MX2007016518A

MX2007016518A - Construccion y operacion de una bateria de sal fundida en campo petrolero.

Info

Publication number: MX2007016518A
Application number: MX2007016518A
Authority: MX
Inventors: Michael L Fripp; Syed Hamid; Josip Caja; Mario Caja
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-03-10
Also published as: CA2613319C; US20070003831A1; NO20080614L; CA2613319A1; US20130106366A1; BRPI0612782A2; EP1900055A1; AU2006266107A1; WO2007005435A1; AU2006266107B2

Abstract

La invencion concierne con una construccion y operacion de una bateria de sal fundida para campo petrolero. Una bateria incluye un recubrimiento exterior, un mandril alargado colocado dentro del recubrimiento exterior, y el mandril es un componente electrico de la bateria. Otra bateria incluye un captador electrico, y un aislante polimerico que provee aislamiento entre el recubrimiento exterior y el captador. Un metodo de carga de una bateria para uso en un pozo subterraneo incluye los pasos de: proveer la bateria que incluye un electrolito, y electrodos de anodo y catodo, el electrolito es una sal fundida que comprende sal de litio, y por lo menos uno de los electrodos que comprende atomos de litio; colocar la bateria dentro de una perforacion de pozo; y luego cargar la bateria. Otro metodo incluye los pasos de: calentar la bateria de sal fundida de ion de litio; luego cargar la bateria; y luego colocar la bateria dentro de una perforacion de pozo.

Description

CONSTRUCCIÓN Y OPERACIÓN DE UNA BATERÍA DE SAL FUNDIDA EN CAMPO PETROLERO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general, al equipamiento utilizado y operaciones realizadas en conjunto con un pozo subterráneo y, en una modalidad descrita en este documento, más particularmente proporciona construcción y operación mejorada de baterías usadas en el campo petrolero.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se han propuesto baterías recargables en el pasado para uso en un ambiente de fondo de pozo. Sin embargo, ninguna de estas ha sido exitosa en prácticas actuales. Por ejemplo, se ha descrito una batería recargable que tiene un electrodo de metal de litio sólido y un electrolito de polímero. Desafortunadamente, tales electrodos de metal de litio sólido requieren tomar precauciones excesivas de seguridad, y tienen ciclo de vida reducido debido a problemas con el reemplazo y formación de dentritos de litio los cuales pueden causar cortos eléctricos . Además, aún debe ser contempladas técnicas de construcción satisfactorias para reforzar suficientemente baterías usadas en un ambiente de fondo de pozo, y no se han descrito satisfactoriamente, métodos para cargar/recargar baterías de sal fundida usadas en un ambiente de fondo de pozo. Así, se puede observar que existe una necesidad para mejorar la construcción y operación de baterías de sal fundida en campos petroleros. Es uno de los objetos de la presente invención, proporcionar tal construcción y operación de batería mejorada .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En la realización de los principios de la presente invención, se proporciona una batería de sal fundida adecuada para uso en campo petrolero, junto con métodos de operación de la misma, los cuales resuelven al menos un problema en la técnica. Se describe un ejemplo abajo en el cual la construcción de batería proporciona un soporte de un electrodo montado dentro de una caja exterior de la batería. Otro ejemplo se describe abajo, en el cual la batería se caliente y después se carga en la superficie antes de ser colocada en el fondo del pozo y descargada. En un aspecto de la invención, se proporciona también una batería para uso en un pozo subterráneo. La batería incluye una caja exterior y un mandril alargado colocado dentro de la caja exterior. El mandril es un componente eléctrico de la batería. En otro aspecto de la invención, también se proporciona una batería para uso en un pozo subterráneo, la cual incluye una caja exterior, un indicador eléctrico y un aislante de polímero que proporciona aislamiento eléctrico entre la caja exterior y el indicador eléctrico. El aislante también puede sellar un electrolito dentro de la caja exterior. El aislante puede ser comprimido usando una tapa para la caja exterior, o usando el indicador eléctrico. En un aspecto adicional de la invención, se proporciona un método para cargar una batería para uso en un pozo subterráneo, el cual incluye las etapas de: proporcionar la batería que incluye un electrolito, y electrodos de ánodo y cátodo, el electrolito comprende una sal fundida (por ejemplo, que contiene sales de litio) , y al menos uno de los electrodos que comprenden litio; colocando la batería dentro de una perforación de pozo del pozo; y después cargar la batería. Los electrodos pueden tener el litio, por ejemplo, en la forma de metal de litio o compuestos litiados. En aún un aspecto adicional de la invención, se proporciona otro método para cargar una batería para uso en un pozo subterráneo el cual incluye las etapas de: proporcionar la batería que incluye un electrolito, y electrodos de ánodo y cátodo, el electrolito comprende una sal fundida (por ejemplo, que contiene sales de litio) calentar la batería; después cargar la batería; y después colocar la batería dentro de la perforación de pozo del pozo. Los electrodos pueden tener el litio, por ejemplo, en la forma de metal de litio o compuestos litiados . Otros aspectos de la invención incluyen cargar una batería de sal fundida en el fondo del pozo, mientras se controla el voltaje a través de la batería, y acoplar un electrodo de una batería a una caja exterior con una conexión directa entre el electrodo y la caja exterior. Estas y otras características, ventajas, beneficios y objetos de la presente invención, llegarán a ser aparentes para uno de experiencia ordinaria en la técnica en la consideración cuidadosa de la descripción detallada de modalidades representativas de la invención en este documento posteriormente y los dibujos acompañantes, en el cual los elementos similares se indican en las varias figuras usando los mismos números de referencia.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista esquemática de una sección parcialmente transversal de un método que incluye principios de la presente invención; La figura 2 es una vista esquemática de sección transversal a escala ampliada de una construcción de batería utilizable en el método de la figura 1, la construcción de batería incluye los principios de la invención; La figura 3 es una vista esquemática de sección transversal a escala ampliada adicional de una conexión de electrodo en la construcción de batería de la figura 2; La figura 4 es una vista esquemática de sección transversal de una primera conexión de electrodo alterno en la construcción de batería de la figura 2; La figura 5 es una vista esquemática de sección transversal a escala de una segunda conexión de electrodo alterno en la construcción de batería de la figura 2; y La figura 6 es una vista esquemática de sección parcialmente transversal de un método de carga de batería que incluye los principios de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Representativamente ilustrado en la figura 1 está un método 10, el cual incluye los principios de la presente invención. En la siguiente descripción del método 10 y otros aparatos y métodos descritos en este documento, términos direccionales, tales como "anteriormente", "posteriormente", "superior", "inferior", etc., se usan por conveniencia en referencia a los dibujos acompañantes.

Adicionalmente, se entenderá que las modalidades variadas de la presente invención descritas en este documento se pueden utilizar en orientaciones variadas, tales como inclinado, invertido, horizontal, vertical, etc., y en varias configuraciones, sin apartarse de los principios de la presente invención. Las modalidades son descritas solamente como ejemplos de aplicaciones útiles de los principios de la invención, los cuales no se limitan a cualquiera de los detalles específicos de estas modalidades. Como se describe en la figura 1, una herramienta de pozo 12 se interconecta en una columna tubular 14 y se coloca dentro de una perforación de pozo 16. La herramienta de pozo 12 se ilustra esquemáticamente incluyendo una sección de generador eléctrico 18, una sección de batería 20 y una sección de herramienta 22 unidas entre sí en la columna tubular 14. Sin embargo, será claramente entendido que no es necesario para la herramienta de pozo 12 incluir cada una de estas secciones 18, 20, 22, y las secciones deben ser colocadas separadas entre sí o integradas entre sí como se desee. Por ejemplo, la sección del generador 18 no puede ser usada si no se desea la recarga en el fondo de pozo, la sección de batería 20 y la sección de herramienta 22 pueden ser integradas en una sección única, etc.

Además, no es necesario para cualquiera o todas las secciones 18, 20, 22 ser interconectadas en la columna tubular 14. Las secciones 18, 20, 22 o cualquiera de estas, pueden preferentemente, ser interconectadas en una columna entubada 24, colocada en una corona 26 entre las columnas 14, 24 o de otra forma colocadas en el pozo. La columna tubular 14 puede ser cualquier tipo de estructura en el pozo, tal como una columna de barrena, columna de tubería de producción, columna de tubería enrollada. La columna tubular 14 puede también ser reemplazada por estructuras tales como una línea alámbrica, línea eléctrica, vehículo autónomo, etc., para transportar la herramienta de pozo 12 en el pozo. La sección de generador 18 se usa para generar energía eléctrica para operación de la sección de herramienta 22, y para cargar/recargar una o más baterías en la sección de batería 20. La sección de generador 18 puede, por ejemplo, generar energía eléctrica en respuesta al flujo de fluido a través o en la columna tubular 14, o en respuesta a vibración de la columna tubular (tal como durante las operaciones de barrenado o producción, etc.). Alternativamente, la sección del generador 18 puede generar electricidad vía consumo de combustible (por ejemplo, usando una celda de combustible) o usando radioactividad (por ejemplo, usando una fuente de energía nuclear) . Como otra alternativa, la sección de generador 18 puede ser reemplazada por líneas eléctricas que se extienden a la superficie o a otra ubicación remota. Así, la sección de generador 18 puede ser cualquier fuente de energía eléctrica que incluye otra batería. Ejemplos de generadores de fondo de pozo se describe en las Patentes Estadounidenses Nos. 6504258 y 6717283, Solicitud Estadounidense Publicada No. 2002/96887, Solicitudes de Patentes Estadounidenses Nos. 10/826952 y 10/825350, y Solicitudes de Patentes Internacionales Nos. PCT/US2000/31621 y PCT/US2005/003911. Las descripciones de estas patentes y solicitudes anteriores se incorporan en su totalidad en este documento por esta referencia. La sección de herramienta 22 puede incluir cualquier tipo de herramienta, la cual puede ser de uso en el pozo. Por ejemplo, la sección de herramienta 22 puede incluir una válvula y/o cuello de producción, una herramienta de prueba de pozo, un sensor (tal como una presión, temperatura, corte de agua, radioactividad, acústico, electromagnético, resistividad y/o sensor de capacidad, etc.), un dispositivo de telemetría (tal como un transmisor y/o receptor alámbrico o inalámbrico) , un embalador u otro dispositivo sellante y/o fijador, una bomba, un separador, etc., y cualquier combinación de herramientas de pozo.

La sección de batería 20 se usa para almacenar energía eléctrica para operación de la sección de herramienta 22. Se pueden cargar y/o recargar una o más baterías en la sección de batería 20 usando la energía eléctrica generada por la sección de generador 18. Si la sección de generador 18 no se usa, entonces las baterías se pueden cargar en la superficie anterior para ser instaladas en el pozo, y entonces las baterías pueden ser descargadas en fondo de pozo para operar la sección de herramienta 22. En una modalidad preferida, la sección de herramienta 22 incluye al menos un sensor y un dispositivo de telemetría inalámbrica, y la columna tubular 14 es una columna de tubería de producción. Durante las operaciones de terminación y/o producción, el sensor detecta un parámetro de fondo de pozo y el dispositivo de telemetría transmite indicaciones del parámetro de fondo de pozo a una ubicación remota (tal como la superficie de la tierra u otra ubicación en el pozo) . La sección de batería 20 proporciona energía eléctrica para la sección de herramienta 22 para realizar estas funciones. La sección de generador 18 mantiene una batería de la sección de batería 20 en una condición cargada. Alternativamente, o en adición, la sección de batería 20 puede proporcionar carga de nivelación para la sección de generador 18. Con referencia adicionalmente ahora a la figura 2, una batería 28 que incluye los principios de la invención es representativamente ilustrada. La batería 28 se puede usar en la sección de batería 20 en el método 10, se puede usar en otros métodos. La batería 28 es excepcionalmente construida para soportar el ambiente de fondo de pozo severo, mejorar la seguridad de las operaciones, y para mejorar la carga/recarga. Como se describe en la figura 2, la batería 28 incluye una caja exterior 30 que tiene un montaje de electrodo 32 colocado en este. Un electrolito 34 está contenido en la caja exterior 30 y en contacto con el montaje de electrodo 32, para que se pueda almacenar la energía eléctrica en la batería 28. Preferiblemente, el montaje de electrodo 32 incluye un ánodo que comprende un material metálico seleccionado de Li4Ti50_2, LiW02 y LiMo02. El montaje de electrodo 32 preferiblemente incluye un cátodo, que comprende un material metálico seleccionado de LixMn204, LixCo02, LixMn204 modificado, LixMn2_xCux04 en donde 0.1 < x < 0.5, LiM0.02Mnl.98°4 en donde M puede ser B, Cr, Fe y Ti, un óxido de metal de transición, un polímero conductivo electroquímicamente activo, LiFeP04, LiCoP04, LiMnP04, o una combinación de los mismos. Así, cada uno de los electrodos ánodo y cátodo preferiblemente comprenden átomos de litio. El electrolito 34 es preferiblemente un líquido iónico completamente compuesto de iones (cationes y aniones) y sales de litio. Las sales fundidas son mezclas de aniones y cationes, dichas mezclas son líquidas a temperaturas debajo del punto de fusión individual de cada compuesto individual. El electrolito 34 puede estar en la forma de una sal fundida que contiene catión de pirazolio, una sal fundida que contiene catión de imidazolio, o una combinación de las mismas, y al menos un ion contador derivado de ácido Lewis o ácido no de Lewis, en donde el ion contador preferiblemente incluye bis (trifluorometilsulfonil) imida (CF3S02) N (imida), bis (perfluoroetilsulfonil) imida (CF3CF2S02) 2N (BETI), tris (trifluorometilsulfonil)metida (CF3S02)3C (metida), trifluorometilsulfonato CF3S03 (triflato, TF) , o una combinación de los mismos, junto con una sal de litio disuelta. El electrolito 34 preferiblemente exhibe un límite de oxidación de mayor que aproximadamente 5 voltios contra litio, voltaje de reducción de menos de 1.5 voltios contra litio, y es térmicamente estable a menos de aproximadamente 300°C. Una batería similar electroquímicamente se describe en la Solicitud de Patente Estadounidense No. 10/820638, la descripción completa la cual se incorpora en este documento por esta referencia.

Así, la batería 28 preferiblemente usa un ion de litio electroquímico, en donde los iones de litio se intercalan y des-intercalan entre el ánodo y cátodo. La batería 28 usa electrodos que pueden alcanzar temperatura mayores incorporando materiales del ánodo, dichos iones de litio intercalados/des-intercalados a voltajes mayores que el voltaje de reducción del electrolito 34. El resultado es una batería, la cual no necesita una capa de pasivación en el ánodo. Preferiblemente, el ánodo y cátodo de la batería 28 no tienen la misma capacidad. Preferentemente, uno de estos tiene más carga, lo cual significa que algo del electrodo permanece sin usar durante la carga/descarga de la batería 28. Aún sin embargo, algo del material de electrodo está así sin usar, esta proporción desigual de capacidad mejora el ciclo de vida de la batería 28. El cátodo preferiblemente tiene aproximadamente 1.25 o más veces la capacidad del ánodo. El montaje del electrodo 32 está preferiblemente en la forma de un montaje de capas múltiples construido especialmente que tiene el cátodo 84 y su colector de corriente asociado 36 formado en al menos un lado, el ánodo 86 y su colector de corriente asociado 38 formado en el lado opuesto, y un separador aislante poroso 40 entre el ánodo y cátodo. En una sección transversal ampliada del montaje 32 descrita en la figura 3, el cátodo 84 está en un lado interno del colector de corriente 36, el ánodo 86 está en el lado interno del colector de corriente 38, y el separador 40 se coloca entre el ánodo y el cátodo. Preferiblemente, el colector de corriente del ánodo 36 se hace de un material de cobre y el colector de corriente del ánodo 38 se hace de un material de aluminio, cada uno de estos que comprenden átomos de litio como se describe anteriormente, pero se pueden usar otros materiales si se desea. Con referencia nuevamente a la figura 2, el montaje de electrodo 32 es preferiblemente espiralmente envuelto o enrollado alrededor de un mandril de metal cilindricamente alargado 42, antes de ser instalado en la caja exterior 30. Sin embargo, esta configuración no es necesaria, ya que el montaje de electrodo 32 puede así ser apilado u organizado prismáticamente, etc., en la caja exterior 30. El mandril 42 proporciona varios beneficios únicos en la batería 28. El mandril 42 es preferiblemente eléctricamente conectado al colector de corriente del ánodo 38 y puede con ello servir como indicador eléctrico más robusto (sin requerir los contactos delgados delicados, tal como alambre o lengüetas, usadas en la construcción de batería convencional) . El mandril 42 radialmente soporta el montaje de electrodo 32 dentro, con ello se reduce o elimina el movimiento del montaje de electrodo en la caja exterior 30. El mandril 42 proporciona una estructura central segura para monitorear un indicador eléctrico separado 44, aislantes 46, 48, espaciador 50, etc. El mandril 42 es preferiblemente hecho de una aleación de aluminio, aunque se pueden usar otros materiales si se desea. Una ranura 52 que se extiende longitudinalmente formada en el mandril 42 proporciona una ubicación conveniente para insertar el montaje de electrodo 32 en este, lo cual también hace un tipo mecánico de conexión eléctrica al electrodo del cátodo 38. Por supuesto, el colector de corriente 36 puede también, o alternativamente, estar eléctricamente conectado al mandril 42 por soldadura, soldadura blanda, soldadura dura, adhesión con un adhesivo eléctricamente conductivo, corrugado, engrapado o de otra forma sujetado, etc. El contacto eléctrico entre el mandril 42 y el colector de corriente 36 debe ser mejorado usando un fluido conductivo, polímero conductivo o metal blando para disminuir la resistencia eléctrica de la conexión. El aislamiento del fluido (tal como un anillo o PTFE u otro tipo de sello, silicona sellante, etc.) puede también ser usado para prevenir el ingreso del electrolito 34 entre el mandril 42 y el colector de corriente 36.

A pesar que el mandril 42 se describe anteriormente por ser un componente eléctrico de la batería 28 y permanecer en la batería después de la instalación del montaje de electrodo 32, nótese que esto no necesariamente se mantiene con los principios de la invención. El mandril 42 puede preferentemente, ser removido a partir del montaje del electrodo 32 antes o después que el montaje del electrodo sea instalado en la caja exterior 30. El indicador eléctrico 44 preferiblemente se hace de un metal refractario (tal como tántalo) para compatibilidad con el aislante 46, el cual es preferiblemente hecho de vidrio. El indicador 44 sirve como un contacto eléctrico conveniente, con ello la batería 28 puede ser eléctricamente conectada a otros componentes eléctricos de la herramienta de pozo 12. El aislante 46 proporciona aislamiento eléctrico entre el indicador 44 y la tapa 54 para la caja exterior 30. El aislante 46 también sirve como un sello para prevenir que el electrolito 34 escape de la batería 28. El aislante 48 proporciona aislamiento eléctrico entre la tapa 54 y el montaje de electrodo 32. El aislante 48 también previene movimiento hacia arriba del montaje de electrodo 32 y centraliza el mandril dentro de la caja exterior 30. Además, el aislante reduce la carga en el aislante 46 debido al desplazamiento vibratorio lateral de la batería 28. Un aislante 56 algo similar a un extremo inferior del mandril 42, proporciona aislamiento eléctrico entre la caja exterior 30 y cada uno del mandril y el montaje de electrodo 32, previene el desplazamiento hacia abajo del montaje de electrodo, y centraliza el extremo inferior del mandril en la caja exterior. Preferiblemente, los aislantes 48, 56 se hacen de un material químicamente apropiado y protector adecuado (tal como Torlon®) . La caja exterior 30 es preferiblemente hecha de metal (tal como acero), pero otros materiales (tal como polímeros eléctricamente conductivos, etc.) pueden ser usados si se desea. Nótese que no es necesariamente que la caja exterior 30 sea rígida, ya que el electrolito 34 preferiblemente tiene una presión de vapor relativamente baja, la batería 28 puede ser de lado suave, con una caja exterior flexible. En esta manera, la forma de la batería 28 puede ser manipulada para ajustarse convenientemente dentro de límites ajustados y geometrías complejas los cuales se puede encontrar en aplicaciones de fondo de pozo. Además, la batería de lado suave 28 puede ser instalada en ambientes ajustados sin presión en donde la batería experimentará presión hidrostática en el pozo. Esto puede permitir más volumen de batería, ya que puede ser necesario menos material de alojamiento para asilamiento de presión. La batería 28 puede ser proporcionada con un fuelle u otros medios de igualación de presión para permitir balancear la presión entre el interior y exterior de la batería. Sí la batería 28 es de lado suave, entonces la caja exterior 30 debe ser una lámina de capa múltiple con al menos una capa metálica y al menos una capa polimérica (hecha, por ejemplo, de un material elastomérico) . La capa metálica podrá prevenir la difusión de gas y la capa polimérica podrá agregar resistencia a la perforación. También no es necesariamente que la caja exterior 30 sea de forma cilindrica. Por ejemplo, la caja exterior 30 puede ser de forma similar a una toroidal, con el propósito que pueda rodear un pasaje formado a través de la columna tubular 14 o columna entubada. En este caso, el mandril 24 puede ser de forma tubular, para que el pasaje se prolongue a través del mandril. En la modalidad ilustrada en la Figura 2, la caja exterior 30 sirve como un indicador eléctrico para el colector de corriente del ánodo 38. Como se describe en la Figura 3, el colector de corriente 38 es preferiblemente retenido entre un extremo superior de la caja externa 30 y la tapa 54. Por ejemplo, una lengüeta que se extiende hacia arriba puede ser formada en el colector de corriente 38 en un envoltorio exterior del montaje de electrodo 32. Cuando la tapa 54 se instala en la caja exterior 30, la lengüeta en el colector de corriente 38 se coloca entre la capa y la caja exterior. La capa exterior 54 puede ser corrugada por la caja exterior 30, en dicho caso este corrugado puede también servir para conectar eléctricamente el colector de corriente 38 a la caja exterior. Alternativamente, o en adición, se puede usar soldadura, soldadura blanda, soldadura dura, adhesión con un adhesivo eléctricamente conductivo o cualquier otro método para conectar eléctricamente el colector de corriente 38 a la caja exterior 30 y/o para asegurar la tapa 54 a la caja exterior . Con referencia adicionalmente ahora a la Figura 4, una construcción alterna de la batería 28 es representativamente ilustrada. Esta construcción alterna es similar en la mayoría de los aspectos a la construcción de la batería 28 descrita en la Figura 2. Sin embargo, un aislante de polímero 58 se usa en lugar del aislante de vidrio 46. El aislante 58 puede incluir cualquier tipo de polímero, combinaciones de polímero, o combinaciones de polímeros y no polímeros. Por ejemplo, el aislante 58 puede incluir polímeros elastómeros, no elastómeros, plásticos, elástico y no elásticos, Viton®, Torlon®, PTFE, silicona, pegamentos, selladores, sustancias endurecibles, etc. El aislante 58 es "energizado" o comprimido para formar un sello entre el mandril 42 y la tapa 54 para prevenir que el electrolito 34 se escape de la batería 28. Una tuerca 60 se mete en el mandril 42 y se ajusta para comprimir el aislante 58 vía una arandela 62. Usando el aislante de polímero 58, cualquier necesidad del indicador eléctrico 44 para ser hecho de un metal refractario es eliminada. Preferiblemente, el indicador eléctrico 44 se forma en un extremo superior del mandril 42 en la construcción descrita en la Figura 44, a pesar de que puede formarse en otro elemento, tal como la tuerca 60 o la arandela 62, si se desea. Con referencia adicionalmente ahora a la Figura 5, otra construcción alterna de la batería 28 es representativamente ilustrada. Esta construcción es muy similar a la construcción alterna descrita en la Figura 4. Sin embargo, un aislante de polímero 64 que se usa para aislar y sellar entre el mandril 42 y la tapa 54 es diferencialmente configurado, y la tuerca 60 y la arandela no se usan. El aislante 64 es "energizado" o comprimido entre el mandril 42 y la tapa 54 al tiempo que la tapa se instala en la caja exterior 30. Es decir, la tapa 54 por sí misma comprime el aislante 64.

Algunos de los beneficios de esta configuración alterna son que se usan menos componentes, proporcionado una construcción más sencilla, y se necesitan menos etapas para ensamblar la batería 28. Con referencia adicionalmente ahora a la Figura 6, la batería 28 es representativamente ilustrada instalada dentro de un alojamiento exterior 66 de la sección de batería 20. Cuando la sección de batería 20 se instala en el pozo como se describe en la Figura 1, el alojamiento exterior 66 se expone a fluidos del pozo. El alojamiento exterior 66 puede aislar la batería 28 y componentes asociados a partir de fluidos del pozo o, si la batería 28 es de lado suave o incluye una característica de igualación de presión como se describe anteriormente, entonces el alojamiento exterior puede permitir que la batería 28 se exponga a la presión de fluido del pozo. Nótese que un pasaje adicional 68 de la columna tubular 14 se extiende a través del alojamiento exterior 66 de la sección de batería 20, tal como cuando la columna tubular se instala en el pozo, el alojamiento exterior se puede exponer a fluidos del pozo en el pasaje 68 y en la corona 26. Para incrementar la difusión de almacenamiento de energía eléctrica en la batería 28, puede ser preferible cargar/recargar la batería en la superficie después que se ha calentado. Como se describe en la Figura 6, la batería 28 está contenida dentro de un dispositivo de calentamiento 70 dentro del alojamiento exterior 66. El dispositivo de calentamiento 70 incluye una cubierta aislante exterior 72 y un calentador de resistencia eléctrica 74 en un lado interior de la cubierta. La cubierta 72 se puede hacer de cualquier material (tal como una compuesto o de material espumado, etc.) que tiene propiedades aislantes apropiadas. El calentador 74 puede estar en la forma de una película o alambre de resistencia unido a, o incorporado en, la cubierta 72. Sin embargo, se entenderá que cualquier configuración del dispositivo de calentamiento 70 se puede usar manteniendo los principios de la invención. Por ejemplo, se pueden usar otros tipos de dispositivos de calentamiento, y no es necesario que el dispositivo de calentamiento sea instalado en el alojamiento exterior 66, etc . Para conveniencia en la carga de batería 28 antes de instalar la sección de batería 20 en el pozo, el alojamiento exterior 66 se proporciona con conectores 76, 78 en su pozo de pared exterior. El conector 76 se usa para conectar eléctricamente el calentador 74 para calentar la batería 28, y se usa el conector 78 para conectar la batería 28 (por ejemplo, para el indicador eléctrico 44 y la caja exterior 30) para cargar la batería. Un sistema de control y energía de calentador 80 se conecta al conector 76 en la superficie para calentar la batería 28. Se puede usar un sensor de temperatura (no mostrado) en el dispositivo de calentamiento 70 para monitorear la temperatura de la batería 28 y permitir al sistema de control y energía de calentador 80 calentar la batería a una proporción deseada a una temperatura óptima deseada antes de la carga. El sistema 80 puede también mantener la batería 28 a la temperatura deseada durante la carga . Un sistema de control y energía de carga/recarga 82 se conecta al conector 78 en la superficie para cargar/recargar la batería 28. Preferiblemente, la batería 28 se carga después que se ha calentado a la temperatura óptima deseada, pero esto no necesariamente se mantiene con los principios de la invención. Además, nótese que no es necesario que la batería 28 se caliente y/o cargue en la superficie, ya que estas operaciones se pueden realizar en el fondo de pozo, por ejemplo, usando la sección de generador 18 por energía eléctrica para calentar y/o cargar la batería. Proporcionando el dispositivo de calentamiento 70 en el alojamiento exterior de la sección de batería 20 con los conectores extremadamente accesibles 76, 78, la batería 28 puede ser convenientemente cargada/recargada en la superficie antes de instalar la sección de batería en el pozo. Esto elimina cualquier necesidad de desmontar la sección de batería 20 para cargar/recargar la batería 28. Si la batería 28 se carga en la superficie o después de ser instalada en el pozo, se pueden usar varios métodos diferentes para cargar la batería. Cuando las baterías múltiples se cargan en serie, es preferible tomar precauciones porque variaciones menores en las baterías no lleven a una batería a recibir más voltaje que las otras baterías . La resistencia interna de la batería 28 se incrementa en los límites del proceso de carga y descarga. Si las protecciones no se incluyen, entonces algunas baterías pueden experimentar un voltaje perjudicialmente alto o perjudicialmente bajo. Para prevenir el daño de sobrecarga de una batería 28, se pueden usar varias protecciones. Se puede agregar un aditivo a la batería 28 para que toda la corriente de carga se use en un ciclo reversible sin incrementar el voltaje. Este ciclo de oxidación/reducción local previene la sobrecarga. En baterías recargables de NiCd, se agrega hidróxido de cadmio para capturar el oxígeno producido que se origina durante la sobrecarga. En vez de un ciclo de oxidación/reducción, se puede usar una reacción de concentración. Se puede usar protección electrónica, por ejemplo, un diodo con una caída de voltaje de 2.5 voltios. El diodo permanecerá cerrado hasta que la batería 28 se cargue completamente, en este punto la corriente cambiará de paralelo alrededor de la batería. Se pueden usar circuitos de protección más complejos, si se desea. Se puede usar una corriente de carga baja, en dicho caso las variaciones en la resistencia interna de las baterías es menos importante. Con una corriente de carga inferior, las variaciones en resistencia interna producen diferencias de voltaje menores. Sin embargo la corriente de carga menor incrementa el tiempo necesario para cargar la batería 28. Se puede usar un voltaje de carga inferior, en dicho caso las variaciones de resistencia en las baterías 28 no excederán un umbral perjudicial. Alternativamente, una corriente de carga relativamente alta se puede usar inicialmente hasta que se alcanza un umbral de voltaje, punto en el cual se usa una corriente de carga menor para completar la carga de batería. La carga/recarga y descarga apropiada de la batería 28 para la vida óptima, capacidad máxima y operación eficiente se completa por control cuidadoso de voltaje y corriente a través y completamente de la batería. Ya que la resistencia interna de la batería 28 cambia con la temperatura, varios métodos de carga pueden ser óptimos a varias temperaturas correspondientes de la batería Se describen abajo varias opciones de métodos de carga. Sin embargo, se entenderá claramente que se pueden usar otros métodos de carga en conservación con los principios de la invención. Una corriente constante se puede mantener a través de la batería 28 durante la carga. Alternativamente, la corriente se puede cargar en etapas discretas o gradualmente variadas. La corriente se puede aplicar hasta que se consiga un voltaje predeterminado a través de la batería 28, preferiblemente 2.5 voltios para la electroquímica descrita anteriormente. Se puede mantener un potencial o voltaje constante a través de la batería 28 durante la carga. Esto puede ser completado usando una serie de voltaje predeterminada, o modificada usando una constante inicial y/o corriente final a través de la batería 28. Si se usa una serie de voltaje predeterminado, entonces la corriente que fluye a través de la batería 28 disminuye exponencialmente con el tiempo. Si se modifica con una corriente inicial y/o final constante, entonces el cargador de batería es preferiblemente colocado para el voltaje predeterminado, y la corriente inicial se limita por medio de un resistor en serie en el circuito cargador. La corriente inicial es mantenida constante hasta que el voltaje predeterminado se alcanza a través de la batería 28. El resistor en serie puede ser cambiando durante el proceso de carga para optimizar la velocidad de carga. Se puede usar un voltaje mayor durante una porción inicial del proceso de carga, con el voltaje gradualmente diminuyendo cuando la batería 28 se carga. También se pude usar la corriente que gradualmente disminuye a través de la batería 28, el voltaje y/o corriente de carga pueden gradualmente incrementarse durante el proceso de carga. Como otra alternativa, la carga y/o corriente se puede incrementar o disminuir en etapas discretas durante el proceso de carga. La energía eléctrica aplicada a la batería 28 puede ser periódicamente pulsada durante el proceso de carga. El cargador de batería puede ser periódicamente aislado de la batería 28, y se puede medir el voltaje libre de impedancia del circuito abierto. Si el voltaje del circuito abierto es anteriormente un valor predeterminado (tal como 2.45 voltios), entonces el cargador no liberará energía eléctrica adicional a la batería 28. Cuando el voltaje del circuito abierto decae abajo del valor predeterminado, entonces el cargador aplica energía eléctrica a la batería 28. La energía eléctrica aplicada puede ser en la forma de un pulso DC por un periodo de tiempo fijo, pero cualquiera de los otros métodos de carga de batería descritos en este documento se puede usar también. Preferiblemente, la duración del circuito abierto y la duración de la aplicación de energía eléctrica se seleccionan de forma que cuando la batería 28 es completamente cargada, el tiempo para el voltaje del circuito abierto decaiga por debajo del valor predeterminado es el mismo como la duración de los pulsos u otra aplicación de energía eléctrica. Otro método posible para cargar la batería 28 es carga lenta. Se usa una corriente constante continua a través de la batería 28 para mantener la batería en una condición completamente cargada. Esto reemplaza la pérdida de energía eléctrica a través de la descarga misma, así como a través de cargas eléctricas. Se puede usar alternativamente la carga flotante (voltaje constante aplicado a través de la batería 28) para mantener la batería en una condición completamente cargada. Si se realiza la carga /recarga o descarga a una temperatura ambiente baja (tal como a la superficie de la tierra) , entonces se puede usar un calentador (tal como el calentador 74 descrito anteriormente) para incrementar la movilidad del electrolito 34. Calentando la batería 28, la resistencia interna disminuye, la proporción de difusión iónica se incrementará, y la batería será capaz de aceptar/producir energía eléctrica a una velocidad mayor. El estado operacional de carga de la batería 28 puede ser determinado observando el voltaje del circuito abierto de la batería, la cantidad de energía eléctrica que la batería tiene a través de la integración de la energía eléctrica que ha fluido a y de la batería, y por una medición de impedancia AC . Nótese que la batería 28 puede ser cargada/recargada en la superficie o en un pozo. Sí la batería 28 se carga únicamente en un pozo, entonces el dispositivo de calentamiento 70 puede no ser usado. Por supuesto, la batería 28 puede ser cargada en la superficie, y después descargada y recargada en un pozo, si se desea. Ahora se puede apreciar completamente que la batería 28 es bien adecuada para uso en un pozo subterráneo. La batería 28 electroquímicamente será operable a temperaturas que exceden 100°C. Efectivamente, un prototipo construido por los solicitantes satisfactoriamente se ha cargado y descargado repetidamente de temperatura ambiente a 150°C. Por supuesto, una persona experta en la técnica haciendo una consideración cuidadosa de la descripción anterior de modalidades representativas de la invención, fácilmente apreciará que se pueden hacer muchas modificaciones, adiciones, sustituciones, supresiones y otros cambios para estas modalidades específicas, y tales cambios están dentro del alcance de los principios de la presente invención. Por lo tanto, la descripción detallada precedente es claramente entendida como se proporciona por medio de ilustración y ejemplo únicamente, el espíritu y alcance de la presente invención se limita solamente por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN
Habiéndose descrito la presente se considera como novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes :
REIVINDICACIONES 1. Una batería para uso en un pozo subterráneo, caracterizada porque la batería comprende: una caja exterior; un mandril alargado colocado dentro de la caja exterior; y el mandril es un componente eléctrico de la batería . 2. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende un montaje de electrodos unidos al mandril. 3. La batería de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el mandril se conecta eléctricamente a un electrodo del montaje de electrodo .
4. La batería de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el mandril soporta el montaje de electrodo dentro de la caja exterior.
5. La batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el mandril se centraliza dentro de la caja exterior, y además comprende al menos un electrodo colocado entre el mandril y la caja exterior .
6. Una batería para uso en un pozo subterráneo, la batería comprende: una caja exterior; un indicador eléctrico; y un aislante de polímero que proporciona aislamiento eléctrico entre la caja exterior y el indicador eléctrico .
7. La batería de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el aislante sella un electrolito dentro de la caja exterior.
8. La batería de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el indicador eléctrico se une a un mandril colocado dentro de la caja exterior .
9. La batería de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque el indicador eléctrico predispone al aislante contra el mandril.
10. La batería de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque comprende una tapa para la caja exterior que predispone el aislante contra el mandril.
11. Un método para cargar una batería para uso en un pozo subterráneo, caracterizado porque el método comprende las etapas de: proporcionar la batería que incluye un electrolito, y electrodos de ánodo y cátodo, el electrolito es una sal fundida con una sal de litio disuelta, y al menos uno de los electrodos comprende átomos de litio; colocar la betería dentro del fondo de pozo del pozo; y después cargar la batería.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa de carga además comprende controlar un voltaje a través de la batería mientras la batería es cargada.
13. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa de colocación además comprende incluir la batería dentro de un alojamiento exterior, y después exponer el alojamiento exterior a fluidos del pozo dentro del fondo de pozo.
14. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa de carga además comprende al menos uno de: mantener una corriente constante a través de la batería, mantener un voltaje constante a través de la batería, variar el voltaje a través de la batería, varias la corriente a través de la batería, variar la energía eléctrica aplicada a la batería en las etapas discretas, periódicamente pulsar la energía eléctrica a la batería, carga lenta y carga a flote.
15. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende la etapa de calentar la batería antes de la etapa de carga.
16. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende la etapa de sellar la batería dentro de un alojamiento externo de una herramienta de pozo.
17. Un método para cargar una batería para uso en un pozo subterráneo, caracterizado porque el pozo comprende las etapas de: proporcionar la batería que incluye un electrolito, y electrodos ánodo y cátodo, el electrolito es una sal fundida que comprende una sal de litio; calentar la batería; después cargar la batería; y después colocar la batería dentro de un fondo de pozo del pozo.
18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque al menos uno de los electrodos comprende átomos de litio.
19. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la etapa de carga además comprende controlar un voltaje a través de la batería, mientras la batería se carga. 20 El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la etapa de colocación además comprende incluir la batería dentro de un alojamiento exterior, y después exponer el alojamiento externo a fluidos de pozo dentro del fondo de pozo. 21. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la etapa de carga además comprende al menos uno de: mantener una corriente constante a través de la batería, mantener un voltaje constante a través de la batería, variar el voltaje a través de la batería, variar la corriente a través de la batería, variar la energía eléctrica aplicada a la batería en etapas discretas, periódicamente pulsar la energía eléctrica a la batería, carga lenta y carga de flote. 22. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque además comprende la etapa de sellar la batería dentro de un alojamiento exterior de una herramienta de pozo.