stromerzeugungsvorrichtung nach einem der Beispiele Nr. 1–7 kann jeden Schalter in dem Schalterpaar derart konfiguriert aufweisen, dass er ein Signal zum Konfigurieren jedes Schalters in dem Schalterpaar empfangt, so dass dieser in einem EIN- oder AUS-Zustand ist, um den Stromfluss zum Formen des Stroms in die sinusförmige Stromwellenform zu steuern.
Beispiel Nr. 9: Ein System kann ein elektrisch betriebenes Werkzeug und eine Stromzuführvorrichtung beinhalten, die dazu ausgestaltet ist, das elektrisch betriebene Werkzeug mit Strom zu versorgen. Die Stromzuführvorrichtung kann eine Magnetkopplungsvorrichtung beinhalten. Die Magnetkopplungsvorrichtung kann einer maximalen Drehmomentausgangsleistung auf Grundlage einer Größe der Magnetkopplungsvorrichtung zugeordnet sein. Die Stromzuführvorrichtung kann auch einen Wechselstromerzeuger beinhalten, der an die Magnetkopplungsvorrichtung gekoppelt ist, um kinetische Energie, die von der Magnetkopplungsvorrichtung empfangen wird, in einen Strom umzuwandeln. Die kinetische Energie kann von der Magnetkopplungsvorrichtung mithilfe einer Drehkraft erzeugt werden, die über die Magnetkopplungsvorrichtung übertragen wird. Die Stromzuführvorrichtung kann auch eine Stromwandlervorrichtung beinhalten, die an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um den Strom vom Wechselstromerzeuger zu formen, derart, dass die maximale Drehmomentausgangsleistung der Magnetkopplungsvorrichtung ausreicht, um zu bewirken, dass die Stromzuführvorrichtung einen Schwellenstrom ausgibt, der ausreicht, um das elektrisch betriebene Werkzeug zu betreiben.
Beispiel Nr. 10: Das System aus Beispiel Nr. 9 kann die Magnetkopplungsvorrichtung als einen radialen Magnetkoppler oder einen axialen Magnetkoppler aufweisen.
Beispiel Nr. 11: Das System nach einem der Beispiele Nr. 9–10 kann die Stromwandlervorrichtung gekoppelt an den Wechselstromerzeuger aufweisen, um den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform zu formen.
Beispiel Nr. 12: Das System nach einem der Beispiele Nr. 9–11 kann die Stromwandlervorrichtung mit einem Schalterpaar aufweisen, um den Stromfluss zum Formen des Stroms in eine sinusförmige Stromwellenform zu steuern.
Beispiel Nr. 13: Das System nach einem der Beispiele Nr. 9–12 kann die Stromwandlervorrichtung gekoppelt an den Wechselstromerzeuger aufweisen, um eine Hochfrequenzkomponente der Drehkraft zu beseitigen.
Beispiel Nr. 14: Ein Verfahren kann das Bestimmen einer maximalen Größe einer Magnetkopplungsvorrichtung auf Grundlage einer Größe eines Bohrlochs beinhalten. Das Verfahren kann auch das Bestimmen einer maximalen Menge an Drehmoment, das über die Magnetkopplungsvorrichtung übertragen werden kann, um ein Bohrlochwerkzeug mit Strom zu versorgen, auf Grundlage der maximalen Größe der Magnetkopplungsvorrichtung beinhalten. Das Verfahren kann auch das Bestimmen einer Menge an Drehmoment beinhalten, das für die Stromversorgung des Bohrlochwerkzeugs benötigt wird. Das Verfahren kann auch das Konfigurieren eines Systems zur Verwendung der Magnetkopplungsvorrichtung beinhalten, um die Menge an Drehmoment zu übertragen, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird.
Beispiel Nr. 15: Das Verfahren nach Beispiel Nr. 14 kann das Konfigurieren des Systems zum Verwenden der Magnetkopplungsvorrichtung, um die Menge an Drehmoment, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird, einschließlich des Konfigurierens einer Stromwandlervorrichtung zum Formen eines Stroms von einem Wechselstromerzeuger in eine sinusförmige Stromwellenform umfassen.
Beispiel Nr. 16: Das Verfahren nach einem der Beispiele Nr. 14–15 kann das Bestimmen der maximalen Größe der Magnetkopplungsvorrichtung einschließlich des Bestimmens von Abmessungen der Magnetkopplungsvorrichtung auf Grundlage eines Wertes einer konstanten Komponente der Menge an Drehmoment umfassen, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird.
Beispiel Nr. 17: Das Verfahren nach einem der Beispiele Nr. 14–16 kann das Konfigurieren des Systems zum Verwenden der Magnetkopplungsvorrichtung, um die Menge an Drehmoment, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird, einschließlich des Konfigurierens einer Stromwandlervorrichtung derart, dass die Stromwandlervorrichtung Strom von einem Wechselstromerzeuger in einen Gleichstrom umwandelt und eine Hochfrequenzkomponente der Menge an Drehmoment beseitigt, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird, umfassen.
Beispiel Nr. 18: Das Verfahren nach Beispiel Nr. 17 kann das Konfigurieren der Stromwandlervorrichtung, um Strom vom Wechselstromerzeuger in den Gleichstrom umzuwandeln, einschließlich des Umwandelns von Wechselstrom vom Wechselstromerzeuger in den Gleichstrom durch einen Gleichrichter oder Transistor umfassen.
Beispiel Nr. 19: Das Verfahren nach einem der Beispiele Nr. 15–18 kann das Formen des Stroms vom Wechselstromerzeuger in die sinusförmige Stromwellenform einschließlich des Verwendens von wenigstens einem Schalterpaar zum Steuern des Stromflusses umfassen.
Beispiel Nr. 20: Das Verfahren nach einem der Beispiele Nr. 15–19 kann das Verwenden von wenigstens dem Schalterpaar einschließlich des Konfigurierens jedes Schalters in dem Schalterpaar so, dass er in einem EIN- oder AUS-Zustand ist, auf Grundlage eines gemessenen Stromwerts und eines festgelegten Stromwerts umfassen.
Die vorstehende Beschreibung bestimmter Beispiele einschließlich der dargestellten Beispiele wurde nur zur Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt und ist nicht als erschöpfend oder die Offenbarung auf die genauen offenbarten Formen einschränkend aufzufassen. Einschlägige Fachleute werden zu zahlreiche Modifikationen, Anpassungen und Verwendungen davon gelangen, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.

Claims

Stromerzeugungsvorrichtung, wobei die Stromerzeugungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Magnetkopplungsvorrichtung, die einer maximalen Drehmomentausgangsleistung auf Grundlage einer Größe der Magnetkopplungsvorrichtung zugeordnet ist; einen Wechselstromerzeuger, der an die Magnetkopplungsvorrichtung gekoppelt ist, um kinetische Energie, die von der Magnetkopplungsvorrichtung empfangbar ist, in einen Strom umzuwandeln, wobei die kinetische Energie durch die Magnetkopplungsvorrichtung mithilfe einer Drehkraft erzeugbar ist, die über die Magnetkopplungsvorrichtung übertragbar ist; und eine Stromwandlervorrichtung, die an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um den Strom vom Wechselstromerzeuger zu formen, derart, dass die maximale Drehmomentausgangsleistung der Magnetkopplungsvorrichtung ausreicht, um zu bewirken, dass die Stromwandlervorrichtung einen Schwellenstrom ausgibt, der ausreicht, um ein Bohrlochwerkzeug zu betreiben, das mithilfe der Stromerzeugungsvorrichtung mit Strom versorgbar ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Magnetkopplungsvorrichtung ein radialer Magnetkoppler oder ein axialer Magnetkoppler ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromwandlervorrichtung wenigstens eins von einem aktiven Gleichrichter, einem Vienna-Gleichrichter, einem Einphasenwandler-basierten Dreiphasenschaltkreis oder einer Multischaltertopologie mit einem Diodenbrückengleichrichter umfasst, um den Strom vom Wechselstromerzeuger zu formen.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromwandlervorrichtung an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um den Strom in eine sinusförmige Stromwellenform zu formen.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromwandlervorrichtung an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um den Strom vom Wechselstromerzeuger in einen Gleichstrom zu formen und eine Hochfrequenzkomponente der Drehkraft zu beseitigen.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Stromwandlervorrichtung ein Schalterpaar umfasst, um den Stromfluss zum Formen des Stroms in eine sinusförmige Stromwellenform zu steuern.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei jeder Schalter in dem Schalterpaar ein Gleichrichterschalter oder ein Transistor ist.
Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei jeder Schalter in dem Schalterpaar derart konfiguriert ist, dass er ein Signal zum Konfigurieren jedes Schalters in dem Schalterpaar empfängt, so dass dieser in einem EIN- oder AUS-Zustand ist, um den Stromfluss zum Formen des Stroms in die sinusförmige Stromwellenform zu steuern.
System, umfassend: ein elektrisch betriebenes Werkzeug; und eine Stromzuführvorrichtung, die dazu ausgestaltet ist, Strom an das elektrisch betriebene Werkzeug bereitzustellen, wobei die Stromzuführvorrichtung Folgendes umfasst: eine Magnetkopplungsvorrichtung, die einer maximalen Drehmomentausgangsleistung auf Grundlage einer Größe der Magnetkopplungsvorrichtung zugeordnet ist, einen Wechselstromerzeuger, der an die Magnetkopplungsvorrichtung gekoppelt ist, um kinetische Energie, die von der Magnetkopplungsvorrichtung empfangen wird, in einen Strom umzuwandeln, wobei die kinetische Energie durch die Magnetkopplungsvorrichtung mithilfe einer Drehkraft erzeugt wird, die über die Magnetkopplungsvorrichtung übertragen wird, und eine Stromwandlervorrichtung, die an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um den Strom vom Wechselstromerzeuger zu formen, derart, dass die maximale Drehmomentausgangsleistung der Magnetkopplungsvorrichtung ausreicht, um zu bewirken, dass die Stromzuführvorrichtung einen Schwellenstrom ausgibt, der ausreicht, um das elektrisch betriebene Werkzeug zu betreiben.
System nach Anspruch 9, wobei die Magnetkopplungsvorrichtung ein radialer Magnetkoppler oder ein axialer Magnetkoppler ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Stromwandlervorrichtung an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um den Strom vom Wechselstromerzeuger in eine sinusförmige Stromwellenform zu formen.
System nach Anspruch 11, wobei die Stromwandlervorrichtung ein Schalterpaar umfasst, um den Stromfluss zum Formen des Stroms in eine sinusförmige Stromwellenform zu steuern.
System nach Anspruch 9, wobei die Stromwandlervorrichtung an den Wechselstromerzeuger gekoppelt ist, um eine Hochfrequenzkomponente der Drehkraft zu beseitigen.
Verfahren, umfassend: Bestimmen einer maximalen Größe einer Magnetkopplungsvorrichtung auf Grundlage einer Größe eines Bohrlochs; Bestimmen einer maximalen Menge an Drehmoment, das über die Magnetkopplungsvorrichtung übertragen werden kann, um ein Bohrlochwerkzeug mit Strom zu versorgen, auf Grundlage der maximalen Größe der Magnetkopplungsvorrichtung; Bestimmen einer Menge an Drehmoment, das für die Stromversorgung des Bohrlochwerkzeugs benötigt wird; und Konfigurieren eines Systems zur Verwendung der Magnetkopplungsvorrichtung, um die Menge an Drehmoment zu übertragen, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Konfigurieren des Systems zum Verwenden der Magnetkopplungsvorrichtung, um die Menge an Drehmoment, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird, das Konfigurierens einer Stromwandlervorrichtung zum Formen eines Stroms von einem Wechselstromerzeuger in eine sinusförmige Stromwellenform aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bestimmen der maximalen Größe der Magnetkopplungsvorrichtung das Bestimmen von Abmessungen der Magnetkopplungsvorrichtung auf Grundlage eines Wertes einer konstanten Komponente der Menge an Drehmoment aufweist, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Konfigurieren eines Systems zur Verwendung der Magnetkopplungsvorrichtung, um die Menge an Drehmoment zu übertragen, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird, ferner Folgendes beinhaltet: Konfigurieren einer Stromwandlervorrichtung, um einen Strom von einem Wechselstromerzeuger in einen Gleichstrom umzuwandeln und eine Hochfrequenzkomponente der Menge an Drehmoment, die zum Bereitstellen des Stroms an das Bohrlochwerkzeug benötigt wird, zu beseitigen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Konfigurieren der Stromwandlervorrichtung, um Strom vom Wechselstromerzeuger in den Gleichstrom umzuwandeln, das Umwandeln von Wechselstrom vom Wechselstromerzeuger in den Gleichstrom durch einen Gleichrichter oder Transistor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Formen des Stroms vom Wechselstromerzeuger in die sinusförmige Stromwellenform das Verwenden von wenigstens einem Schalterpaar zum Steuern des Stromflusses aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Verwenden von wenigstens dem Schalterpaar das Konfigurieren jedes Schalters in dem Schalterpaar so, dass er in einem EIN- oder AUS-Zustand ist, auf Grundlage eines gemessenen Stromwerts und eines festgelegten Stromwerts aufweist.