NO315577B1

NO315577B1 - Well device for generating electrical power in a well

Info

Publication number: NO315577B1
Application number: NO19976039A
Authority: NO
Inventors: Paulo S Tubel; Michael Wayne Holcombe; John Lindley Baugh; Ii Albert Augustus Mullins; Robert Chapman Ross
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2003-09-22
Also published as: NO20024941D0; NO20024940D0; WO1997001018A3; CA2221463A1; GB2320512A; NO976039D0; CA2221463C; AU6335296A; NO20024939L; NO20024941L; NO976039L; GB2320512B; NO325360B1; NO323524B1; WO1997001018A2; GB9724421D0; NO20024939D0; NO20024940L

Description

Oppfinnelsens bakgrunn The background of the invention

Denne oppfinnelse angår en anordning for fremskaffing av elektrisk kraft til elektriske kretser beliggende i en brønn. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en brønnanordning for fremskaffing av elektrisk kraft i olje- og gass-produksjonsbrøn-ner, hvor den primære brønn-boringskanal holdes fri for obstruksjon. This invention relates to a device for providing electrical power to electrical circuits located in a well. More specifically, the invention relates to a well device for generating electric power in oil and gas production wells, where the primary well drilling channel is kept free of obstruction.

Styringen av olje- og gassproduksjonsbrønner utgjør en viktig og vedvarende oppgave for petroleumsindustrien. Produksjonsbrønnstyring er blitt særlig viktig og mer komplisert i betraktning av industriens brede erkjennelse av at brøn-ner som har flere grener (i det følgende benevnt flergrensbrønner) vil bli stadig viktigere og vanligere. Slik flergrensbrønner omfatter diskrete produksjonssoner som produserer fluid enten i felles eller diskret produksjonsrørstreng. I begge tilfeller er det behov for styring av soneproduksjon, isolering av spesielle soner og for øvrig overvåking av hver sone i en spesiell brønn. Følgelig er fremgangsmåter og anordninger for styring av brønner i ferd med å bli stadig mer kompliserte, og spe-sielt er det et stadig økende behov for brønnstyringssystemer som innbefatter da-tastyrte nedihull-moduler som anvender nedihull-datamaskiner (f.eks. mikroprosessorer) for styring av brønnverktøy så som pakninger, glidehylser og ventiler. Et eksempel på et avansert brønnstyringssystem er vist i US-patentsøknad nr. 08/385,992 innlevert 9. februar 1995, som er assignerttil nærværende assignatar og som inngår heri ved henvisning. Denne søknad viser nedihull-sensorer, elektromekaniske nedihull-innretninger og databasert nedihull-styreelektronikk, hvorved styreelektronikken automatisk styrer de elektromekaniske innretninger basert på inngangssignaler fra nedihull-sensorene. Ved bruk av nedihull-sensorene vil således det databaserte nedihull-styresystem overvåke virkelige nedihull-parametre (så som trykk, temperatur, strømning, gassinnstrømning etc.) og automatisk avgi styreinstruksjoner når de overvåkede nedihull-parametre er utenfor et valgt driftsområde (f.eks. angi en utrygg tilstand). De automatiske styreinstruksjoner vil da bringe en elektromekanisk styreinnretning (så som en ventil) til å aktivere et passende verktøy (f.eks. aktivere en glidehylse eller pakning, eller lukke en ventil eller starte/stoppe en pumpe eller en annen fluidstrømningsinnretning). The management of oil and gas production wells is an important and ongoing task for the petroleum industry. Production well management has become particularly important and more complicated in view of the industry's broad recognition that wells that have several branches (hereinafter referred to as multi-branch wells) will become increasingly important and common. Such multi-branch wells include discrete production zones that produce fluid either in a common or discrete production pipe string. In both cases, there is a need for control of zone production, isolation of special zones and otherwise monitoring of each zone in a special well. Accordingly, methods and devices for controlling wells are becoming increasingly complex, and in particular there is an ever-increasing need for well control systems that include computer-controlled downhole modules using downhole computers (e.g. microprocessors). for controlling well tools such as gaskets, sliding sleeves and valves. An example of an advanced well control system is shown in US Patent Application No. 08/385,992 filed February 9, 1995, which is assigned to the present assignee and which is incorporated herein by reference. This application shows downhole sensors, electromechanical downhole devices and data-based downhole control electronics, whereby the control electronics automatically controls the electromechanical devices based on input signals from the downhole sensors. When using the downhole sensors, the data-based downhole control system will thus monitor real downhole parameters (such as pressure, temperature, flow, gas inflow, etc.) and automatically issue control instructions when the monitored downhole parameters are outside a selected operating range (e.g. .indicate an unsafe condition). The automatic control instructions will then cause an electromechanical control device (such as a valve) to actuate an appropriate tool (eg, actuate a slide sleeve or gasket, or close a valve or start/stop a pump or other fluid flow device).

Det skal forstås at det ovenfor beskrevne brønnstyresystem samt andre brønnstyresystemer anvender nedihull-innretninger og -kretser som krever elektrisk kraft. Hittil kjente fremgangsmåter for tilførsel eller generering av elektrisitet nede i borehullet er alle beheftet med en mengde problemer og ulemper. It should be understood that the well control system described above as well as other well control systems use downhole devices and circuits that require electrical power. Hitherto known methods for supplying or generating electricity down the borehole are all fraught with a number of problems and disadvantages.

En måte å fremskaffe elektrisitet nede i en brønn, er å nedsenke et verktøy på en kabel og lede aktiveringselektrisitet gjennom en eller flere ledere i kabelen fra overflaten til verktøyet når det er anbrakt nede i hullet. Denne teknikk er ikke alltid ønskelig, ettersom den er forholdsvis komplisert ved at den krever at kabelen må føres gjennom brønnhode-lukkeutstyret ved brønnmunningen. Dette kan skape sikkerhetsproblemer. Videre kan det, i det minste i dype brønner, være betyde-lig energitap som skyldes resistansen eller impedansen i en lang kabelleder. One way of generating electricity downhole is to submerge a tool on a cable and conduct activation electricity through one or more conductors in the cable from the surface to the tool when it is located downhole. This technique is not always desirable, as it is relatively complicated in that it requires the cable to be passed through the wellhead closure equipment at the wellhead. This can create security problems. Furthermore, at least in deep wells, there can be considerable energy loss due to the resistance or impedance in a long cable conductor.

En annen måte å fremskaffe elektrisitet til elektriske kretser nede i borehullet på, er å anvende batterier som er anbrakt i de elektriske kretser i nedihull-enheten. F.eks. er litium-tionylkloridbatterier blitt brukt med nedihull-verktøy. En mangel ved batterier er imidlertid at de ikke kan gi moderat (og høyere) mengder av elektrisk energi (f.eks. 30 kilowatt-timer) ved de høye temperaturer som opptrer i petroleumsbrønner og geotermiske brønner. Batterier er også meget farlige. Another way to provide electricity for electrical circuits down the borehole is to use batteries which are placed in the electrical circuits in the downhole unit. E.g. lithium-thionyl chloride batteries have been used with downhole tools. A shortcoming of batteries, however, is that they cannot provide moderate (and higher) amounts of electrical energy (eg 30 kilowatt-hours) at the high temperatures that occur in petroleum wells and geothermal wells. Batteries are also very dangerous.

Et annet problem med batterier, er deres forholdsvis korte levetid, hvoretter batteriene må utskiftes og/eller opplades. Another problem with batteries is their relatively short lifespan, after which the batteries must be replaced and/or recharged.

På grunn av kraftmangelen ved bruk av enten kabel- eller batterikilder, er det blitt foreslått å anordne en nedihull-mekanisme som kontinuerlig genererer og leverer elektrisitet. F.eks. viser Buchanans US-patent nr. 4 805 407 en elektrisk nedihull-generator/krafttilførsel som omfatter et hus i hvilket en primær brenselkil-de, en stirlingsyklus-motor, og en lineær-vekselstrømsgenerator er anordnet. Primær-brenselkilden omfatteren radioisotop som, ved sin radioaktive nedbryting, avgir varme for drift av stiriing-motoren som i sin tur driver lineær-vekselstrøms-generatoren som avgir en passende elektrisk utgangseffekt for bruk av kretsen til nedihull-verktøyet. Van Berg jr.'s US-patent 5,202,194 viser en nedihull-krafttil-førsel som utgjøres av en brenselcelle. Due to the lack of power when using either cable or battery sources, it has been proposed to provide a downhole mechanism that continuously generates and supplies electricity. E.g. Buchanan's US Patent No. 4,805,407 discloses an electric downhole generator/power supply comprising a housing in which a primary fuel source, a Stirling cycle engine, and a linear alternating current generator are arranged. The primary fuel source comprises the radioisotope which, by its radioactive decay, gives off heat to operate the steering motor which in turn drives the linear alternating current generator which gives an appropriate electrical output for use by the circuit of the downhole tool. Van Berg Jr.'s US patent 5,202,194 shows a downhole power supply which is constituted by a fuel cell.

US-patent nr. 3,970,877 ('877) og 4,518,888 ('888) angår begge bruk av piezoelektriske teknikker for generering av små elektriske strømmer. '888-patentet genererer elektrisk energi nedihull (i borestrengen) ved bruk av en piezoelektrisk anordning som er lagret i vektrøret og omdanner vibrasjonsenergi fra borestrengen til elektrisk energi. Den piezoelektriske anordning er i form av en stabel piezoelektriske elementer som er anordnet i en elektrisk additiv konfigurasjon. US Patent Nos. 3,970,877 ('877) and 4,518,888 ('888) both relate to the use of piezoelectric techniques for the generation of small electrical currents. The '888 patent generates electrical energy downhole (in the drill string) using a piezoelectric device stored in the casing and converting vibrational energy from the drill string into electrical energy. The piezoelectric device is in the form of a stack of piezoelectric elements arranged in an electrically additive configuration.

'877-patentet beskriver en metode for kraftgenerering som benyttes i en boreope-rasjon der et piezoelektrisk materiale reagerer på turbulens i slammet som strøm-mer forbi det piezoelektriske materiale. Vibrasjonene fra den turbulente slamstrøm forbi det piezoelektriske materiale vil bli omdannet til en elektrisk utgangseffekt. I tillegg til piezoelektrisk materiale viser '877-patentet også bruk av en fast spole med en magnetisk kjerne som er fritt bevegelig i forhold til spolen og festet til inn-siden av en bøyelig skive som også vil bli aktivert av slamstrømmen for generering av elektrisk energi. The '877 patent describes a method of power generation that is used in a drilling operation where a piezoelectric material reacts to turbulence in the mud that flows past the piezoelectric material. The vibrations from the turbulent mud flow past the piezoelectric material will be converted into an electrical output. In addition to piezoelectric material, the '877 patent also shows the use of a fixed coil with a magnetic core that is freely movable relative to the coil and attached to the inside of a flexible disc that will also be activated by the mud flow to generate electrical energy .

US-patent 3 666 030 ('030) viser en spent fjær eller annen form for lagret energi som føres ned i borehullet og deretter omdannes til elektrisk energi ved å bevirke relativ bevegelse mellom en permanent magnet og spole og en eller annen konstruksjon som tvinges til å bevege seg på grunn av den komprimerte fjær. US Patent 3,666,030 ('030) shows a tensioned spring or other form of stored energy which is carried down the borehole and then converted into electrical energy by causing relative motion between a permanent magnet and coil and some structure which is forced into to move due to the compressed spring.

I '030-patentet, omfatter aktiveringskilden et hus som er innrettet til å forsere et borehull. En magnetspole anbringes i huset og lagringsinnretningen for lagring av energi (f.eks. fjær) anbringes også i huset. En utløsningsmekanisme i huset utlø-ser den lagrede energi på det riktige tidspunkt nedi i hullet, slik at den elektriske energi kan genereres. In the '030 patent, the actuation source comprises a housing adapted to force a borehole. A magnetic coil is placed in the housing and the storage device for storing energy (e.g. spring) is also placed in the housing. A release mechanism in the housing releases the stored energy at the right time down in the hole, so that the electrical energy can be generated.

Cottefs US-patent 3 342 267 ('267) viser nedihull-produksjonsrør innbefattende en elektrisk generator som aktiveres ved hjelp av en turbin for å skaffe elektrisitet til en varmespiral som også er anordnet i produksjonsrøret. Turbinen roterer ved hjelp av oppadstrømmende fluider i produksjonsrøret. I fig. 2 i '267-patentet, er det vist et primær-produksjonsrør 12, en varmespiral er vist ved 24 og nedstrøms fra varmespiralen er en rekke roterbare turbiner 26. Til siden for intro-duksjonsturbinen 12 er det anordnet et sidekammer 38 som opptar den elektriske generator 20. Under drift strømmer produksjonsfluid opp gjennom produksjons-røret 12 og driver derved turbinene 26 som i sin tur, via en rekke tannhjul, vil rotere generatoren 20 i sidekammeret 38 og derved generere elektrisitet for drift av varmespiralen 24. Cottef's US Patent 3,342,267 ('267) shows downhole production tubing including an electrical generator activated by a turbine to provide electricity to a heating coil also located in the production tubing. The turbine rotates with the help of upward flowing fluids in the production pipe. In fig. 2 of the '267 patent, a primary production tube 12 is shown, a heating coil is shown at 24 and downstream from the heating coil is a series of rotatable turbines 26. To the side of the induction turbine 12 is provided a side chamber 38 which receives the electrical generator 20. During operation, production fluid flows up through the production pipe 12 and thereby drives the turbines 26 which in turn, via a series of gears, will rotate the generator 20 in the side chamber 38 and thereby generate electricity for the operation of the heating coil 24.

De mange forsøk på å generere elektrisitet nede i en brønn som vist i de ovennevnte patenter, er alle beheftet med en eller flere ulemper og problemer, innbefattende f.eks. miljø- og sikkerhetshensyn (f.eks. patent 4 805 407), store omkostninger og kompleksitet (f.eks. patent 5 202 194), manglende evne til å generere høye eller vedvarende kraftnivå (f.eks. patenter 3 666 030; 3 970 877; The many attempts to generate electricity down a well as shown in the above mentioned patents are all beset with one or more disadvantages and problems, including e.g. environmental and safety concerns (e.g., patent 4,805,407), high cost and complexity (e.g., patent 5,202,194), inability to generate high or sustained power levels (e.g., patents 3,666,030; 3 970,877;

4 518 888) og forårsaker obstruksjoner i produksjonsrøret (f.eks. patent 4,518,888) and cause obstructions in the production pipe (e.g. patent

3 342 267). Sistnevnte problem, dvs. obstruksjoner i produksjonsrøret, utgjør en alvorlig mangel ved mange kjente opplegg. F.eks. i '267-patentet, er turbinbladene plassert i primær-produksjonsrøret og vil derved utelukke uhindret produksjon som er nødvendig, særlig for å muliggjøre innføring av kompleteringsutstyr og andre gjenstander i produksjonsrøret. Turbogeneratoren ifølge '267-patentet vil således ikke tillate nedihull-innføring av instrumenter, verktøy og andre kompletterings-anordninger på grunn av nærværet av turbiner. 3,342,267). The latter problem, i.e. obstructions in the production pipe, is a serious deficiency in many known schemes. E.g. in the '267 patent, the turbine blades are located in the primary production pipe and will thereby preclude unimpeded production which is necessary, particularly to enable the introduction of completion equipment and other items into the production pipe. Thus, the turbogenerator of the '267 patent will not allow downhole insertion of instruments, tools and other ancillary devices due to the presence of turbines.

Slike obstruksjonsproblemer er også en viktig grunn til at kjente turbogeneratorer som anvendes for generering av elektrisitet under boreoperasjoner (f.eks. for drift av MUB-utstyr) ville kunne skape problemer ved bruk i en produksjons-lønn. Eksempelet på patenter som beskriver nedihull-turbogeneratorer som anvendes under boring, omfatter patenter 3 036 645 og 4 647 853. Such obstruction problems are also an important reason why known turbogenerators used for generating electricity during drilling operations (e.g. for operating MUB equipment) could cause problems when used in a production pay. Examples of patents describing downhole turbogenerators used during drilling include patents 3,036,645 and 4,647,853.

Sammenfatning av oppfinnelsen: Summary of the Invention:

De ovenfor beskrevne og andre ulemper og mangler ved kjent teknikk, av-hjelpes eller minskes ved hjelp av en elektrisitetsgenererende nedihull-anording som angitt i de etterfølgende patentkrav. The above-described and other disadvantages and shortcomings of known technology are remedied or reduced by means of an electricity-generating downhole device as stated in the subsequent patent claims.

I samsvar med foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebrakt en elektrisitetsgenererende anordning som er forbundet med produksjonsrøret. Denne anordning omfatter et hus med en primær-strømningskanal i forbindelse med pro-duksjonsrøret. En første utføringsform av denne oppfinnelse, omfatter huset også en tverrforskjøvet sidekanal som står i forbindelse med den primære strøm-ningskanal, slik at produksjonsfluid strømmer oppad mot overflaten gjennom primær- og sidekanalene. En strømningsavleder kan være anordnet i huset for å avlede en variabel mengde av produksjonsfluid fra produksjonsrøret og inn i sidekanalen. Alternativt kan produksjonsfluid strømme inn i sidekanalen fra ringrommet som avgrenses av produksjonsrøret og borehullveggen eller foringsrøret. In accordance with the present invention, an electricity generating device is thus provided which is connected to the production pipe. This device comprises a housing with a primary flow channel in connection with the production pipe. In a first embodiment of this invention, the housing also comprises a transversely displaced side channel which is connected to the primary flow channel, so that production fluid flows upwards towards the surface through the primary and side channels. A flow diverter can be arranged in the housing to divert a variable amount of production fluid from the production pipe into the side channel. Alternatively, production fluid can flow into the side channel from the annulus which is bounded by the production pipe and the borehole wall or the casing.

I samsvar med et viktig trekk ved denne oppfinnelse, er en elektrisitetsgenererende anordning plassert i eller langs sidekanalen. Den elektrisitetsgenererende anordning genererer elektrisitet ved innvirkning av produksjonsfluidstrøm-men. I en første utføringsform av denne oppfinnelse, er en turbin eller liknende driftsmessig innkoplet i sidekanalen for bevegelse som reaksjon på fluid som strømmer gjennom sidekanalen. En generator er også anbrakt i sidekanalen og er driftsmessig forbundet med turbinen for generering av elektrisitet som reaksjon på bevegelse av turbinen. I en andre utføringsform av oppfinnelsen er det i sidekanalen anordnet et magnetfelt som er bevegelig som reaksjon på fluid som strømmer gjennom sidekanalen (så som en oscillerende magnetisk tunge omsluttet av en spole). En i sidekanalen anordnet elektrisitetsenergi-omformer omformer veksel-strømkraften som skapes av det bevegelige magnetiske felt til elektrisk likestrøms-energi. In accordance with an important feature of this invention, an electricity generating device is located in or along the side channel. The electricity generating device generates electricity by the influence of the production fluid flow. In a first embodiment of this invention, a turbine or the like is operationally connected in the side channel for movement in response to fluid flowing through the side channel. A generator is also placed in the side channel and is operationally connected to the turbine for generating electricity in response to movement of the turbine. In a second embodiment of the invention, a magnetic field is arranged in the side channel which is movable in response to fluid flowing through the side channel (such as an oscillating magnetic tongue enclosed by a coil). An electricity energy converter arranged in the side channel converts the alternating current power created by the moving magnetic field into direct current electrical energy.

Ifølge en tredje utføringsform av denne oppfinnelse, frembringes et bevegelig magnetfelt i sidekanalen ved å plassere magneter på en bevegelig blære som er innlagt mellom et par spoler. Fluid ledes gjennom blæren slik at magnetene beveger seg i forhold til spolene og derved genererer elektrisitet. Fortrinnsvis er en turbulensøker plassert oppstrøms for blæren, for å frembringe en turbulent og konstant bevegelse av fluidet i blæren. Ifølge en fjerde utføringsform, utgjøres den elektrisitetsgenererende anordning i sidekanalen av en piezoelektrisk krafttilførsel hvor en piezoelektrisk enhet genererer elektrisk kraft som reaksjon på fluidstrøm-ning. According to a third embodiment of this invention, a moving magnetic field is produced in the side channel by placing magnets on a moving bladder which is inserted between a pair of coils. Fluid is passed through the bladder so that the magnets move in relation to the coils and thereby generate electricity. Preferably, a turbulence increaser is placed upstream of the bladder, to produce a turbulent and constant movement of the fluid in the bladder. According to a fourth embodiment, the electricity generating device in the side channel is constituted by a piezoelectric power supply where a piezoelectric unit generates electric power in response to fluid flow.

I samsvar med en annen utføringsform av denne oppfinnelse, leveres trykkbølger nedover i borehullet gjennom en fluidsøyle for å aktivere en elektrisitetsgenererende anordning for derved å generere elektrisitet. I en slik utførings-form, forplantes trykkbølger gjennom produksjonsrøret og bringer en tverrmontert fjærbelastet magnet/spole-enhet til å bevege seg frem og tilbake og derved generere elektrisitet. I en annen slik utføringsform, forplantes trykkbølgene ned gjennom en separat styreledning for å aktivere den tverrmonterte eller ringrom-monterte magnet/spole-enhet, slik at den beveger seg frem og tilbake og genererer kraft. In accordance with another embodiment of this invention, pressure waves are delivered down the borehole through a fluid column to activate an electricity generating device to thereby generate electricity. In such an embodiment, pressure waves are propagated through the production pipe and cause a cross-mounted spring-loaded magnet/coil assembly to move back and forth, thereby generating electricity. In another such embodiment, the pressure waves are propagated down a separate control line to actuate the cross-mounted or annulus-mounted magnet/coil assembly so that it moves back and forth and generates power.

Ifølge enda en annen utføringsform av denne oppfinnelse, er forskjellige elektrisk energigenererende anordninger plassert i ringrommet nær produksjons-røret og genererer elektrisitet som reaksjon på fluid som strømmer enten fra pro-duksjonsrøret eller i selve ringrommet. I en slik utføringsform, omfatter den elektriske genereringsanordning en turbin som er roterbart montert om produksjonsrø-rets ytre omkrets. En eller flere magneter er festet til turbinen. En spole er også festet til produksjonsrørets ytre omkrets, vendt mot magneten og i avstand fra denne. Ved bruk vil produksjonsfluid som strømmer fra ringrommet eller fra pro-duksjonsrørets indre ut til ringrommet, strømme forbi turbinen og bringe turbinen og tilfestet magnet(er) til å rotere fritt om røret. Den roterende magneten vil sam-virke med spolen på kjent måte for å generere elektrisitet. According to yet another embodiment of this invention, various electrical energy generating devices are placed in the annulus near the production pipe and generate electricity in response to fluid flowing either from the production pipe or in the annulus itself. In such an embodiment, the electrical generating device comprises a turbine which is rotatably mounted around the outer circumference of the production pipe. One or more magnets are attached to the turbine. A coil is also attached to the outer circumference of the production pipe, facing the magnet and at a distance from it. In use, production fluid flowing from the annulus or from the interior of the production pipe to the annulus will flow past the turbine and cause the turbine and attached magnet(s) to rotate freely around the pipe. The rotating magnet will interact with the coil in a known manner to generate electricity.

I hver av de ovennevnte utføringsformer kan fortrinnsvis et oppladbart batteri også være anordnet i sidekanalen, idet den elektriske generator er driftsmessig forbundet med batteriet for elektrisk oppladning av batteriet. Følgelig kan en elektrisk krets, så som en nedihull-datamaskin, forsynes med elektrisitet enten direkte fra generatoren eller fra batteriet. Ettersom mange av de elektrisitetsgene-rator-teknikker ifølge denne oppfinnelse er avhengig av produksjonsfluidstrøm, er det særlig viktig å ha et batteri for de tidsrom hvor produksjonsfluidstrømmen er In each of the above-mentioned embodiments, a rechargeable battery can preferably also be arranged in the side channel, the electric generator being operationally connected to the battery for electrical charging of the battery. Accordingly, an electrical circuit, such as a downhole computer, can be supplied with electricity either directly from the generator or from the battery. As many of the electricity generator techniques of this invention are dependent on production fluid flow, it is particularly important to have a battery for the periods when the production fluid flow is

stoppet eller vesentlig minsket. stopped or significantly reduced.

Et særlig foretrukket, oppladbart batteri for bruk i nedihull-kraftgenereringsanordningen ifølge denne oppfinnelsen, er en litium-kraftcelle (LKC) som anvender polymer-elektrolytter. Antakelig foretrekkes også et oppladbart batteri som innbefatter integrertkrets-teknologi for maksimum batteri-levetid. A particularly preferred rechargeable battery for use in the downhole power generation device of this invention is a lithium power cell (LKC) using polymer electrolytes. Presumably, a rechargeable battery that includes integrated circuit technology for maximum battery life is also preferred.

De elektriske nedihull-genereringsmetoder og -anordninger ifølge foreliggende oppfinnelse innebærer mange trekk og fordeler overfor kjente teknikker. Et viktig trekk er at de komponenter som genererer elektrisiteten er utenfor primærkanalen som dannes av produksjonsrøret. Følgelig vil foreliggende oppfinnelse ikke på noen måte sperre produksjonsrøret (slik f.eks. turbogeneratoren ifølge patent 3 342 267 gjør. Dette betyr at kompletteringsutstyr, kveilrør og andre gjenstander fritt kan innføres i borehullet. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også miljømessig aksepterbare, forholdsvis billige prosesser og anordninger for elektri-sitetsgenerering nede i borehullet. The electrical downhole generation methods and devices according to the present invention involve many features and advantages over known techniques. An important feature is that the components that generate the electricity are outside the primary channel formed by the production pipe. Consequently, the present invention will not block the production pipe in any way (as, for example, the turbogenerator according to patent 3,342,267 does. This means that completion equipment, coiled tubing and other objects can be freely introduced into the borehole. The present invention also provides environmentally acceptable, relatively cheap processes and devices for electricity generation down in the borehole.

I ovenfor omtalte og andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli forstått og satt pris på av fagmenn på området ut fra følgende nærmere beskrivelse og tegninger. The above-mentioned and other features and advantages of the present invention will be understood and appreciated by experts in the field from the following detailed description and drawings.

Kort beskrivelse av tegningene: Brief description of the drawings:

Det henvises nå til tegningene, hvor like elementer har samme tallangivelse i de forskjellige figurer: Fig. 1 er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning i samsvar med denne oppfinnelse, under anvendelse av en turbin beliggende i en sidekanal; Fig. 1A er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning, lik fig. 1, men under anvendelse av en alternativ fluid-avleder; Fig. 2 er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning, lik fig. 1, men som reagerer på fluidstrøm fra ringrommet; Fig. 3 er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning i samsvar med denne oppfinnelse, som anvender en oscillerende tunge; Fig. 4A og 4B er lengdesnitt gjennom relaterte kraftgenererende brønnan-ordninger i samsvar med denne oppfinnelse, som anvender en bevegelig blære tilknyttet en magnet/spole-enhet for generering av elektrisk kraft ned i hullet; Fig. 5 er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning ifølge denne oppfinnelse, som anvender en piezoelektrisk genereringsanordning beliggende i en sidekanal; Fig. 6 er et diagram over de elektriske kretser som inngår i utføringsformer ifølge fig. 5, for omdanning av signaler fra den piezoelektriske anordning til elektrisitet og/eller lagret kraft; Fig. 7A er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning ifølge denne oppfinnelse, hvor en fjærstyrt magnet/spole-enhet genererer kraft som reaksjon på trykkbølger; Fig. 7B er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning ifølge denne oppfinnelse, hvor en fjærstyrt generatoranker-enhet genererer kraft som reaksjon på trykkbølger; Fig. 7C er et snitt gjennom en anordning for frembringelse av trykkpulser; Fig. 7D er et snitt gjennom en alternativ anordning for frembringelse av trykkpulser; Fig. 8 er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning ifølge denne oppfinnelse, lik den kraftgenererende anordning ifølge fig. 7, med trykkbøl-gene levert via en separat styreledning; Fig. 9 er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning i samsvar med denne oppfinnelse, hvor det anvendes en turbin som er plassert i ringrommet mellom produksjonsrøret og foringsrøret eller borehullveggen; Fig. 10-10C er lengdesnitt som viser en kraftgenererende anordning plassert i ringrommet mellom produksjonsrøret og brønn-foringsrøret, som består av en magnet/spole-enhet som er roterbart montert på produksjonsrøret; Fig. 11 er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning bestående av en piezoelektrisk eller magnetisk enhet plassert i ringrommet mellom produksjonsrøret og foringsrøret eller borehullveggen; og Fig. 12 er et lengdesnitt gjennom en kraftgenererende brønnanordning, lik utføringsformen ifølge fig. 4A-4B, men med den bevegelige blære plassert i produksjonsrørets primærkanal. Reference is now made to the drawings, where similar elements have the same numerical designation in the different figures: Fig. 1 is a longitudinal section through a power-generating well device in accordance with this invention, using a turbine located in a side channel; Fig. 1A is a longitudinal section through a power-generating well device, similar to fig. 1, but using an alternative fluid diverter; Fig. 2 is a longitudinal section through a power-generating well device, similar to fig. 1, but which reacts to fluid flow from the annulus; Fig. 3 is a longitudinal section through a power generating well device in accordance with this invention, which uses an oscillating tongue; Figs. 4A and 4B are longitudinal sections through related power generating well devices in accordance with this invention, which use a movable bladder associated with a magnet/coil unit for generating electrical power downhole; Fig. 5 is a longitudinal section through a power generating well device according to this invention, which uses a piezoelectric generating device located in a side channel; Fig. 6 is a diagram of the electrical circuits included in embodiments according to fig. 5, for converting signals from the piezoelectric device into electricity and/or stored power; Fig. 7A is a longitudinal section through a power-generating well device according to this invention, where a spring-controlled magnet/coil unit generates power in response to pressure waves; Fig. 7B is a longitudinal section through a power-generating well device according to this invention, where a spring-controlled generator armature unit generates power in response to pressure waves; Fig. 7C is a section through a device for generating pressure pulses; Fig. 7D is a section through an alternative device for producing pressure pulses; Fig. 8 is a longitudinal section through a power-generating well device according to this invention, similar to the power-generating device according to fig. 7, with the pressure waves delivered via a separate control line; Fig. 9 is a longitudinal section through a power-generating well device in accordance with this invention, where a turbine is used which is placed in the annulus between the production pipe and the casing pipe or the borehole wall; Figs. 10-10C are longitudinal sections showing a power generating device located in the annulus between the production pipe and the well casing, which consists of a magnet/coil assembly rotatably mounted on the production pipe; Fig. 11 is a longitudinal section through a power-generating well device consisting of a piezoelectric or magnetic unit placed in the annulus between the production pipe and the casing or the borehole wall; and Fig. 12 is a longitudinal section through a power-generating well device, similar to the embodiment according to fig. 4A-4B, but with the movable bladder located in the primary channel of the production pipe.

Bekskrivelse av den foretrukne utførin<g>sform: Description of the preferred embodiment:

Idet det først henvises til fig. 1 er det der vist en elektrisitetsgenererende nedihuli- eller brønnanordning i samsvar med den første utføringsform av denne oppfinnelse. Nærmere bestemt viser fig. 1 en produksjonsbrønn 10 for utvinning av olje, gass eller liknende. Brønner 10 er avgrenset av velkjent brønn-foringsrør 12 som er sementert eller på annen måte permanent plassert i jorden 14 under anvendelse av passende sement eller liknende 16. Brønnen 10 er blitt komplettert på kjent måte ved bruk av produksjonsrør, idet en øvre seksjon av produksjons-røret er vist ved 16A og en nedre seksjon av produksjonsrør er vist ved 16B. Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse, som generelt er vist ved 42, er festet på et passende sted mellom produksjonsrør 16A og 16B. Kraftgenereringsanordningen 42 omfatter et hus 20 med en primær strømningskanal 22 som kommuniserer med og generelt er innrettet i flukt med produksjonsrør 16A og 16B. As reference is first made to fig. 1 there is shown an electricity-generating underground or well device in accordance with the first embodiment of this invention. More specifically, fig. 1 a production well 10 for extraction of oil, gas or the like. Wells 10 are bounded by well-known well casing 12 which is cemented or otherwise permanently placed in the soil 14 using suitable cement or the like 16. The well 10 has been completed in a known manner using production tubing, an upper section of production -pipe is shown at 16A and a lower section of production pipe is shown at 16B. The device of the present invention, which is shown generally at 42, is attached at a suitable location between production pipes 16A and 16B. The power generation device 42 comprises a housing 20 with a primary flow channel 22 which communicates with and is generally aligned with production pipes 16A and 16B.

Huset 20 omfatter også en sidekanal 24 som er sideveis forskjøvet fra primær-strømningskanalen 22. Sidekanalen 24 er avgrenset av en sideveis forløpende seksjon 26 av huset 20 og en innvendig delevegg 28. Produksjonsfluider så som petroleum utvinnes fra under den elektrisitets-genereringsanordning 42 og strøm-mer oppover gjennom produksjonsrøret 16B inn i huset 20, hvoretter produksjonsfluidet strømmer både gjennom primærkanalen 22 og sidekanalen 24. Når produksjonsfluidet når det øvre parti av sidekanalen 24, strømmer det igjen inn i primærkanalen 22 og strømmer deretter oppover inn i den øvre seksjon av produksjons-røret 16A. The housing 20 also includes a side channel 24 which is laterally offset from the primary flow channel 22. The side channel 24 is bounded by a laterally extending section 26 of the housing 20 and an internal dividing wall 28. Production fluids such as petroleum are extracted from below the electricity generating device 42 and current -more upwards through the production pipe 16B into the housing 20, after which the production fluid flows through both the primary channel 22 and the side channel 24. When the production fluid reaches the upper part of the side channel 24, it flows again into the primary channel 22 and then flows upwards into the upper section of the production - the tube 16A.

Mengden av fluid som strømmer inn sidekanalen 24 kan reguleres ved bruk av en strømningsavleder 30 som er dreibart festet til veggen 28. Strømnings-avlederen 30 kan avstenge all fluidstrøm inn i sidekanalen 24 eller i motsetning til dette, åpne for fluidstrømning inn i sidekanalen 24 slik at det avledes en varieren-de mengde fluid gjennom denne. Avlederen 30 kan styres fra overflaten ved bruk av kveilerør eller andre verktøy. The amount of fluid flowing into the side channel 24 can be regulated using a flow diverter 30 which is rotatably attached to the wall 28. The flow diverter 30 can shut off all fluid flow into the side channel 24 or, in contrast, open to fluid flow into the side channel 24 as that a varying amount of fluid is diverted through this. The diverter 30 can be controlled from the surface using coil tubes or other tools.

I den første utføringsform ifølge fig. 1 anvender den elektriske genereringsinnretning en eller flere turbiner (i dette tilfelle to turbiner 32 og 34). Turbinene 32, 34 er montert på en aksel 36. Akselen 36 er fritt roterbart opplagret i et lager 40 som er sentralt montert i en nedre holder 38. Akselens 36 øvre seksjon er koplet til en konvensjonell elektrisk generator 42, slik at rotasjon av akselen 36 vil produsere elektrisitet på kjent måte. I en foretrukket utføringsform er generatoren 42 plassert i et fluidtett kammer 44 for derved å utelukke de ugunstige virkninger av høytrykks- og høytemperatur-produksjonsfluidene som strømmer gjennom sidekanalen 24. Akselen 36 ender i kammeret 44 ved en støtte 46 som opptar et øvre lager 48. Et oppladbart batteri 50 og en datamaskin eller annen anordning 52 som omfatter minst en krets som krever elektrisk kraft, er også anordnet i kammeret 44. Den elektriske generator 42 kommuniserer direkte gjennom en første ledning 54 til batteriet 50 og gjennom en andre ledning 56 til datamaskinen 52. Det oppladbare batteri 50 kommuniserer i sin tur med datamaskinen 52 gjennom en ledning 58. Som omtalt nedenfor, kan det oppladbare batteri 50 omfatte et kon-vensjonelt oppladbart batteri som er innrettet for høytemperatur-operasjoner. Som nevnt kan elementet 52 omfatte hvilken som helst anordning eller gruppe av anordninger som innbefatter minst en elektrisk krets som drives ved hjelp av foreliggende oppfinnelse. F.eks. kan elementet 52 omfatte en datamaskin så som vist ved 50 i fig. 6 i ovennevnte US-søknad S N. 08/385,992. In the first embodiment according to fig. 1, the electrical generating device uses one or more turbines (in this case two turbines 32 and 34). The turbines 32, 34 are mounted on a shaft 36. The shaft 36 is freely rotatably stored in a bearing 40 which is centrally mounted in a lower holder 38. The upper section of the shaft 36 is connected to a conventional electric generator 42, so that rotation of the shaft 36 will produce electricity in a known manner. In a preferred embodiment, the generator 42 is placed in a fluid-tight chamber 44 to thereby exclude the adverse effects of the high-pressure and high-temperature production fluids flowing through the side channel 24. The shaft 36 ends in the chamber 44 at a support 46 which occupies an upper bearing 48. A rechargeable battery 50 and a computer or other device 52 comprising at least one circuit that requires electrical power are also arranged in the chamber 44. The electrical generator 42 communicates directly through a first wire 54 to the battery 50 and through a second wire 56 to the computer 52. The rechargeable battery 50 in turn communicates with the computer 52 through a wire 58. As discussed below, the rechargeable battery 50 may comprise a conventional rechargeable battery designed for high temperature operations. As mentioned, the element 52 can comprise any device or group of devices that includes at least one electrical circuit that is operated by means of the present invention. E.g. element 52 can comprise a computer as shown at 50 in fig. 6 of the above-mentioned US application S N. 08/385,992.

I dette sistnevnte eksempel kunne kraftkilden 66 som vist i fig. 6 i USSN-søkna-den 08/385,992 utgjøres av enten oppladbart batteri 50 eller elektrisk generator 42. In this latter example, the power source 66 as shown in fig. 6 in USSN application 08/385,992 consists of either rechargeable battery 50 or electric generator 42.

Det skal forstås at en eller flere av elektrisk generator 42, batteri 50, datamaskin 52 og hvilken helst annen komponent som er tilknyttet turbinene, kan være plassert på et annet sted (f.eks. i ringrommet) så lenge disse komponenter ikke blokkerer hovedkanalen 22. It should be understood that one or more of the electrical generator 42, battery 50, computer 52 and any other component associated with the turbines may be located elsewhere (eg in the annulus) as long as these components do not block the main channel 22 .

Det skal videre forstås at skillet mellom primær-strømningskanalen 22 og elektrisistetsgenereringsanordningen i sidekanalen 24, kan oppnås ved å bruke et fohengelsesrør som atskillelse, i motsetning til det mer kompliserte hus 20. It should further be understood that the separation between the primary flow channel 22 and the electricity generating device in the side channel 24 can be achieved by using a suspension pipe as separation, in contrast to the more complicated housing 20.

Under drift vil produksjonsfluid som strømmer opp gjennom produksjons-røret 16B ved hjelp av avlederen 30 avledes inn i sidekanalen 24 hvoretter fluidet på kjent måte vil rotere turbinene 32 og 34. De roterende turbiner 32, 34 vil bringe akselen 36 til å rotere, som i sin tur vil gi den nødvendige rotasjon for generering av elektrisitet i generatoren 42. Elektrisitet som genereres av generatoren 42 (som om nødvendig kan omformes fra vekselstrøm til likestrøm ved bruk av en kjent vekselstrøm/likestrøm-strømretter) kan brukes enten til direkte å drive en krets i elementet 52 og/eller til å lade batteriet 50. Dersom gjenstanden 52 er en datamaskin, kan denne være programmert til å motta elektrisk kraft enten direkte fra generatoren 42 eller fra batteriet 50.1 enkelte tilfeller kan det være fordelaktig at datamaskinen 52 bare mottar kraft fra batteriet 50. Når fluidstrømmen i produk-sjonsrøret 16B opphører, kan det oppladbare batteriet 50, på kontinuerlig eller intermetent basis, levere kraft til datamaskinen 52. Mengden av fluid som strøm-mer inn i sidekanalen 24 kan reguleres ved hjelp av avlederen 30, avhengig av behovet for elektrisitet og andre relevante faktorer. Det skal forstås at datamaskinen 52 vil kommunisere med andre nedihull- eller brønnanordninger som nærmere beskrevet i søknad US 08/385,992. During operation, production fluid flowing up through the production pipe 16B by means of the diverter 30 will be diverted into the side channel 24, after which the fluid will rotate the turbines 32 and 34 in a known manner. The rotating turbines 32, 34 will cause the shaft 36 to rotate, as in in turn will provide the necessary rotation for the generation of electricity in the generator 42. Electricity generated by the generator 42 (which can be converted from alternating current to direct current if necessary using a known AC/DC rectifier) can be used either to directly drive a circuit in the element 52 and/or to charge the battery 50. If the object 52 is a computer, this can be programmed to receive electrical power either directly from the generator 42 or from the battery 50. In some cases it may be advantageous that the computer 52 only receives power from the battery 50. When the fluid flow in the production pipe 16B ceases, the rechargeable battery 50 can, on a continuous or intermittent basis, deliver NOK aft to the computer 52. The amount of fluid that flows into the side channel 24 can be regulated by means of the diverter 30, depending on the need for electricity and other relevant factors. It should be understood that the computer 52 will communicate with other downhole or well devices as described in more detail in application US 08/385,992.

I fig. 1 A, er det vist en alternativ strømningsavlederinnretning, der en bøye-lig, avsmalnende innsnevring 31 (som kan være laget av en høytemperatur-elastomer eller annet passende materiale) er festet til primærkanalens 22 innside nær åpningen 29 til sidekanalen 24. Denne bøyelige innsnevring 31 sikrer fluid-strømning gjennom tverrkanalen 24 som vist med piler. Dersom det skulle bli nød-vendig å føre et verktøy, kveilerør eller annen gjenstand gjennom primærkanalen 22, ville dessuten innsnevringen 31 lett gi etter (bøyes utad mot rørets 22 innervegger) for gjenstanden. Etter at gjenstanden har passert, vil innsnevringen 31 gjeninnta sin opprinnelige form. In fig. 1 A, an alternative flow diverter device is shown, in which a flexible, tapered constriction 31 (which may be made of a high temperature elastomer or other suitable material) is attached to the inside of the primary channel 22 near the opening 29 of the side channel 24. This flexible constriction 31 ensures fluid flow through the transverse channel 24 as shown by arrows. If it were necessary to pass a tool, coiled tube or other object through the primary channel 22, the narrowing 31 would also easily yield (bend outwards towards the inner walls of the tube 22) for the object. After the object has passed, the constriction 31 will resume its original shape.

I Fig. 2 er det vist en elektrisk kraftgenererende anordning som benytter en turbin lik fig. 1. Hovedforskjellen mellom utføringsformen ifølge fig. 1 og fig. 2, er at i fig. 2 drives turbinen ved hjelp av produksjonsfluid som strømmer fra ringrommet, istedenfor fluid som strømmer inn fra selve produksjonsrøret. Nærmere bestemt er det vist en sidekanal 24 som innbefatter turbin 32, 34 montert på en aksel 36 som i sin tur er montert til en generator 42. Generatoren kommuniserer med en energi-lagringsanordning 50 (batteri) og tilknyttet elektronikk 52 som i fig. 1. Perforeringer 68 er utformet gjennom foringsrøret 12, sement 16 og formasjon 14, slik at produksjonsfluid (antydet med piler) kan strømme fra formasjonen og inn i ringrommet 10. Disse formasjonsfluider strømmer oppover gjennom minst en åpning 70 og inn i sidekanalen 24 hvoretter fluidet samvirker med turbiner 32, 34 og bringer disse tii å rotere og generere elektrisitet på samme måte som nærmere omtalt i forbindelse med fig. 1. Etter å ha strømmet gjennom turbinene 32, 34, fortsetter fluidet å strømme oppover og inn i primær-strømningskanalen i produksjonsrøret 20. Det skal forstås at den alternative utføringsform ifølge fig. 2 kan benyttes på slike steder nede i borehullet hvor formasjonsfluider produseres ved eller nær det kraftgenererende sted som vist i fig. 2. Selvsagt kan utføringsformen ifølge fig. 2 også ha en åpning av den type som er vist ved 29 i fig. 1 (med eller uten en strømningsavleder 30), slik at turbinene 32, 34 kan drives av produksjonsfluid som både strømmer oppover gjennom røret 16 og utover fra formasjonen inn i ringrommet 10. Fig. 2 shows an electric power generating device which uses a turbine similar to fig. 1. The main difference between the embodiment according to fig. 1 and fig. 2, is that in fig. 2, the turbine is driven using production fluid that flows from the annulus, instead of fluid that flows in from the production pipe itself. More specifically, a side channel 24 is shown which includes a turbine 32, 34 mounted on a shaft 36 which in turn is mounted to a generator 42. The generator communicates with an energy storage device 50 (battery) and associated electronics 52 as in fig. 1. Perforations 68 are formed through the casing 12, cement 16 and formation 14, so that production fluid (indicated by arrows) can flow from the formation and into the annulus 10. These formation fluids flow upwards through at least one opening 70 and into the side channel 24 after which the fluid cooperates with turbines 32, 34 and causes these to rotate and generate electricity in the same way as discussed in more detail in connection with fig. 1. After flowing through the turbines 32, 34, the fluid continues to flow upwards and into the primary flow channel in the production pipe 20. It should be understood that the alternative embodiment according to fig. 2 can be used at such locations down the borehole where formation fluids are produced at or near the power generating location as shown in fig. 2. Of course, the embodiment according to fig. 2 also have an opening of the type shown at 29 in fig. 1 (with or without a flow diverter 30), so that the turbines 32, 34 can be driven by production fluid that both flows upwards through the pipe 16 and outwards from the formation into the annulus 10.

I fig. 3 er det vist en andre utføringsform av den kraftgenererende anordning ifølge foreliggende oppfinnelse. Denne andre utføringsform er hovedsakelig lik den første utføringsform ifølge fig. 1 og 2, med den hovedsakelige forskjell at istedenfor å bruke den turbinbaserte generator ifølge fig. 1, anvender den andre utføringsform en alternativ kraftgenererende kilde der bevegelsen til et magnetisk felt brukes til å skape en magnetisk fluks for elektrisk kraftgenerering. Dette bevegelige magnetfelt oppnås ved å bruke en tunge (engelsk: reed) eller liknende 72, som er montert på en aksel 74 i sidehuset 26 ved bruk av en understøttelse 76. Tungen 72 omfatter en permanent magnet som er roterbar (på samme måte som en propell) i forhold til akselen 74. Sidekanalens 24 nedre parti 26 omfatter en spole 78, idet tungen 72 er anordnet i spolen 78. Tungens 72 nord- og sydpoler er beliggende på tvers av den sylinderformede spole 78, slik at når tungen roterer eller oscillerer, vil et magnetisk fluks på kjent måte induseres i spolen 78. En strømretter 80 som omdanner elektrisk utgangs-vekselstrøm til elektrisk likest-rømsenergi, kommuniserer elektrisk med spolen 78. Som i utføringsformen ifølge fig. 1, er strømretteren 80 direkte forbundet med et oppladbart batteri 50 og en datamaskin eller annen anordning som omfatter en elektrisk krets 52. In fig. 3 shows a second embodiment of the power generating device according to the present invention. This second embodiment is essentially similar to the first embodiment according to fig. 1 and 2, with the main difference that instead of using the turbine-based generator according to fig. 1, the second embodiment uses an alternative power generating source where the motion of a magnetic field is used to create a magnetic flux for electrical power generation. This moving magnetic field is achieved by using a tongue (English: reed) or similar 72, which is mounted on a shaft 74 in the side housing 26 using a support 76. The tongue 72 comprises a permanent magnet which is rotatable (in the same way as a propeller) in relation to the shaft 74. The lower part 26 of the side channel 24 comprises a coil 78, the tongue 72 being arranged in the coil 78. The north and south poles of the tongue 72 are located across the cylindrical coil 78, so that when the tongue rotates or oscillates , a magnetic flux will be induced in the coil 78 in a known manner. A rectifier 80 which converts electrical output alternating current into electrical direct current energy, communicates electrically with the coil 78. As in the embodiment according to fig. 1, the power rectifier 80 is directly connected to a rechargeable battery 50 and a computer or other device comprising an electrical circuit 52.

Som ovenfor omtalt, vil endringen i magnetfeltet som induseres i viklingene 78 generere den elektriske kraft som vil bli likerettet og lagret i den oppladbare battericelle 50. En av de grunnleggende likninger som denne kraftgenereringstek-nikk er basert på (såvel som andre her beskrevne teknikker som er basert på et bevegelig magnetfelt) er: As discussed above, the change in the magnetic field induced in the windings 78 will generate the electrical power that will be rectified and stored in the rechargeable battery cell 50. One of the fundamental equations on which this power generation technique is based (as well as other techniques described herein such as is based on a moving magnetic field) is:

hvor W er systemenergien, where W is the system energy,

L er magnetisk fluks, L is magnetic flux,

X er ankerforskyvningen, X is the anchor displacement,

I er den elektriske strøm, og I is the electric current, and

F er den mekaniske kraft. F is the mechanical force.

Det skal forstås at energien er konstant og den magnetiske fluks er forbin-delsen mellom den elektriske kraft og den mekaniske kraft. It should be understood that the energy is constant and the magnetic flux is the connection between the electrical force and the mechanical force.

Under drift strømmer produksjonsfluid oppover fra produksjonsrøret 16B inn i huset 20, hvoretter fluidet strømmer både gjennom primærkanalen 22 og avledes av eventuell avleder 30 inn i sidekanalen 24. Fluidet som strømmer inn i sidekanalen 24 virker til å oscillere eller rotere tungen 72, som vist med pilene i fig. 3. Tungens 72 bevegelse i spolen 78 skaper et magnetisk fluks (f.eks. et bevegelig magnetisk felt) som på kjent måte omdannes til elektrisitet. Som i utføringsformen ifølge fig. 1, kan strømretteren 80 så direkte avgi elektrisitet enten til det oppladbare batteri 50 eller til elementet 52. During operation, production fluid flows upwards from the production pipe 16B into the housing 20, after which the fluid flows both through the primary channel 22 and is diverted by any diverter 30 into the side channel 24. The fluid flowing into the side channel 24 acts to oscillate or rotate the tongue 72, as shown by the arrows in fig. 3. The movement of the tongue 72 in the coil 78 creates a magnetic flux (eg a moving magnetic field) which is converted into electricity in a known manner. As in the embodiment according to fig. 1, the rectifier 80 can then directly deliver electricity either to the rechargeable battery 50 or to the element 52.

I fig. 4A og 4B er det i samsvar med en tredje utføringsform av foreliggende oppfinnelse, hvor et bevegelig magnetisk felt skapes i sidekanalen 24 ved bruk av en ekspanderbar blære 82 til hvis ytre omkrets det er festet en eller flere magneter 84. På hver side av magnetene 84 er det anordnet et par spoler 86, 88. Spolene 86, 88 er festet til sidekanalens 24 innervegger. Fortrinnsvis er en turbulensøker 90 som kan bestå av et antall profilerte skovler medpassende innbyrdes avstand, plassert oppstrøms for blæren 82 ved innløpet til sidekanalen 24. Spolene 86, 88 står i elektrisk forbindelse med en elektronikkmodul 92 og med oppladbart batteri 94. In fig. 4A and 4B, it is in accordance with a third embodiment of the present invention, where a moving magnetic field is created in the side channel 24 using an expandable bladder 82 to the outer circumference of which one or more magnets 84 are attached. On each side of the magnets 84 a pair of coils 86, 88 are arranged. The coils 86, 88 are attached to the inner walls of the side channel 24. Preferably, a turbulence finder 90, which can consist of a number of profiled vanes with a suitable mutual distance, is placed upstream of the bladder 82 at the inlet to the side channel 24. The coils 86, 88 are in electrical connection with an electronics module 92 and with a rechargeable battery 94.

Under drift strømmer fluid oppover gjennom produksjonsrøret 16 og en del av fluidet avledes (om ønskelig under anvendelse av en avleder 30 som vist i fig. 1) inn i sidekanalen 24 der det ledes gjennom turbulensøkeren 90 og inn i den fleksible blære 82. Turbulensøkeren 90 vil bringe fluidet til å gjennomgå en turbulens bevegelse og derved bringe denne fleksible blære 82 til å pulsere og bevege magneten 84 i ringrommet som avgrenses mellom spolene 86 og 88. Følgelig vil det utvikles en magnetisk fluks på spolen 86 og 88 som derved produserer elektrisk energi som vil strømme til elektronikken 92 og det oppladbare batteri 94 på sammen måte som ovenfor beskrevet i forbindelse med utføringsformen ifølge fig. 3. During operation, fluid flows upwards through the production pipe 16 and part of the fluid is diverted (if desired using a diverter 30 as shown in Fig. 1) into the side channel 24 where it is directed through the turbulence finder 90 and into the flexible bladder 82. Turbulence finder 90 will cause the fluid to undergo a turbulent movement and thereby cause this flexible bladder 82 to pulsate and move the magnet 84 in the annular space defined between the coils 86 and 88. Consequently, a magnetic flux will develop on the coil 86 and 88 which thereby produces electrical energy which will flow to the electronics 92 and the rechargeable battery 94 in the same way as described above in connection with the embodiment according to fig. 3.

Som nevnt vil produksjonsstrømmen i røret 16 ved den i fig. 4A viste utfø-ringsform av denne oppfinnelse bringe blæren 82 til å bevege seg og pulsere og derved produsere elektrisitet. Alternativt blir produksjonsfluid fra perforeringer 68 av den i fig. 2 beskrevne type, ved utføringsformen ifølge fig. 4B ledet inn i ringrommet og strømmer i sidekanalen 24 gjennom en åpning 70 og inn i blæren 82. Det skal forstås at utføringsformen ifølge fig. 4B også kan omfatte et innløp til sidekanalen 24 fra primær-strømningskanalen 22 som i utføringsformen ifølge 4A. As mentioned, the production flow in the pipe 16 at the one in fig. 4A shown embodiment of this invention cause the bladder 82 to move and pulsate thereby producing electricity. Alternatively, production fluid from perforations 68 of that in fig. 2 described type, in the embodiment according to fig. 4B led into the annulus and flows in the side channel 24 through an opening 70 and into the bladder 82. It should be understood that the embodiment according to fig. 4B can also comprise an inlet to the side channel 24 from the primary flow channel 22 as in the embodiment according to 4A.

I fig. 5 er det vist enda en annen utføringsform av denne oppfinnelse, hvor en elektrisk genereringsinnretning er plassert i det minste delvis i en sidekanal. Ved utføringsformen ifølge fig. 5 omfatter den elektriske genereringsinnretning en stabel av piezoelektriske elementer 90 som er forbundet med en strømkraft-likeretter 92, spenningsregulator 94, ladning/kraft-innkoplingsbryter 96 og oppladbart batteri 98, skjematisk vist i fig. 6. De piezoelektriske elementer 90 er sammensatt av en lavnivå-kraft for elektrisk oppladning av piezoelektrisk krystall eller film. En vibrasjonsforsterker vil omdanne strømningsturbulensen fra rørets 16 indre til en bevegelse (f.eks. vibrasjon eller spenning) på rørets utside. Den piezoelektriske lammelstabel er montert med en bevegelsesgenerator for omdanning av bevegelsene til elektriske ladninger. Strømkraftlikeretterkretsen 92 vil behandle de elektriske ladninger til en elektrisk likestrøm. Utgangsspenningen fra likeretteren 92 vil bli regulert via regulatoren 94 til å avgi et signal som er forenlig med batteri-cellene 98. Ladning/kraft-innkoplingskretsen 96 vil bestemme hvorvidt battericelle 98 bør lades eller om batteripakken bør avgi kraft til elektronikkretsen (f.eks. elementet 52 i fig. 1). En dobbelt batteripakke (angitt som «1» og «2» i elementet 98) foretrekkes, slik at én pakke vil levere kraft til elektronikken mens den andre pakke opplades. Som vist i fig. 5 kan den piezoelektriske stabel 90 aktiveres ved bevegelse av fluid som strømmer både i produksjonsrøret 16 og fra ringrommet 10 gjennom ovennevnte perforering 68 og ut av formasjonen. Den piezoelektriske stabel 90 er sammensatt av hvilket som helst av flere kjente materialer innbefattende piezoelektriske krystallinske materialer eller polymere filmer så som polyvi-nylkloridfilm. Slike kjente materialer generer en elektrisk kraft når stabelen utsettes for en mekanisk kraft så som vibrasjon eller spenning. I dette tilfelle vil vibrasjonen eller spenningen virke på stabelen gjennom produksjonsfluidet som støter mot stabelen via rørveggen 28. In fig. 5 shows yet another embodiment of this invention, where an electrical generating device is located at least partially in a side channel. In the embodiment according to fig. 5, the electric generating device comprises a stack of piezoelectric elements 90 which are connected to a power rectifier 92, voltage regulator 94, charge/power switch 96 and rechargeable battery 98, schematically shown in fig. 6. The piezoelectric elements 90 are composed of a low-level force for electrical charging of the piezoelectric crystal or film. A vibration amplifier will convert the flow turbulence from the inside of the pipe 16 into a movement (eg vibration or tension) on the outside of the pipe. The piezoelectric lamb stack is fitted with a motion generator for converting the movements into electrical charges. The current power rectifier circuit 92 will process the electric charges into a direct current electric current. The output voltage from the rectifier 92 will be regulated via the regulator 94 to provide a signal compatible with the battery cells 98. The charge/power switching circuit 96 will determine whether battery cell 98 should be charged or whether the battery pack should provide power to the electronics circuit (e.g. element 52 in Fig. 1). A dual battery pack (indicated as "1" and "2" in item 98) is preferred, so that one pack will supply power to the electronics while the other pack is charging. As shown in fig. 5, the piezoelectric stack 90 can be activated by movement of fluid that flows both in the production pipe 16 and from the annulus 10 through the above-mentioned perforation 68 and out of the formation. The piezoelectric stack 90 is composed of any of several known materials including piezoelectric crystalline materials or polymeric films such as polyvinyl chloride film. Such known materials generate an electrical force when the stack is subjected to a mechanical force such as vibration or tension. In this case, the vibration or tension will act on the stack through the production fluid which impinges on the stack via the pipe wall 28.

Mens de ovenfor beskrevne utføringsformer av foreliggende oppfinnelse vist i fig. 1-6 genererer elektrisitet ved at en elektrisk genereringsinnretning er plassert i en sidekanal og så genererer elektrisitet ved innvirkning av fluid som produseres enten fra formasjonen inn i ringrommet eller fra selve produksjons-rørets indre, i fig. 7A, 7B og 8, vil en alternativ fremgangsmåte for generering av elektrisitet bli beskrevet, der trykkbølger sendes nedover gjennom et passende fluid for derved å aktivere en passende kraftgenereringsinnretning. Ved utførings-formen ifølge fig. 7A er denne kraftgenereringsinnretning også plassert i et sidekammer 24 som er anbrakt utenfor primær-strømningskanalen. Nærmere bestemt omfatter kraftgenereringsinnretningen en permanent magnet 100 som strekker seg utad fra et stempel 102. Stempelet 102 står i tettende inngrep med en passende dimensjonert sylinder 104 (via tetning 106). En fjær 107 er innlagt mellom stempelet 106 og sylinderens 104 innvendige bunn 108. Fjæren 107 omslutter magneten 100. Det vil forstås at når en kraft tvinger stempelets 102 øvre flate 110 nedover, vil fjæren 107 bli sammentrykket slik at når kraften på flaten 110 fjernes, vil fjæren 107 tvinge stempelet 102 oppover til dets normale posisjon. En spole 112 omslutter kammeret 104 og er innrettet rett ovenfor magneten 100 i dens normale posisjon. Spolen 112 står i sin tur i elektrisk forbindelse med en elektronikk- og batteripakke 114 av den type som er beskrevet ovenfor i forbindelse med utføringsformene vist i fig. 1-5. While the above-described embodiments of the present invention shown in fig. 1-6 generates electricity by the fact that an electrical generating device is placed in a side channel and then generates electricity by the impact of fluid that is produced either from the formation into the annulus or from the interior of the production pipe itself, in fig. 7A, 7B and 8, an alternative method of generating electricity will be described, in which pressure waves are sent downward through a suitable fluid to thereby activate a suitable power generating device. In the embodiment according to fig. 7A, this power generation device is also located in a side chamber 24 which is located outside the primary flow channel. More specifically, the power generation device comprises a permanent magnet 100 which extends outwards from a piston 102. The piston 102 is in sealing engagement with a suitably sized cylinder 104 (via seal 106). A spring 107 is inserted between the piston 106 and the inner bottom 108 of the cylinder 104. The spring 107 encloses the magnet 100. It will be understood that when a force forces the upper surface 110 of the piston 102 downwards, the spring 107 will be compressed so that when the force on the surface 110 is removed, the spring 107 will force the piston 102 upwards to its normal position. A coil 112 encloses the chamber 104 and is arranged directly above the magnet 100 in its normal position. The coil 112 is in turn in electrical connection with an electronics and battery pack 114 of the type described above in connection with the embodiments shown in fig. 1-5.

Idet det antas at det er produksjonsfluid eller annet fluid i primærkanalen 16 vil trykkbølger som antydet ved linjene 115, under drift rettes nedover fra overflaten eller fra en annen posisjon nedstrøms for sidekanalen 24 og støte mot stempelets 102 flate 110. Trykkbølgene avgis over en valgt, intermittent og tidsmessig rekkefølge slik at stempelet 102 vil bli sekvensmessig tvunget nedover når det treffes av en trykkbølge. I løpet av tidsrommet inntil trykkbølgen har passert og før den neste trykkbølge støter mot stempelet 2, vil fjæren 107 tvinge stempelet 102 oppover til dets normale posisjon. Følgelig vil stempelet 102 gjennomgå en gjen-tatt oppad- og nedadbevegelse, hvorved magneten 100 likeledes vil beveges opp og ned i den ringformede åpning som avgrenses mellom spolen 112. Resultatet er en magnetisk fluks som vil generere elektrisitet på kjent måte og avgi elektrisiteten til den passende elektronikk og lagringsbatteriet 114 som ovenfor omtalt i forbindelse med utføringsformen ifølge fig. 3 og 4A-B. Assuming that there is production fluid or other fluid in the primary channel 16, pressure waves, as indicated by the lines 115, during operation will be directed downwards from the surface or from another position downstream of the side channel 24 and impinge on the face 110 of the piston 102. The pressure waves are emitted over a selected, intermittent and temporal order such that the piston 102 will be sequentially forced downwards when struck by a pressure wave. During the time until the pressure wave has passed and before the next pressure wave hits the piston 2, the spring 107 will force the piston 102 upwards to its normal position. Accordingly, the piston 102 will undergo a repeated upward and downward movement, whereby the magnet 100 will likewise move up and down in the annular opening defined between the coil 112. The result is a magnetic flux which will generate electricity in a known manner and deliver the electricity to the suitable electronics and the storage battery 114 as discussed above in connection with the embodiment according to fig. 3 and 4A-B.

Fig. 7B viser en utføringsform lik den som er vist i fig. 7A. I utføringsformen ifølge fig. 7B er strømkraftgenereringsinnretningen også plassert i et sidekammer 24 som befinner seg utenfor primærstrømningskanalen. Nærmere bestemt omfatter strømkraftgenereringsinnretningen en magnetspole 150 og et generatoranker 152. Generatorankeret 152 og magnetspolen 150 danner en konvensjonell elektrisk generator. En generator-dirvaksel 154 forbinder generatorankeret 152 med et stempeliegeme 156 og stempelhode 158. Drivakselen 154 omgjør lineærbevegel-se av stempellegemet 156 til rotasjonsbevegelse for å dreie generatorankeret. Stempelhodet 158 ligger tett an mot sidekammerveggen via en tetning 162. En fjær 160 er innlagt mellom stempelhodets 158 underside og et underlag 164. Det skal forstås at når en kraft tvinger stempelhodet 158 nedover, vil stempellegemet 156 bringe akselen 154 til å dreie generatorankeret 152. Generatoren produserer elektrisitet som leveres til elektronikk og batteripakke 114 av den ovenfor beskrevne type. Fjæren 160 vil sammentrykkes, slik at når kraften på stempelhodet 158 fjernes, vil fjæren 160 tvinge stempelhodet 158 til dets normale posisjon. Fig. 7B shows an embodiment similar to that shown in fig. 7A. In the embodiment according to fig. 7B, the current power generation device is also located in a side chamber 24 located outside the primary flow channel. More specifically, the current power generation device comprises a magnetic coil 150 and a generator armature 152. The generator armature 152 and the magnetic coil 150 form a conventional electric generator. A generator drive shaft 154 connects the generator armature 152 to a piston body 156 and piston head 158. The drive shaft 154 converts linear motion of the piston body 156 into rotational motion to turn the generator armature. The piston head 158 rests closely against the side chamber wall via a seal 162. A spring 160 is inserted between the underside of the piston head 158 and a base 164. It should be understood that when a force forces the piston head 158 downwards, the piston body 156 will cause the shaft 154 to turn the generator armature 152. The generator produces electricity which is delivered to electronics and battery pack 114 of the type described above. The spring 160 will be compressed so that when the force on the piston head 158 is removed, the spring 160 will force the piston head 158 to its normal position.

Idet det antas at produksjonsfluidet eller annet fluid forefinnes i primærkanalen 16, rettes trykkbølger som antydet ved linjene 115 nedover fra en posisjon nedstrøms for sidekanalen 24 og støter mot stempelhodet 158. Trykkbølgene avgis over en valgt, intermittent og tidsbestemt rekkefølge, slik at stempelhodet 158 vil bli sekvensmessig trykket nedover når det treffes av en trykkbølge. I tiden etter at trykkbølgen har passert og før den neste trykkbølge støter mot stempelhodet 158, vil fjæren 160 trykke stempelhodet 158 oppover til dets normale posisjon. Følgelig vil stempelhodet 158 gjennomgå gjentatte oppad- og nedadbeve-gelser hvorved stempellegemet 156 vil gjennomgå tilsvarende bevegelser og derved bringe drivakselen 154 til å dreie generatorankeret 152. Drivakselen 154 kan være skrueskåret i begge retninger, slik at nedihull- og oppihull-bevegelse av stempellegemet 156 driver generatorankeret 152 i samme retning. Elektrisiteten som produseres av generatoren leveres til den tilhørende elektronikk og lagerbat-teri 114 som ovenfor omtalt i forbindelse med utføringsformene ifølge fig. 3 og 4A-B. Assuming that the production fluid or other fluid is present in the primary channel 16, pressure waves as indicated by the lines 115 are directed downward from a position downstream of the side channel 24 and impinge on the piston head 158. The pressure waves are emitted over a selected, intermittent and timed sequence, so that the piston head 158 will be sequentially pushed down when hit by a pressure wave. In the time after the pressure wave has passed and before the next pressure wave strikes the piston head 158, the spring 160 will push the piston head 158 upwards to its normal position. Consequently, the piston head 158 will undergo repeated upward and downward movements whereby the piston body 156 will undergo corresponding movements and thereby cause the drive shaft 154 to turn the generator armature 152. The drive shaft 154 can be helically cut in both directions, so that downhole and uphole movement of the piston body 156 drives the generator armature 152 in the same direction. The electricity produced by the generator is delivered to the associated electronics and storage battery 114 as discussed above in connection with the embodiments according to fig. 3 and 4A-B.

Fig. 8 viser en utføringsform som er lik fig. 7A når det gjelder dens bruk av et frem- og tilbake-bevegelig fjærbelastet stempel som beveger en magnet i forhold til en stasjonær spole. Hovedforskjellen mellom utføringsformen ifølge fig. 7A og 8, er at i utføringsformen ifølge fig. 8 blir trykkbølgene som brukes til periodisk å støte mot stempelets 102 flate 110 avgitt av en diskret styreledning 116 som er plassert i ringrommet 10 mellom produksjonsrøret og foringsrøret. Den diskrete styreledning 116 kan også brukes med utføringsformen vist i fig. 7B. Fig. 8 shows an embodiment which is similar to fig. 7A in its use of a reciprocating spring loaded piston which moves a magnet relative to a stationary coil. The main difference between the embodiment according to fig. 7A and 8, is that in the embodiment according to fig. 8, the pressure waves used to periodically impinge on the face 110 of the piston 102 are emitted by a discrete control line 116 which is located in the annulus 10 between the production pipe and the casing pipe. The discrete control line 116 can also be used with the embodiment shown in fig. 7B.

Trykkbølgene 115 vist i fig. 7A, 7B og 8 kan genereres ved å injisere en energipuls i fluidet under anvendelse av en ytre anordning ved brønnens overflate. Alternativt kan en anordning være plassert i brønnen for å produsere trykkbølgene 115. Fig. 7C viser en strupeenhet generelt betegnet med 170. Fluidstrømning i røret 176 blir brått og momentant stoppet av strupeenheten 170. Dette forårsaker en mottrykksbølge som vil strømme hele brønnens lengde og danne trykkbølgene 115 vist i fig. 7A, 7B og 8. Aktuatoren 172 driver en stang 171 med et hode 173 som ligger an mot en seteenhet 175. Aktuatoren 172 virker til at hodet 173 gjentatte ganger kommer til anlegg mot og beveges bort fra seteenheten 175, for derved å danne en rekke trykkpulser 115 vist i fig. 7A, 7B og 8. The pressure waves 115 shown in fig. 7A, 7B and 8 can be generated by injecting an energy pulse into the fluid using an external device at the surface of the well. Alternatively, a device may be located in the well to produce the pressure waves 115. Fig. 7C shows a choke assembly generally designated 170. Fluid flow in the pipe 176 is abruptly and momentarily stopped by the choke assembly 170. This causes a backpressure wave that will flow the entire length of the well and form the pressure waves 115 shown in fig. 7A, 7B and 8. The actuator 172 drives a rod 171 with a head 173 that abuts a seat unit 175. The actuator 172 causes the head 173 to repeatedly come into contact with and move away from the seat unit 175, thereby forming a series of pressure pulses 115 shown in fig. 7A, 7B and 8.

Fig. 7D er en alternativ mekanisme for generering av trykkpulsene 115. Fig. 7D viser en ventilenhet generelt betegnet med 180. Fluidstrømning i røret 186 stoppes momentant ved hjelp av en ventilsluse 183. Ventilslusen 183 er forbundet med en stang 181 som drives av en aktuator 182. Aktuatoren 182 virker til å innfø-re og fjerne ventilslusen 183 gjentatte ganger fra røret 186 for derved å danne en rekke trykkpulser 115 vist i fig. 7A, 7B og 8. En eventuell sidestrømningsbane 184 er også vist i fig. 7D. Den eventuelle sidestrømningsbane 184 tillater fluid å fort-sette å strømme i røret 186 når ventilslusen 183 har avtettet primærbanen i røret 186. Det er således ikke nødvendig å avstenge fluidstrømmen fullstendig for å generere rekken av trykkpulser. Fig. 7D is an alternative mechanism for generating the pressure pulses 115. Fig. 7D shows a valve unit generally denoted by 180. Fluid flow in the pipe 186 is momentarily stopped by means of a valve sluice 183. The valve sluice 183 is connected to a rod 181 which is operated by an actuator 182. The actuator 182 acts to insert and remove the valve lock 183 repeatedly from the pipe 186 to thereby form a series of pressure pulses 115 shown in fig. 7A, 7B and 8. A possible side flow path 184 is also shown in FIG. 7D. The eventual side flow path 184 allows fluid to continue to flow in the pipe 186 when the valve lock 183 has sealed the primary path in the pipe 186. Thus, it is not necessary to shut off the fluid flow completely to generate the series of pressure pulses.

Selv om mange av de ovenfor omtalte utføringsformer anvender nedihulls-eller elektrisk energigenererende anordninger som er plassert i en tverr- eller sidekanal nær produksjonsrørets primær- eller hovedfluidkanal, vil det forstås at elektrisk energigenererende nedihulls-anordninger også kan være plassert utenfor en sidekanal. Dvs. at energigenererende anordninger ganske enkelt kan plasse-res i ringrommet mellom produksjonsrøret og foringsrøret eller borehullveggen. Ved plassering i ringrommet, vil den elektriske energigenererende anordning likevel ikke blokkere produksjonsrørets hovedstrømningskanal, slik det i alt vesentlig er tilfelle med mange kjente anordninger så som anordningen vist i ovennevnte US-patent 3 342 267. Eksempler på plassering av nedihulls energigenereringsan-ordninger i ringrommet er vist fig. 9-11.1 fig. 9 er det vist en nedihullelektrisitets-generérende anordning som er hovedsakelig lik den som er vist i fig. 2 med den forskjell at intet ytterhus eller sidekanal omgir turbinen og den elektrisitetsgenererende anordning er følgelig åpent plassert i ringrommet og er ikke omgitt av en sidekanal. Det skal forstås at turbinen aktiveres av fluidstrømmen fra perforering-en 68 i formasjonen som antydet med pilene og/eller fluidstrømning opp gjennom hovedkanalen 22 gjennom åpningen 29. En pakning er vist ved 118 nedstrøms for turbinen 32 for avtetting av det valgte parti av ringrommet 10 og for å bringe fluid-strømmen forbi turbinene 32, 34 til å strømme tilbake inn i hovedkanalen 22. Selv om generatoren 42, energilagringsinnretningen 50 og elektronikken 52 er vist omsluttet av en kappe 120, vil det forstås at disse enheter også kan være frilagt i ringrommet for ringromfluidene. Det foretrekkes imidlertid at enhetene 42, 50 og 52 er beskyttet av kappen 120, for derved å unngå skade fra fluider og andre bruddstykker i ringrommet. Although many of the above-mentioned embodiments use downhole or electrical energy-generating devices that are placed in a transverse or side channel near the production pipe's primary or main fluid channel, it will be understood that electrical energy-generating downhole devices can also be located outside a side channel. That is that energy-generating devices can simply be placed in the annulus between the production pipe and the casing or the borehole wall. When placed in the annulus, the electrical energy-generating device will nevertheless not block the production pipe's main flow channel, as is essentially the case with many known devices such as the device shown in the above-mentioned US patent 3,342,267. Examples of placement of downhole energy-generating devices in the annulus is shown fig. 9-11.1 fig. 9 shows a downhole electricity generating device substantially similar to that shown in FIG. 2 with the difference that no outer housing or side channel surrounds the turbine and the electricity-generating device is consequently placed openly in the annulus and is not surrounded by a side channel. It should be understood that the turbine is activated by the fluid flow from the perforation 68 in the formation as indicated by the arrows and/or fluid flow up through the main channel 22 through the opening 29. A gasket is shown at 118 downstream of the turbine 32 for sealing the selected portion of the annulus 10 and to bring the fluid flow past the turbines 32, 34 to flow back into the main channel 22. Although the generator 42, the energy storage device 50 and the electronics 52 are shown enclosed by a jacket 120, it will be understood that these units may also be exposed in the annulus for the annulus fluids. However, it is preferred that the units 42, 50 and 52 are protected by the jacket 120, thereby avoiding damage from fluids and other broken pieces in the annulus.

I fig. 10A-10C er det vist en annen utføringsform av denne oppfinnelse, hvor elektrisitetsgenereringsanordningen er anbrakt i ringrommet. I utføringsfor-men ifølge fig. 10A-10C er en turbin 122 roterbart montert på rørets 16 utside ved bruk av en lagerenhet 124. En eller flere magneter 126 er montert på en nedre flate 128 på turbinen 122. Følgelig vil fluid som treffer turbinen 122 rotere både turbinen 122 og magneten 126 om produksjonsrørets 16 lengdeakse. Oppstrøms for og vendt mot turbinen 122 og nærmere bestemt magneten 126 er det anordnet en elektrisk spole 130 som er stivt montert rundt rørets 16 ytre omkrets. Passende elektronikk 132 og oppladbart batteri 134 av den type som ovenfor er beskrevet i forbindelse med førnevnte utføringsformer ifølge fig. 3 og 4A-B, er forbundet med spolen 130.1 utføringsformen ifølge fig. 10A, strømmer produksjonsfluid oppover gjennom ringrommet 10 fra perforeringer 68 utformet i formasjonen 14. Denne fluidstrøm treffer turbinen 122 og roterer derved turbinen 122 om rørets 16 lengdeakse, hvorved magneten 126 vil bevege seg i forhold til spolen 130 som er stasjonær, dvs. festet til røret 16. Følgelig vil den roterende turbin generere elektrisitet ved samvirkning mellom magneten 126 og spolen 130. Etter at fluidet har truf-fet turbinen 122 vil fluidet fortsatt strømme gjennom ringrommet 10 og inn i rørets 16 hovedkanal 22 gjennom en rekke åpninger 136 og 138. Dessuten vil fluid strømme gjennom eventuell sentreringsinnretning 140. In fig. 10A-10C another embodiment of this invention is shown, where the electricity generating device is placed in the annulus. In the embodiment according to fig. 10A-10C, a turbine 122 is rotatably mounted on the outside of the pipe 16 using a bearing assembly 124. One or more magnets 126 are mounted on a lower surface 128 of the turbine 122. Consequently, fluid impinging on the turbine 122 will rotate both the turbine 122 and the magnet 126 about the longitudinal axis of the production pipe 16. Upstream of and facing the turbine 122 and more specifically the magnet 126, an electric coil 130 is arranged which is rigidly mounted around the outer circumference of the pipe 16. Suitable electronics 132 and rechargeable battery 134 of the type described above in connection with the aforementioned embodiments according to fig. 3 and 4A-B, is connected to the coil 130.1 the embodiment according to fig. 10A, production fluid flows upwards through the annulus 10 from perforations 68 formed in the formation 14. This fluid flow hits the turbine 122 and thereby rotates the turbine 122 about the longitudinal axis of the pipe 16, whereby the magnet 126 will move in relation to the coil 130 which is stationary, i.e. attached to the tube 16. Consequently, the rotating turbine will generate electricity by interaction between the magnet 126 and the coil 130. After the fluid has hit the turbine 122, the fluid will continue to flow through the annulus 10 and into the main channel 22 of the tube 16 through a series of openings 136 and 138. In addition, fluid will flow through any centering device 140.

Fig. 10B viser en nedihull-drevet generatorenhet som er hovedsakelig lik fig. 10A med den forskjell at i fig. 10B strømmer produksjonsfluidet som innled-ningsvis treffer turbinen 122, ut av produksjonsrøret 16 gjennom oppstrømsåp-ninger 140. En pakning 142 er plassert oppstrøms for åpningene 140 for å avtette dette parti av ringrommet 10. Etter å ha forlatt hovedkanalen 140, treffer fluidet turbinen 122 og strømmer deretter oppover og tilbake inn i hovedkanalen gjennom åpninger 136, 138 som omtalt i forbindelse med fig. 10A. Fig. 10B shows a downhole driven generator unit substantially similar to Fig. 10B. 10A with the difference that in fig. 10B, the production fluid that initially hits the turbine 122 flows out of the production pipe 16 through upstream openings 140. A gasket 142 is placed upstream of the openings 140 to seal this part of the annulus 10. After leaving the main channel 140, the fluid hits the turbine 122 and then flows upwards and back into the main channel through openings 136, 138 as discussed in connection with fig. 10A.

Også utføringsformen ifølge 10C er hovedsakelig identisk med utførings-formen ifølge fig. 10A og 10B, med den forskjell at fluidet som treffer turbinen 122 hverken strømmer tilbake inn i produksjonsrøret 16 (som i fig. 10A) eller innled-ningsvis strømmer ut av produksjonsrøret 16 (fig. 10B). Isteden treffer fluidet som strømmer fra ringrommet en passende perforering 68 i formasjonen turbinen 122, og strømmer deretter oppover gjennom ringrommet. Selvsagt kan fluidet ledes tilbake inn i produksjonsrøret 16 ved et sted nedstrøms. I utføringsformene vist i fig. 10A-10C, er turbinen 122 og magnetene 126 anbrakt over den elektriske spole 130. Det skal forstås at dette forhold kan være omvendt, dvs. at turbinen 122 og magneten 126 kan være anbrakt under den elektriske spole 130 for oppnåelse av samme resultat. Also, the embodiment according to 10C is essentially identical to the embodiment according to fig. 10A and 10B, with the difference that the fluid that hits the turbine 122 neither flows back into the production pipe 16 (as in fig. 10A) nor initially flows out of the production pipe 16 (fig. 10B). Instead, the fluid flowing from the annulus strikes a suitable perforation 68 in the formation turbine 122, and then flows upwards through the annulus. Of course, the fluid can be led back into the production pipe 16 at a place downstream. In the embodiments shown in fig. 10A-10C, the turbine 122 and the magnets 126 are located above the electric coil 130. It should be understood that this relationship can be reversed, i.e., the turbine 122 and the magnet 126 can be located below the electric coil 130 to achieve the same result.

I fig. 11 er enda en annen utføringsform av denne oppfinnelse vist, der elektrisitetsgenereringsanordningen er plassert i ringrommet. Ved utføringsformen ifølge fig. 11 er det vist en piezoelektrisk strømkraftgenereringsenhet som er hovedsakelig lik den piezoelektriske strømkraftgenereringsenhet iflg. fig. 5. Således er en stabel med piezolelektriske elementer 90 anbrakt på rørets 16 ytre omkrets, og stabelen er i sin tur forbundet med en elektronikkenhet 91 og oppladbart batteri 98, idet elektronikkenheten 91 omfatter strømkraftlikeretteren 92, spenningsregu-latoren 94 og ladnings-strømkraft-innkoplingsbryteren 96 ifølge fig. 6. Fig. 11 viser også nedihulls-sensorer og/eller målere 140 av en type som er beskrevet i ovennevnte US-søknad US 08/385,992. Sensoren 140 kommuniserer med en data-kommunikasjonsmodul 142. Som i utføringsformen ifølge fig. 5, vil produksjonsfluid som strømmer gjennom røret 16 forårsake spenning og/eller vibrasjon mot rør-veggen, og denne bevegelse omdannes av de piezoelektriske elementer til elektriske ladninger ved hjelp av elektronikkenheten 91. In fig. 11 shows yet another embodiment of this invention, where the electricity generating device is placed in the annulus. In the embodiment according to fig. 11 shows a piezoelectric current power generation unit which is substantially similar to the piezoelectric current power generation unit according to fig. 5. Thus, a stack of piezoelectric elements 90 is placed on the outer circumference of the tube 16, and the stack is in turn connected to an electronics unit 91 and rechargeable battery 98, the electronics unit 91 comprising the current power rectifier 92, the voltage regulator 94 and the charge-current power switch 96 according to fig. 6. Fig. 11 also shows downhole sensors and/or meters 140 of a type described in the above-mentioned US application US 08/385,992. The sensor 140 communicates with a data communication module 142. As in the embodiment according to fig. 5, production fluid flowing through the pipe 16 will cause tension and/or vibration against the pipe wall, and this movement is converted by the piezoelectric elements into electrical charges with the help of the electronics unit 91.

Selv om et viktig trekk ved oppfinnelsen er at hovedkanalen i produksjons-røret 16 forblir klar for gjennomføring av verktøy og slike gjenstander som kveilrør, skal det forstås at utføringsformene ifølge fig. 4A og 4B, basert på den fleksible blære, kan anbringes i hovedkanalen i røret 16 og likevel ikke hindre eller blokkere kanalen i motsetning til kjente anordninger så som turbinen vist i patent 3 342 267. I fig. 12 er f.eks. den fleksible blære 82 vist montert mellom et par nedre holdere 144 og øvre holdere 146, slik at produksjonsfluid lett kan strømme oppover gjennom blæren 82 mot overflaten. Det skal forstås at selv om holderne 144, 146 og blæren 82 til en viss grad innsnevrer hovedkanalen 22, er en slik innsnevring mi-nimal og tillater fremdeles gjennomføring av kveilerør eller annet verktøy gjennom blærens 82 sentrum. Selvsagt er magneter 84, som i utføringsformene ifølge fig. 4A og 4B, anbrakt på utsiden av blæren 82 og spoler 86, 88 er anbrakt på hver side av magneten 84 for å generere elektrisitet gjennom magnetens 84 fluktuasjo-ner mellom spolene 86, 88. En eventuell turbulensøker 90 er også anordnet. Elektronikkpakken 92 og oppladbart batteri 94 er fortrinnsvis plassert utenfor pro-duksjonsrøret 16 i ringrommet 10 fortrinnsvis i en kappe 148 som vist i fig. 12. Although an important feature of the invention is that the main channel in the production pipe 16 remains ready for the passage of tools and such objects as coiled pipes, it should be understood that the embodiments according to fig. 4A and 4B, based on the flexible bladder, can be placed in the main channel of the pipe 16 and yet not obstruct or block the channel unlike known devices such as the turbine shown in patent 3,342,267. In fig. 12 is e.g. the flexible bladder 82 is shown mounted between a pair of lower holders 144 and upper holders 146, so that production fluid can easily flow upwards through the bladder 82 towards the surface. It should be understood that although the holders 144, 146 and the bladder 82 narrow the main channel 22 to some extent, such narrowing is minimal and still allows the passage of coil tubes or other tools through the center of the bladder 82. Of course, magnets 84, which in the embodiments according to fig. 4A and 4B, placed on the outside of the bladder 82 and coils 86, 88 are placed on each side of the magnet 84 to generate electricity through the fluctuations of the magnet 84 between the coils 86, 88. A possible turbulence detector 90 is also provided. The electronics package 92 and rechargeable battery 94 are preferably placed outside the production pipe 16 in the annulus 10, preferably in a jacket 148 as shown in fig. 12.

Det oppladbare batteri som er beskrevet i hver og en av de mange utfø-ringsformer ifølge denne oppfinnelse, representerer et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse. I en eksemplarisk utføringsform vil batteriet ha evne til å arbeide ved høye temperaturer (over 175°C), ha en lang drrftslevetid (opptil fem år), ha liten størrelse (f.eks. dimensjonert eller på annen måte innrettet til å passe i et hylster med 1" diameter), ha evne til kontinuerlig utladning for instrumentering i mikroprosessorer (10 milliampére), ha evne til periodisk utladning for kommunika-sjonsutstyr (15 milliampére pr. minutt ved 2 % driftssyklus) kunne utføre minimum 100 oppladningssykluser fra ytre kraftkilder så som en generator, inkludert høy energidensitet og utmerkede selvladningskarakteristika. Det oppladbare batteri omfatter fortrinnsvis et fast litium-metallpolymerelektrolytt-sekundærbatteri av den type som er beskrevet i avhandlingen med tittel «Large Lithium Polymer Battery Development: The Immobile Solvent Concept», M. Gauthier og andre, hvis inn-hold det herved henvises til. Batterier av denne type er også vist i US-patent The rechargeable battery described in each of the many embodiments according to this invention represents an important feature of the present invention. In an exemplary embodiment, the battery will have the ability to work at high temperatures (above 175°C), have a long operating life (up to five years), have a small size (e.g. sized or otherwise arranged to fit in a casing with 1" diameter), have the capability of continuous discharge for instrumentation in microprocessors (10 milliamperes), have the capability of periodic discharge for communication equipment (15 milliamperes per minute at 2% duty cycle) be able to perform a minimum of 100 charging cycles from external power sources so as a generator, including high energy density and excellent self-charge characteristics.The rechargeable battery preferably comprises a solid lithium metal polymer electrolyte secondary battery of the type described in the thesis entitled "Large Lithium Polymer Battery Development: The Immobile Solvent Concept", M. Gauthier and others, the contents of which are hereby referred to.Batteries of this type are also shown in a US patent

nr. 4 357 401; 4 578 326 og 4 758 483 (som det herved henvises til). Antagelig er slike litiumpolymer-battericeller å foretrekke overfor annen batteriteknologi så som nikkel-kadmium eller blysyre på grunn av den høyere energitetthet, mindre størrel-se og bedre selvutladningskarakteristikker ved litiumpolymerbatteriene. Et annet oppladbart batteri som antas skai være særlig anvendbart i foreliggende oppfinnelse, er de oppladbare batterier som leveres av Duracell Inc. i Bethel, Connecti-cut som innbefatter en integrert kretsbrikke for forlenget og/eller optimert batteri-levetid, som gir høy energitetthet, høy effekt og et vidt temperaturområde for ytel-se. Slike batterier selges av Duracell Inc. under handelsnavnet DR17, DR30, DR35 og DR36. No. 4,357,401; 4 578 326 and 4 758 483 (to which reference is hereby made). Presumably, such lithium polymer battery cells are preferable to other battery technology such as nickel-cadmium or lead acid due to the higher energy density, smaller size and better self-discharge characteristics of the lithium polymer batteries. Another rechargeable battery believed to be particularly useful in the present invention are the rechargeable batteries supplied by Duracell Inc. of Bethel, Connecticut which include an integrated circuit chip for extended and/or optimized battery life, which provides high energy density, high power and a wide temperature range for performance. Such batteries are sold by Duracell Inc. under the trade names DR17, DR30, DR35 and DR36.

Basert på ovenstående, og som vist f.eks. i fig. 1-6 og 9-12, skal det forstås at et viktig trekk ved denne oppfinnelse er en langvarig krafttilførsel for montering på et hydrokarbon-produksjonsrør nede i en brønn for tilveiebringelse av elektrisk kraft til utstyr montert på produksjonsrøret omfattende (1) en elektrisk kraftgenereringsinnretning som drives av fluidstrøm nede i hullet; (2) et oppladbart batteri for lagring av elektrisk kraft fra genereringsinnretningen; og (3) en ladekrets som mottar elektrisk kraft generert fra genereringsinnretningen og produserer en ladestrøm for levering av kraft til batteriet hvor batteriet opplades på en periodisk basis ved hjelp av ladekretsen og virker som en kraftkilde for nedihull-utstyret. Based on the above, and as shown e.g. in fig. 1-6 and 9-12, it is to be understood that an important feature of this invention is a long-term power supply for mounting on a hydrocarbon production pipe down a well for providing electrical power to equipment mounted on the production pipe comprising (1) an electrical power generation device which is driven by fluid flow down the hole; (2) a rechargeable battery for storing electric power from the generating device; and (3) a charging circuit that receives electrical power generated from the generating device and produces a charging current for supplying power to the battery where the battery is charged on a periodic basis by means of the charging circuit and acts as a power source for the downhole equipment.

Selv om flere av anordningene for generering av kraft er angitt å være drevet av fluid som strømmer ut av brønnen, er det også mulig å generere kraft ved å tvinge fluid inn i brønnen. Kraftgenereringsanordningens orientering kan vendes for å oppta den motsatte fluidstrøm. Dette vil muliggjøre kraftgenerering under anvendelser så som vannflømming eller gassløft. Dessuten kan kraftgenereringsanordningen gjøres opptrekkbar ved å montere hele kraftgenereringsanordningen i en sidelomme i brønnen. Although several of the devices for generating power are stated to be driven by fluid flowing out of the well, it is also possible to generate power by forcing fluid into the well. The orientation of the power generating device can be reversed to accommodate the opposite fluid flow. This will enable power generation during applications such as waterflooding or gas lift. In addition, the power generation device can be made retractable by mounting the entire power generation device in a side pocket in the well.

Nedihull-anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse for generering av elektrisk energi oppviser mange trekk og fordeler i forhold til kjent teknikk. Et viktig trekk og en viktig fordel er at foreliggende oppfinnelse ikke medfører noen obstruksjoner i produksjonsrøret. Dvs. at foreliggende oppfinnelse genererer elektrisitet samtidig som den holder produksjonsrøret 16 obstruksjonsfritt slik at innretninger innbefattende kveilerør kan føres gjennom produksjonsrøret uten avbrudd. Evnen til å skaffe elektrisk kraftgenerering uten obstruksjon av produksjonsrøret utgjør et viktig trekk ved denne oppfinnelse og en viktig fordel overfor kjent teknikk så som turbogeneratoren ifølge US-patent 3 342 267 hvor turbinene utgjør den ugjennomtrengelige obstruksjon i produksjonsrøret. The Nedihull device according to the present invention for generating electrical energy exhibits many features and advantages compared to known technology. An important feature and an important advantage is that the present invention does not cause any obstructions in the production pipe. That is that the present invention generates electricity at the same time as it keeps the production pipe 16 free of obstruction so that devices including coiled pipes can be passed through the production pipe without interruption. The ability to obtain electric power generation without obstruction of the production pipe constitutes an important feature of this invention and an important advantage over known technology such as the turbo generator according to US patent 3,342,267 where the turbines form the impenetrable obstruction in the production pipe.

Andre trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse er evnen til å generere elektrisitet ved bruk av forholdsvis økonomiske og miljøvennlige komponenter. Bruken av et oppladbart batteri gjør at foreliggende oppfinnelse skaffer elektrisitet både mens produksjonsfluider strømmer og når produksjonsfluidstrøm har opp-hørt. Other features and advantages of the present invention are the ability to generate electricity using relatively economical and environmentally friendly components. The use of a rechargeable battery means that the present invention provides electricity both while production fluids are flowing and when production fluid flow has ceased.

Det skal forstås at i de utføringsformer som anvender en bevegelig magnet og stasjonær spole, er det et godtakbart (om enn mindre foretrukket) arrangement å ha magneten stasjonær mens spolen er bevegelig. It should be understood that in the embodiments which use a movable magnet and stationary coil, it is an acceptable (albeit less preferred) arrangement to have the magnet stationary while the coil is movable.

Det skal videre forstås at det i de utføringsformer av oppfinnelsen hvor fluid bevegelse gir opphav til strømkraftgenerering, kan fluidet komme enten fra en eller begge av produksjonsrøret eller ringrommet. It should further be understood that in the embodiments of the invention where fluid movement gives rise to power generation, the fluid can come either from one or both of the production pipe or the annulus.

Selv om foretrukne utføringsformer er blitt beskrevet og vist, kan forskjellige modifikasjoner eller erstatninger utføres uten å avvike fra oppfinnelsestanken og -rammen. Følgelig skal det forstås at foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet på en illustrerende og ikke begrensende måte. Although preferred embodiments have been described and shown, various modifications or substitutions may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is to be understood that the present invention has been described in an illustrative and not limiting manner.

Claims

1. Electrical energy generating device for generating electricity down a well (10), characterized in that it comprises: - a main flow channel (22) and side channel (24) which are laterally offset in a side-by-side relationship from main channel; and - an electric generating device (42) is placed, at least partially, in the side channel, the electric generating device (142) being arranged to generate electricity in response to fluid flowing through the side channel (24).

2. Device according to claim 1, characterized in that the side channel (24) communicates with the main channel to allow fluid from the main channel (22) to flow into the side channel (24).

3. Device according to claim 2, characterized in that the side channel (24) communicates with the main channel (22) through at least one opening between the main and side channels.

4. Device according to claim 1, characterized in that the main flow channel (22) and the side channel (24) are arranged for placement in a borehole so that an annulus (10) is formed between the inner wall of the borehole and the side channel and where: the side channel communicates with the annulus (10) to allow fluid from the annulus to flow into the side channel .

5. Device according to claim 1, characterized in that the electrical generating device (42) comprises: at least one turbine (32, 34) operatively connected to the side channel (24) for movement in response to fluid flowing through the side channel; and an electric generator (42) which is connected to the side channel and operationally connected to the turbine for generating electricity in response to movement of the turbine.

6. Device according to claim 1, characterized in that the electricity-generating device (42) comprises: a magnetic field that extends over the side channel (24), which magnetic field is created in response to fluid flowing through the side channel; and an electrical energy converter which is connected to the side channel for converting magnetic flux created by the magnetic force into electrical energy.

7. Device according to claim 6, characterized in that the magnetic field comprises: a magnetic tongue (72) which is placed in the side channel and movable in response to flowing fluid; and a coil (78) which is arranged at a distance from and associated with the tongue.

8. Device according to claim 6, characterized in that the magnetic field comprises: a flexible bladder (82) which has an interior and an exterior, which bladder is situated in the side channel, which bladder comprises an opening to receive fluid to its interior; at least one magnet (84) on the exterior of the bladder; and a coil (78) which is arranged at a distance from and connected to the magnet (72) where the magnet moves relative to the coil when fluid flows into the bladder.

9. Device according to claim 1, characterized in that the electrical generating device (42) comprises: a piezoelectric device (90) which is placed in the side channel (24) and reacts to movement caused by flowing fluid; and a converter for converting said signals from the piezoelectric device (90) into electrical energy.

10. Device according to claim 1, characterized in that it comprises: a rechargeable battery (98) in the side channel (24), the electricity generating device (42) being operationally connected to the battery (98) for charging the battery.

11. Device according to claim 1, characterized in that it comprises: an electrical device which is operationally connected to the electrical generating device (42) where the electrical generating device emits electrical power to the electrical device.

12. Device according to claim 11, characterized in that the electrical device comprises a computer (52).