NO20120847A1

NO20120847A1 - Energilagringssystem med varmeisolator

Info

Publication number: NO20120847A1
Application number: NO20120847A
Authority: NO
Inventors: Guy Harvey Mason; Steven Bill Ellenby; Keith Robert Wootten
Original assignee: Sondex Wireline Ltd
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-01-30
Also published as: CN102900398A; GB2493511B; FR2978618A1; NO344186B1; US10145214B2; CN102900398B; CA2783993C; GB2493511A; US20130029241A1; CA2783993A1; GB201113068D0

Abstract

Et energilagringssystem er vist. Energilagringssystemet omfatter en energilagringsanordning innrettet for å operere over omgivelsestemperatur; en varmeisolator som i hvert fall delvis omgir energilagringsanordningen; og der varmetap fra en eller flere andre anordninger blir mottatt i varmeisolatoren og tilfører varmeenergi til energilagringsanordningen. Bruk av varmetap fra en eller flere andre anordninger, så som tilknyttede elektroniske komponenter, gjør at energilagringsanordningen kan holdes ved sin høye driftstemperatur over lengre tid slik at batteriets levetid forlenges. I en kabelloggingsanvendelse resulterer dette i at mer datalogg blir tilgjengelig for hver tripp i en brønn.

Description

Denne oppfinnelsen vedrører et energilagringssystem, spesielt et energilagringssystem innrettet for å operere ved høye temperaturer.

Brønnhull blir i alminnelighet boret for å utvinne naturressurser så som råolje og gass. Elektrisk nedihullsutstyr blir anvendt i brønnhull for forskjellige formål, for eksempel som følere for å måle forhold nede i hullet, for å drive funksjoner for lagring og overføring av data, og for å drive verktøy og ventiler nede i hullet. Slikt elektrisk nedihullsutstyr kan bli forsynt med kraft av energilagringsanordninger så som batterier, brenselceller eller kondensatorer.

Mange typer energilagringsanordninger, så som NaCI-batterier og brenselceller, fungerer kun ved høyere temperaturer. Området av driftstemperaturer for mange energilagringsanordninger er imidlertid enda høyere enn temperaturene som møtes nedihulls, som for eksempel kan være 180°C eller høyere.

US 4 416 000 viser en anordning for å "starte opp" et batteri før det blir senket ned i et varmt miljø i en oljebrønn. Innledningsvis blir en ekstern spenning påtrykket på instrumentet mens det befinner seg på overflaten før nedsenkning i oljebrønnen. Denne spenningen aktiverer varmeelementer som smelter elektrolytten i et saltsmeltebatteri. En termostatisk bryter er tilveiebrakt slik at batteriet, når det befinner seg nede i hullet, kan forsyne kraft til et varmeelement når batteriet krever ytterligere varme.

Slike batterier blir normalt anvendt nedihulls til de er utladet, og de da må fjernes sammen med hele nedihullsenheten de er anordnet på. Det ville være ønskelig å kunne forlenge tidsperioden en energilagringsanordning kan bli anvendt nedihulls for å redusere antallet driftsstans der hele nedihullsenheten må trekkes opp og energilagringsanordningen må lades opp eller skiftes ut og kjøres nedihulls igjen.

Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes et energilagringssystem, omfattende: en energilagringsanordning innrettet for å operere over omgivelsestemperatur;

en varmeisolator som i det minste delvis omgir energilagringsanordningen; og

hvor varmetap fra én eller flere andre anordninger er anordnet for å bli mottatt inne i varmeisolatoren for å tilføre varmeenergi til

energilagringsanordningen.

Ettersom varmetap fra én eller flere andre anordninger blir mottatt i varmeisolatoren holder dette temperaturen til energilagringsanordningen høyere over lengre tidsperioder. Dette reduserer kraften nødvendig for å opprettholde lagringsanordningens temperatur og således tappingen av anordningen, noe som gjør at den operere nedihulls over lengre tid og reduserer antallet ganger driften må stanses for å fjerne verktøy og energilagringsanordningen fra en brønn. I en kabelloggingsanvendelse gjør dette mer datalogg tilgjengelig for hver tripp i brønnen.

Den ene eller de flere andre anordningene kan også være i hvert fall delvis omgitt av varmeisolatoren for god termisk overføring av varmetap eller energi til energilagringsanordningen.

Den ene eller de flere andre anordningene kan være eller innbefatte én eller flere elektroniske komponenter, så som transistorer. De elektroniske komponentene kan være eller utgjøre en del av en reguleringskrets for å styre oppvarmingen av energilagringsanordningen ved hjelp av ett eller flere elektriske varmeelementer. De elektroniske komponentene kan være innrettet for å operere over omgivelsestemperatur og kan omfatte SiC-baserte komponenter som er i stand til å operere ved høye temperaturer, for eksempel 300°C og høyere.

Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, kun som et eksempel, med støtte i de vedlagte tegningene, der: Figur 1 illustrerer en nedihullsenhet anordnet i et brønnhull; Figur 2 viser et eksempel på et energilagringssystem som illustrerer foreliggende oppfinnelse; og Figur 3 viser et mer detaljert eksempel som illustrerer foreliggende oppfinnelse. Figur 1 illustrerer en nedihullsenhet 10 anordnet i borehullet 20 i en brønn. Nedihullsenheten 10 er opphengt fra en kabel 30 som mates ut fra en trommel 40 via en trinse 50 anordnet på overflaten. Nedihullsenheten 10 kan bli anvendt for forskjellige formål, så som for boring, måling av nedihullsforhold etc. Nedihullsenheten 10 i dette eksempelet har en energilagringsanordning, så som ett eller flere batterier, brenselceller eller kondensatorer, som kan anvendes for å drive elektrisk nedihullsutstyr, så som følere, verktøy og ventiler, og/eller drive utstyr for lagring og overføring av data. Figur 2 viser et eksempel på et energilagringssystem som kan være tilveiebrakt i nedihullsenheten 10. Energilagringssystemet innbefatter en

energilagringsanordning 100, så som ett eller flere batterier, en brenselcelle eller en kondensator eller en kombinasjon av dette. Ett eksempel på en energilagringsanordning 100 som er spesielt egnet er et termobatteri eller termisk aktivert batteri der elektrolytten er fastformig og inaktiv ved normale omgivelsestemperaturer på overflaten. Ved høyere temperaturer, for eksempel over 270°C for natriumbaserte batterier, smelter elektrolytten slik at batteriet kan fungere. Høye driftstemperaturer typisk over 270°C, men mer foretrukket over 300°C eller 400°C, er i alminnelighet nødvendig. Termobatterier har i alminnelighet høyere energitetthet og høyere krafttetthet enn tradisjonelle batterier, og er funnet å være spesielt egnet for bruk nedihulls, hvor, som forklart over, temperaturen er høyere enn på overflaten. Eksempler på termobatterier inkluderer NaCI- eller saltsmeltebatterier, natrium-svovel-batterier, litium-svovel-batterier, natrium-aluminium-klorid-batterier og kalium-ion-batterier. Energilagringsanordningen 100 er i hvert fall delvis omgitt av en varmeisolator 200 for å redusere varmetap fra energilagringsanordningen 100. Et eksempel på en passende varmeisolator er en Dewar-flaske, men en hvilken som helst passende varmeisolator kan bli anvendt avhengig av de nødvendige betingelsene, så som forventede nivåer av vibrasjon, den nødvendige størrelsen til energilagringsanordningen 100 etc. Én eller flere andre anordninger 300 som genererer varmetap, så som for eksempel

elektroniske komponenter, deler av et boresystem, et bremsesystem etc, er anordnet slik at varmetapene blir mottatt 310 inne i varmeisolatoren 200 og tilfører varmeenergi til energilagringsanordningen 100. Gjenbruken av denne spillvarmen gjør at energilagringsanordningen 100 kan holde sin nødvendige temperatur over lengre tid, muliggjør lengre driftsperioder og reduserer hyppigheten med hvilken nedihullsenheten 10 må trekkes opp til overflaten for opplading eller utskiftning av energilagringsanordningen 100. Den økte driftstiden for energilagringssystemet ifølge et eksempel på vår oppfinnelse reduserer driftskostnadene og gjør at operasjoner kan gjennomføres med færre avbrudd og reduserer med det den totale driftstiden.

Figur 3 viser et mer detaljert eksempel på et energilagringssystem ifølge et eksempel på foreliggende oppfinnelse. I dette eksempelet er to sammenkoblede energilagringsanordninger 100 tilveiebrakt. Imidlertid kan et hvilket som helst antall energilagringsanordninger 100 bli anvendt som hensiktsmessig forden ønskede anvendelsen. Energilagringsanordningene 100 er koblet til en elektronisk krets 300.1 dette eksempelet er den elektroniske kretsen 300 også anordnet inne i varmeisolatoren 200.1 dette eksempelet er den elektroniske kretsen 300 en kraftforsyningsenhet. En hvilken som helst passende type kraftforsyningsenhet kan bli anvendt, så som en lineær kraftforsyning eller en svitsjet kraftforsyning. Lineære kraftforsyninger er enklere, men mindre effektive enn svitsjede kraftforsyninger. Ettersom spillvarmen blir gjenbrukt for å opprettholde temperaturen til lagringsanordningen 100, kan de imidlertid være foretrukket. Dersom en annen type elektronisk krets blir anvendt der noen komponenter, så som transistorer, er i stand til å operere ved høyere temperaturer og genererer mer varme enn andre deler av kretsen, kan de mer varmegenererende komponentene være anordnet i hvert fall delvis inne i varmeisolatoren 200, mens de andre komponentene som ikke er like godt i stand til å operere ved høyere temperaturer er anordnet utenfor varmeisolatoren 200 ved en lavere temperatur. Som illustrert skjematisk av pilene 310, er varmetap fra anordningen 300 innestengt i varmeisolatoren 200 slik at varmeenergi blir tilført til energilagringsanordningen 100.

I dette eksempelet er den elektroniske kretsen 300 også koblet til et varmeelement 400. Dersom temperaturen til energilagringsanordningen 100 begynner å falle under en nedre terskeltemperatur, kan energi fra energilagringsanordningen 100 bli anvendt for å aktivisere det elektriske varmeelementet 400 for å tilbakeføre energilagringsanordningen 100 til et foretrukket område av driftstemperaturer. Imidlertid vil bruk av energi fra energilagringsanordningen 100 til å drive der elektriske varmeelementet 400 redusere mengden energi tilgjengelig for andre operasjoner via utgangen 500, så som betjening av følere, verktøy og ventiler samt kraftforsyning til utstyr for lagring og overføring av data. Bruk av varmetapene fra anordningen 300 reduserer mengden energi nødvendig for å drive de elektriske varmeelementene 400 for å holde energilagringsanordningen 100 innenfor dens foretrukne område av driftstemperaturer, og forlenger således levetiden til energilagringsanordningen 100. Det er funnet at bruk av en silisiumkarbid-(SiC)-basert halvledertype elektronisk anordning 300 gjør at den kan operere ved høyere temperaturer enn tradisjonell silisiumbasert elektronikk, for eksempel ved 300°C og høyere. Et eksempel på vår oppfinnelse inkluderer derfor en SiC-basert elektronisk anordning 300 som tjenlig er i stand til å fungere korrekt ved de høye temperaturene i energilagringsanordningen 100, og varmetapene fra den SiC-baserte elektroniske anordningen blir anvendt for å bidra til å holde energilagringsanordningen innenfor dens foretrukne område av driftstemperaturer, slik at batteriets levetid forlenges.

Selv om eksemplene beskrevet over er spesielt egnet for nedihullsforhold med økt temperatur, kan eksempler på foreliggende oppfinnelse også bli anvendt i forskjellige andre tilfeller. For eksempel kan energilagringssystemet bli anvendt i et kjøretøy der varmetap fra ett eller flere andre systemer, så som bremsesystemet, kan bli mottatt i varmeisolatoren 200 og tilføre varmeenergi til energilagringsanordningen 100. Alternativt kan et energilagringssystem bli anvendt i en kraftforsyning til en datamaskin med elektroniske komponenter for høy temperatur, så som SiC-basert elektronikk, som kan være anordnet i kraftforsyningen eller et tilknyttet datasystem eller begge steder, og der varmetap fra elektronikken blir anvendt for å tilføre varmeenergi til energilagringsanordningen 100.1 stedet for eller i tillegg til termobatterier kan også andre energilagringsanordninger bli anvendt, så som brenselceller.

Dersom det ikke er hensiktsmessig å anordne den ene eller de flere andre komponentene innenfor den samme termiske isolatoren som energilagringsanordningen, kan en passende varmeoverføringsanordning være tilveiebrakt mellom de to, for eksempel en varmeledende kabel eller en metallstang. En varmepumpe kan være tilveiebrakt for å bistå varmeoverføringen. Dette vil også bidra til å kjøle ned de varme komponentene/andre anordningene.

En hvilken som helst passende energilagringsanordning innrettet for å operere over omgivelsestemperatur kan bli anvendt, så som primære eller sekundære termobatterier eller brenselceller. Mange variasjoner kan gjøres i eksemplene beskrevet over og likevel falle innenfor oppfinnelsens ramme. For eksempel, selv om to energilagringsanordninger 100 er vist i eksempelet i figur 3, kan et hvilket som helst antall energilagringsanordninger 100 bli anvendt som er egnet for sin tiltenkte bruk.

Claims

1. Energilagringssystem, omfattende: en energilagringsanordning innrettet for å operere over omgivelsestemperatur, en varmeisolator som i hvert fall delvis omgir energilagringsanordningen, og hvor varmetap fra én eller flere andre anordninger er anordnet for å bli mottatt inne i varmeisolatoren for å tilføre varmeenergi til energilagringsanordningen.

2. Energilagringssystem ifølge krav 1, der den ene eller de flere andre anordningene også er i hvert fall delvis omgitt av varmeisolatoren.

3. Energilagringssystem ifølge krav 1 eller krav 2, der den ene eller de flere andre anordningene inkluderer én eller flere elektroniske komponenter.

4. Energilagringssystem ifølge krav 3, der den ene eller de flere elektroniske komponentene er innrettet for å operere innenfor et temperaturområde som overlapper med energilagringsanordningens område av driftstemperaturer.

5. Energilagringssystem ifølge krav 4, der de elektroniske komponentene omfatter SiC-baserte komponenter.

6. Energilagringssystem ifølge et hvilket som helst av kravene 3 til 5, der de elektroniske komponentene omfatter en kraftforsyningsenhet med noen elektroniske komponenter i hvert fall delvis omgitt av varmeisolatoren og noen elektroniske komponenter utenfor varmeisolatoren.

7. Energilagringssystem ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der energilagringsanordningen er et termobatteri.

8. Energilagringssystem ifølge krav 7, der energilagringsanordningen er et saltsmeltebatteri med elektrolytt.

9. Energilagringssystem ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, omfattende et elektrisk varmeelement inne i varmeisolatoren.

10. Energilagringssystem ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der energilagringssystemet er innrettet for å bli anvendt nedihulls.

11. Energilagringssystem ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der energilagringssystemet er innrettet for å bli anvendt i et kjøretøy, der varmetap fra et varmegenererende system i kjøretøyet er anordnet for å bli mottatt i varmeisolatoren for å tilføre varmeenergi til energilagringsanordningen.

12. Energilagringssystem ifølge krav 11, der det varmegenererende systemet inkluderer et bremsesystem.

13. Energilagringssystem ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der energilagringssystemet er innrettet for å bli anvendt i en kraftforsyning til en datamaskin, der varmetap fra tilknyttede elektroniske komponenter er anordnet for å bli mottatt i varmeisolatoren for å tilføre varmeenergi til energilagringsanordningen.

14. Energilagringssystem hovedsakelig som beskrevet over med støtte i de vedlagte tegningene.