NO325718B1

NO325718B1 - Vibrasjonsbasert kraftgenerator og fremgangsmate for a produsere kraft i en underjordisk bronn".

Info

Publication number: NO325718B1
Application number: NO20030384A
Authority: NO
Inventors: Paul D Ringgenberg; Clark Edward Robison; Roger Lynn Schultz; Robert K Michael
Original assignee: Halliburton Energy Serv Inc
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2008-07-07
Also published as: CA2398097A1; US20020096887A1; NO20030384D0; CA2398097C; US20010040379A1; CA2627854A1; BR0107906A; AU2000264993A1; US6504258B2; EP1514997A3; EP1250512A1; NO20023507L; NO322924B1; AU2001236518A1; EP1514997A2; EP1250512B1; WO2001055551A1; NO20023507D0; NO20030384L; BR0017286A

Description

Den foreliggende oppfinnelse relaterer seg generelt til utstyr som anvendes og operasjo-ner som utføres i tilknytning til underjordiske brønner. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en elektrisk kraftgenerator, slik som angitt i ingressen av vedlagte krav 1, samt en fremgangsmåte for å produsere kraft i en underjordisk brønn, der fremgangsmåten innbefatter trinnene å sammenkoble en fluidledning i en tubulær streng, å plassere den tubulære strengen i den underjordiske brønnen, og å la fluid strømme gjennom fluidledningen, slik som angitt i ingressen av vedlagte krav 26.

Til belysning av kjent teknikk vises det til US patentene 3970877,4387318,4669068, 5839508 og 6011346, samt DE-patent 4403180. Blant disse nevnes US 3970877 som beskriver et turbulensbevirkende fremspring og en piezoelektrisk skive for generering av elektrisitet, der skiven befinner seg utenfor en fluidstrømningsledning og vibrerer som reaksjon på strømning utenfor ledningen. Videre nevnes US 4387318 som beskriver elektrisk generator av piezoelektrisk type, men som er uegnet for anvendelse i brønnhull. Til sist nevnes US 5839508 som beskriver bruk av piezoelektrisk materiale som generer elektrisitet på grunn av turbulens i fluidstrømningen gjennom en ledning.

Elektrisk kraft eller energi for bruk i et nedihuUsmiljø er generelt tidligere enten blitt lagret i en anordning slik som et batteri, og ført nedihulls eller den har blitt sendt via ledere, slik som en kabel, fra overflaten eller et annet fjernliggende sted. Batterier har som kjent evnen til å lagre bare en bestemt kraft eller energimengde og har miljømes-sige begrensninger, slik som temperatur, når det gjelder deres bruk. I tillegg er det ikke enkelt å gjenopplade batterier som er plassert nede i hullet.

Elektriske ledninger slik som de som brukes i konvensjonelle kabler, tilveiebringer en i praksis ubegrenset mengde effekt, men krever spesielle foranstaltninger på overflaten for utplassering og hindrer typisk produksjonsstrømningsbaner. Derved forhindres bru-ken av sikkerhetsventiler og strømningsmengden av fluider gjennom strømningsbanen blir begrenset, etc, mens lederne er i strømningsbanen. Kabeloperasjoner blir således typisk utført før produksjonsfasen til en brønn, eller under utledningsoperasjoner etter at brønnen er satt i produksjon.

Under andre omstendigheter, slik som relativt permanente produksjonssituasjoner, kan lederne være anordnet/plassert eller posisjonert eksternt på en rørledningsstreng. Slike eksterne ledninger er for eksempel blitt brukt for å drive og kommunisere med sensorer i produksjonssituasjoner. Dette gjør imidlertid kjøring av rørstrengen svært tidskrevende og resulterer ofte i upålitelige elektriske forbindelser etc.

Det er således et behov for en ny måte for å generere elektrisk energi eller kraft. Fremgangsmåten må ikke kreve at energien blir lagret i en anordning og så ført nedihulls eller til et annet fjerntliggende sted hvor det er vanskelig å foreta gjenoppladning. Fremgangsmåten bør dessuten heller ikke kreve at kraft blir overført fra et fjerntliggende sted via en eller flere ledere anordnet i en produksjonsstrømningsbane i en brønn eller utvendig i forhold til en rørstreng i brønnen. Det er følgelig et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en elektrisk kraftgenerator samt en fremgangsmåte for å produsere kraft i en underjordisk brønn som nevnt innledningsvis.

Den innledningsvis nevnte elektriske kraftgenerator kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved: a) at det er tilveiebragt en fluidledning med relatert fluidstrømningspassasje og som er utformet for strømning av fluid gjennom denne, b) at et piezoelektrisk materiale er operativt samvirkende med strømningspassasjen og utformet til å frembringe elektrisitet som en funksjon av oppførsel eller trykk av

fluid som passerer gjennom passasjen, og

c) at samvirke mellom strømningspassasjen og det piezoelektriske materialet er velgbart fra ett av følgende trekk: cl) at strømningspassasjen er utformet slik at den bevirker turbulens i fluid-strømmen igjennom denne, idet det piezoelektriske materialet er festet til passasjen og frembringer elektrisitet som reaksjon på trykkfluktuasjoner i passasjen som skyldes turbulens i fluidstrømmen,

c2) at et fluidkammer danner strømningspassasjen, idet kammeret vibrerer som reaksjon på trykkfluktuasjoner i fluidet, og der det piezoelektriske materialet er festet til fluidkammeret for å frembringe elektrisitet som reaksjon på fluidkammervibrasjon,

c3) at et element strekker seg inn i strømningspassasjen, idet elementet vibrerer som reaksjon på fluidstrømning, og der det piezoelektriske materialet frembringer elektrisitet som reaksjon på elementets vibrasjon,

c4) at et element med en åpning derigjennom er tilveiebragt, idet fluid som strømmer gjennom strømningspassasjen i fluidledningen også strømmer gjennom åpningen, at elementet vibrerer som reaksjon på fluidstrømning gjennom åpningen, og at det piezoelektriske materialet er anbragt nær elementet, idet det piezoelektriske materialet frembringer elektrisitet som reaksjon på elementets vibrasjon,

c5) at en membran atskiller strømningspassasjen fra et hulrom, idet membranen er innrettet til å bøye seg som reaksjon på trykkfluktuasjoner i strømningspassasjen, at hulrommet er hovedsakelig ringformet og utad omgir membranen, og at det piezoelek-

triske materialet er anbragt i hulrommet og frembringer elektrisitet som reaksjon på membranens bøyning, og

c6) at et ytre hus på generatoren danner strømningspassasjen, at en masse er anbragt frem og tilbake bevegelig i forhold til huset, og at et forspenningselement er plassert i forhold til massen og det piezoelektriske materialet på slik måte, at forspenningselementet og det piezoelektriske materialet utsettes for deformasjon når massen forflytter seg i forhold til huset, idet trykkfluktuasjoner i huset bevirker massen til å forflytte seg og derved bevirker deformasjon i det piezoelektriske materialet via forspenningselementet.

Ytterligere utførelsesformer av den elektriske kraftgeneratoren fremgår av de vedlagte, underordnete patentkrav 2-25.

Den innledningsvis nevnte fremgangsmåte kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen ved å forflytte et element inne i fluidledningen som reaksjon på fluidstrømningstrinnet, og å produsere elektrisitet fra et piezoelektrisk materiale som reaksjon på forflytning av elementet.

Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten fremgår av de vedlagte, underordnete patentkrav 27 - 30.

Disse og andre trekk, fordeler og formål med den foreliggende oppfinnelsen vil bli tyde-liggjort for fagkyndige på området ved en nøye gjennomgang av den detaljerte beskrivelsen av de representative utførelser av oppfinnelsen, som er gitt i det etterfølgende og de medfølgende tegningene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under hensvisning til tegningene.

Figur 1 er et skjematisk tverrsnitt av en første kraftgenerator som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er et skjematisk tverrsnitt av en andre kraftgenerator som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen. Figur 3 er et skjematisk tverrsnitt av en tredje kraftgenerator som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Figur 4 er et skjematisk tverrsnitt av en fjerde kraftgenerator som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Figurene 5 og 6 er respektive topp- og sideoppriss av en første ledningskonfigurasjon for å indusere turbulens i fluidstrømning gjennom ledningen. Figurene 7 og 8 er respektive topp- og sideoppriss av en andre fluidledningskonfigura-sjon for å indusere turbulens i fluidstrømning gjennom ledningen. Figur 9 er et skjematisk tverrsnitt av en femte kraftgenerator som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Figur 10 er et skjematisk tverrsnitt av en sjette kraftgenerator som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Figur 11 er et skjematisk tverrsnitt av en sjuende kraftgenerator som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Figur 12 er et skjematisk tverrsnitt av en åttende kraftgenerator som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen.

På figur 1 er det representativt og skjematisk illustrert en kraftgenerator 10 som virke-liggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen. I den etterfølgende beskrivelsen av generatoren 10 og andre anordninger og fremgangsmåter som er beskrevet her, blir retningsuttrykk slik som "over", "under", "øvre", "nedre", etc. bare brukt fordi det er hensiktsmessig når det refereres til de medfølgende tegningene. I tillegg må det forstås at de forskjellige utførelsene av den foreliggende oppfinnelsen som er beskrevet her kan anvendes i forskjellige orienteringer, slik som skråstilt, invertert, horisontalt, vertikalt, etc. og de forskjellige konfigurasjoner uten å forlate prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse.

Som vist på figur 1 er generatoren 10 innkoblet i en rørformet streng 12, slik som en produksjonsrørstreng, anordnet i en underjordisk brønn. Fluidstrømning gjennom den rørformede strengen 12 benyttes til å generere elektrisk effekt fra generatoren 10. Det må klart forstås at generatoren 10 og de andre generatorene som er beskrevet her, kan brukes i andre typer rørformede strenger, slik som en borestreng eller injeksjonsrør-streng, i andre typer fluidledninger, slik som en undersjøisk fluidledning, kan brukes under stimulering eller borestrengtesting, kan es som en strømningsmåler, kan brukes som en kraftkilde for å logge under boring og kan benyttes i andre fremgangsmåter, uten å forlate prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen.

Beskrivelsen av generatoren 10 her brukt i den rørformede strengen 12, er således ikke å anse som begrensende for anvendbarheten til den foreliggende oppfinnelse.

Generatoren 10 innbefatter en fluidledning 14 med en strømningspassasje 16 som strekker seg gjennom denne. Når fluid strømmer gjennom strømningspassasjen .16, bøyer ledningen 14 seg noe på grunn av tykkfluktuasjoner i fluidet. Denne bøyningen av ledningen 14 illustrerer deformasjon i et piezoelektrisk materiale 18, slik som PZT, festet eksternt til ledningen. Ledningen 14 kan selvfølgelig være laget slik at den bøyes ved trykkendringer i strømningspassasjen 16, uten at trykkendringene er forårsaket av fluid-strømning gjennom strømningspassasjen.

Det piezoelektriske materialet 18 kan være festet på annen måte til ledningen 14, for eksempel kan det være festet internt til ledningen. Et ytre hus 22 innelukker og beskytter det piezoelektriske materialet 18.

Slik det er vel kjent for fagkyndige på området, produserer piezoelektrisk materiale elektrisitet når deformasjon blir indusert i materialet. Det piezoelektriske materiale 18 til generatoren 10 produserer således elektrisitet når ledningen 14 bøyer seg som respons på fluidstrømning gjennom denne.

Elektrisiteten som produseres av det piezoelektriske materialet 18 blir ledet via ledninger 20 til en elektrisk kraftforbrukende anordning (ikke vist) enten på avstand fra generatoren 10 eller nær den. Elektrisiteten kan for eksempel benyttes til å lade opp batteri eller til å drive en elektrisk anordning, enten i et annet verktøy et annet sted i brønnen, eller i huset 22.

Det refereres i tillegg nå til figur 2 hvor en annen kraftgenerator 24 som virkeliggjør prinsippene i den foreliggende oppfinnelsen er representativt og skjematisk illustrert. Generatoren 24 er tilsvarende generatoren 10 som er beskrevet ovenfor, ved at den innbefatter en fluidledning 26 konfigurert for innkobling i en rørformet streng 28 i en underjordisk brønn og et piezoelektrisk materiale 30 festet til ledningen, slik at det piezoelektriske materialet produserer elektrisitet når det erfares trykkendringer i ledningen, slik som når fluid strømmer gjennom ledningen. En strømningspassasje 32 som strekker seg gjennom ledningen 26 har imidlertid et radielt forstørret parti og danner derved et radielt parti 34 av ledningen med redusert tykkelse.

Det vil umiddelbart bli forstått av en fagkyndig på området at partiet 34 av ledningen 26 med redusert tykkelse vil bøye seg mer som respons på trykkfluktuasjoner i strømnings-passasjen 32 enn den gjenværende delen av ledningen. Denne økte bøyegraden benyttes til å indusere større deformasjon i det piezoelektriske materialet 30 og således produseres det elektrisk effekt utsendt fra det piezoelektriske materialet sammenlignet med generatoren 10 beskrevet ovenfor. Det er å merke seg at partiet med redusert tykkelse kan være frembrakt på annen måte, for eksempel ved å tilveiebringe en redusert ytre dimen-sjon av ledningen 26, etc.

Tilsvarende til generatoren 10, innbefatter generatoren 24 også et ytre hus 36 for å tilveiebringe beskyttelse av det piezoelektriske materialet 30. Ledningen 38 leder elektrisitet fra det piezoelektriske materialet 30 til en kraftforbrukende anordning (ikke vist) enten på avstand fra eller nær generatoren 24.

Det refereres i tillegg nå til figur 3. hvor en annen kraftgenerator 40 som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen er representativt og skjematisk illustrert. Generatoren 40 er på figur 3 vist innkoblet i en rørformet streng 42 og anordnet i en underjordisk brønn. Fluidstrømning gjennom en fluidledning 44 av generatoren 40 blir brukt til å forskyve en masse 46, til å belaste et forspenningselement 48, slik som en fjær, og dermed indusere deformasjon i det piezoelektriske materialet 50.

Massen 46, fjæren 48 og det piezoelektriske materialet 50 er anordnet i et kammer 52 tilformet radielt mellom ledningen 44 og et ytre hus 54. Fluidforbindelse mellom en strømningspassasje 56 som strekker seg gjennom ledningen 44 og kammeret 52 er tilveiebrakt av åpningen 58,60, henholdsvis over og under en plugg 62 i strømningspassa-sjen 56. Pluggen 62 kan fullstendig forhindre fluidstrømning direkte gjennom strøm-ningspassasjen 56, i hvilket tilfelle alt fluidet som strømmer gjennom strømningspassa-sjen blir forbikoblet gjennom kammeret 52. Alternativt kan pluggen 62 tillate noe fluid-strømning gjennom en åpning 64 i denne, i hvilket tilfelle bare en del av fluidet som strømmer gjennom strømningspassasjen blir forbikoblet gjennom kammeret 52.

Når fluid strømmer gjennom kammeret 52 mellom åpningene 58,60, bringes massen 46 til å forskyve seg på grunn av motstanden mot fluidstrømning over denne og trykkfluktuasjoner i det strømmende fluidet. Når massen 46 forskyves, blir fjæren 48 belastet

(dvs. at kraft blir lagret i denne) og dette resulterer i at deformasjon blir indusert i det piezoelektriske materialet 50. Deformasjon i det piezoelektriske materialet 50 bringer dette til å kunne produsere elektrisitet, som blir ledet fra ledningen 66 til en elektrisk kraftforbrukende anordningen (ikke vist) enten på avstand fra eller nær generatoren 40.

Det refereres nå i tillegg til figur 4 hvor en annen kraftgenerator 68 som virkeliggjør prinsippene ved den foreliggende oppfinnelsen er representativt og skjematisk illustrert. Som vist på figur 4, er generatoren 68 innkoblet i en rørformet streng 70 og anordnet i en underjordisk brønn. Generatoren 68 innbefatter et fluidkammer 72 som er i fluidforbindelse via en åpning 74 med en strømningspassasje 76 som strekker seg i en fluidledning 78. Kammeret 72 er formet radielt mellom ledningen 78 og et ytre hus 80.

Det vil lett forstås av en fagkyndig på området at når trykkfluktuasjoner erfares i strøm-ningspassasjen 76, slik som på grunn av fluid som strømmer gjennom strømningspassa-sjen 76, vil kammeret 72 vibrere. Kammeret 72 er fortrinnsvis "avstemt" slik at det vibrerer ved en av dets resonansfrekvenser som er i samsvar med hastigheten, tettheten, etc. i fluidet som strømmer forbi åpningen 74. Kammerets 72 volum kan for eksempel juste-res for å "avstemme" kammeret til en passende resonansfrekvens. En måte å justere kammerets 72 volum er å tilveiebringe et stempel 82 forskyvbart ved hjelp av en gjen-get krave 84, slik at når stemplet blir forskjøvet kan volumet til kammeret økes eller minskes etter ønske.

Forskjellige fremgangsmåter kan anvendes for å generere elektrisk kraft fra vibrasjoner til kammeret 72. Piezoelektrisk materiale 86 kan være festet internt eller eksternt til ledningen 78 hvor denne danner en indre vegg av kammeret 72. Piezoelektrisk materiale 88 kan være festet internt eller eksternt til huset 80 hvor det danner en ytre vegg av kammeret 72. Piezoelektrisk materiale 90 kan være festet til en relativt tynn membran 92 som avgrenser et parti av kammeret 72. Det piezoelektriske materialet 94 kan være festet til stemplet 82, for eksempel anordnet mellom stemplet og kraven 84. Det vil selvføl-gelig lett forstås at kammerets 72 vibrasjon kan benyttes til å generere elektrisk kraft like gjerne på annen måte, uten å forlate prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen.

Ledninger 87,89,91 og 95 leder elektrisiteten produsert av de respektive piezoelektriske materialene 86, 88,90 og 94, til elektrisk kraftforbrukende anordning(er) (ikke vist) enten på avstand fra eller nær generatoren 68.

Det refereres nå i tillegg til figurene 5 og 6, hvor det skjematisk og representativt er illustrert en konfigurasjon av en fluidledning 96 som kan benyttes i en hvilken som helst av kraftgeneratorene som er beskrevet her. Ledningen 96 har spiralform. Når fluidet strøm-mer gjennom en strømningspassasje 98 som strekker seg gjennom ledningen 96, blir turbulens indusert i fluidet. Denne turbulensen blir brukt til å øke forskyvningen av et element til en generator som reagerer på fluidstrømning gjennom denne.

Dersom for eksempel ledningen 96 blir byttet ut med ledningen 14 i generatoren 10 beskrevet ovenfor, vil ledningen 96 selv bøyes i en større grad og resultere i et økt elektrisk utsignal fra det piezoelektriske materialet 18, på grunn av de økte trykkfluktuasjonene i strømningspassasjen 98. Dersom ledningen 96 blir utbyttet med ledningen 26 i generatoren 24 beskrevet ovenfor (i hvilket tilfelle ledningen 96 vil være utstyrt med partiet 34 med en redusert veggtykkelse som det piezoelektriske materialet 30 er festet til), vil økte trykkfluktuasjoner i strømningspassasjen 98 resultere i en økt bøyning av partiet 34 og økt elektrisk utsignal fra det piezoelektriske materialet 30. Dersom ledningen 96 blir byttet ut med ledningen 44 i generatoren 40 beskrevet ovenfor (i hvilket tilfelle ledningen 96 vil være utstyrt med åpningene 58,60 og pluggen 62 for direkte fluidstrømning til kammeret 52), vil økt turbulens i fluidet som strømmer gjennom strømningspassasjen 98 bli overført til kammeret 52 og resultere i økt forskyvning av massen 46, og derved forårsake økt elektrisk utsignal fra det piezoelektriske materialet 50. Dersom ledningen 96 blir byttet ut med ledningen 78 i generatoren 68 beskrevet ovenfor (i hvilket tilfelle ledningen 96 vil være utstyrt med åpningen 74 for forbindelse med kammeret 72), vil økt turbulens i fluidet som strømmer gjennom strømningspassa-sjen 98 resultere i økt vibrasjon av kammeret 72, og derved besørge økt elektrisk utsignal fra de forskjellige piezoelektriske materialene 86,88,90 og 94.

Det er å merke seg at ledningen 96 kan være av et materiale, for eksempel titan eller et komposittmateriale, etc. som tilveiebringer økt bøyning av ledningen på grunn av trykkfluktuasjoner i denne, for de utførelsene av kraftgeneratorer som er beskrevet her, hvor elektrisk kraft blir produsert som respons på bøyning av en fluidledning.

Det refereres nå i tillegg til figur 7 og 8 hvor en annen konfigurasjon av en fluidledning 100 som kan benyttes i en hvilken som helst av kraftgeneratorene som er beskrevet her, for å indusere turbulens i fluidstrømning, er representativt og skjematisk illustrert. Ledningen 100 har en strømningspassasje 102 som strekker seg gjennom denne. En uttagning 104 er tilformet internt på ledningen 100 og strekker seg spiralformet i denne (uttagningen danner en del av strømningspassasjen 102), slik at turbulens blir indusert i fluidstrømmen gjennom strømningspassasjen.

På en tilsvarende måte som det som er beskrevet ovenfor for ledningen 96, kan den økte turbulensen i strømningspassasjen 102 forårsaket av den spiralformete uttagningen 104 brukes til å øke det elektriske utbyttet fra en hvilken som helst av effekt eller kraftgeneratorene beskrevet her. I tillegg innbefatter ledningen 100 et ytre fremspring 106 tilformet spiralformet på denne, som kan brukes til å øke turbulens i fluid som strømmer utenfor ledningen 100. Dersom for eksempel ledningen 100 settes inn i stedet for ledningen 44 i generatoren 40 beskrevet ovenfor, kan fremspringet 106 brukes for å øke turbulensen i fluidet som strømmer gjennom kammeret 52.

Det er å merke seg at ledningen 100 kan være laget av et materiale, for eksempel titan eller komposittmateriale, etc, som forbedrer økt bøyning av ledningen på grunn av trykkfluktuasjoner i denne, for de utførelser av kraftgeneratorer som er beskrevet her og hvor elektrisk effekt produseres som respons på bøyning av en fluidledning.

Det må klart forstås at eksemplene ovenfor om ledningene 96,100 som er fonnet for å øke turbulens i fluidstrømning gjennom en nedihulls kraftgenerator bare er gitt for å il-lustrere det store mangfoldet av slike fremgangsmåter for å øke turbulens, og hvilke som helst andre innretninger for å øke turbulens i fluidstrømning kan anvendes, uten å forlate prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen. For eksempel er det ikke nødven-dig å benytte spiralformer ettersom fluidledninger i stedet kunne være korrugerte på inn-siden og/eller på utsiden, ha andre typer uttagninger og/eller fremspring tilformet internt og/eller eksternt, etc. for å øke turbulensen i fluidstrømning.

Det refereres nå i tillegg til figur 9 hvor en annen kraftgenerator 108 som virkeliggjør prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen er representativt og skjematisk illustrert. På figur 9 er generatoren 108 vist innkoblet i en rørformet streng 110 anordnet i en underjordisk brønn. Generatoren 108 innbefatter element 112 som strekker seg innover i en strømningspassasje 114 tilformet gjennom en fluidledning 116.

Det er å merke seg at elementene 112 strekker seg generelt på tvers av retningen til fluidstrømning gjennom strømningspassasjen 114. Det vil lett forstås at elementene 112 vil vibrere når fluid strømmer gjennom strømningspassasjen 114 og over elementene. For å øke elementenes 112 vibrasjon kan fremspring 118 være tilveiebrakt i strømnings-passasjen oppstrøms for elementene for å indusere turbulens i fluidet som strømmer oppover disse. Andre innretninger for å indusere turbulens i fluidet som strømmer over elementene 112 kan selvfølgelig benyttes, uten å forlate prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen.

Piezoelektrisk materiale 120 er anordnet mellom hvert av elementene 112 og ledningen 116 i uttagninger 122 tilformet internt på ledningen. Det piezoelektriske materialet 120 støtter elementene 112 i posisjon i forhold til ledningen 116 og kan omgi ethvert element, slik at forskyvningen av elementet i en hvilken som helst retning induserer deformasjon i det piezoelektriske materialet, hvilket resulterer i et elektrisk utsignal eller ut-bytte fra det piezoelektriske materialet.

Fremspringene 118, ved å øke turbulensen i fluidet som strømmer over elementene 112, øker forskyvningen av elementene og derved øker elektrisiteten som produseres av det piezoelektriske materialet 120. Ledningen 124 leder elektrisiteten til en elektrisk kraftforbrukende anordning (ikke vist) enten fjernt fra eller nær generatoren 108.

Det refereres i tillegg nå til figur 10 hvor en annen kraftgenerator 126 som virkeliggjør prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen er representativt og skjematisk illustrert. Generatoren 126 er på figur 10 vist innkoblet i en rørformet streng 128 anordnet i en underjordisk brønn. Generatoren 126 innbefatter en fluidledning 130 som har en strøm-ningspassasje 132 som strekker seg gjennom denne og et element 134 som har en åpning 136 tilformet gjennom dette. Fluid som strømmer gjennom strømningspassasjen 132 strømmer også gjennom åpningene 136.

Elementet 134 er vekselvirkende anordnet i strømningspassasjen 132. Det vil lett forstås at ettersom fluid strømmer gjennom åpningen 136 vibrerer elementet 134 i forhold til ledningen 130. Denne forskyvningen av elementet 134 blir brukt for å indusere deformasjon i et piezoelektrisk materiale 138 anordnet mellom et radielt forstørret parti 140 av elementet og ledningen 130 i en uttagning 142 tilformet internt på ledningen.

Fremspring 144 strekker seg inn i strømningspassasjen 132 oppstrøms for åpningen 136, for å indusere turbulens i fluidet som strømmer gjennom åpningen. Det vil lett forstås at denne økningen av turbulensen forårsaket av fremspringene 144 vil øke forskyvningen av elementet 134 på grunn av fluidstrømningen gjennom åpningen 136 og derved øke deformasjonen som induseres i det piezoelektriske materialet 138 og økning av den elektriske utmatning fra det piezoelektriske materialet. Elektrisiteten som produseres av det piezoelektriske materialet 138 blir ledet til en elektrisk kraftforbrukende anordning (ikke vist) enten på avstand fra eller nær generatoren 126, ved hjelp av ledninger 146.

Det refereres i tillegg nå til figur 11, hvor en annen kraftgenerator 148 som virkeliggjør prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen er representativt og skjematisk illustrert. På figur 11 er generatoren 148 vist innkoblet i en rørformet streng 150 anordnet i en underjordisk brønn. Generatoren 148 innbefatter en fluidledning 152 som har en strøm-ningspassasje 154 strekker seg gjennom denne og et element 156 anordnet i strømnings-passasjen. To holdeinnretninger 158 forhindrer elementet 156 i å forskyve seg ut av strømningspassasjen 154 når fluid strømmer gjennom strømningspassasjen.

Elementet 156 er vist på figur 11 som en kule, men det må klart forstås at et annerledes formet element kan benyttes i generatoren 148 uten å forlate prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen. Det vil lett forstås at når fluid strømmer gjennom strømningspas-sasjen 154, vil elementet 156 forskyve seg som respons på dette. Forskyvning av elementet 156 kan benyttes til å produsere elektrisitet i generatoren 148 på forskjellige må-ter.

I stedet for å bli holdt i strømningspassasjen 154 av holdeinnretningene 158, kan for eksempel elementet 156 være fritt til å forflytte seg i en hvilken som helst retning innenfor strømningspassasjen. I dette tilfellet vil elementet 156 periodisk kontakte holdeinnretningene 158 og forårsake noe forskyvning av holdeinnretningene. Piezoelektrisk materiale 160 anordnet mellom holdeinnretningene 158 og fluidledningen 152 i uttagninger 162 tilformet internt i ledningen blir deformert av forskyvningen av holdeinnretningen og produserer elektrisitet som respons på dette. Det piezoelektriske materialet 160 kan omgi hver ende av holdeinnretningene 158 som vist på figur 11 og kan støtte holdeinnretningene 158 i posisjon i forhold til ledningen 152.

Som et annet eksempel på en måte hvorved forskyvning av elementet 156 kan benyttes til å produsere elektrisitet i generatoren 148, kan elementet 156 være støttet til posisjon i forhold til ledningen 152 av piezoelektrisk materiale 164 anordnet mellom elementet og ledningen. I dette tilfellet er elementet 156 ikke fullstendig fritt til å bevege seg i strøm-ningspassasjen 154, men vibrerer i stedet som respons på fluid som strømmer gjennom passasjen. Denne vibrasjonen av elementer 156 induserer deformasjon i det piezoelektriske materialet 164 og det piezoelektriske materialet produserer elektrisitet som respons på dette.

Ledninger 166 eller 168 leder elektrisiteten produsert av det piezoelektriske materialet 160 eller 164 til en kraftforbrukende anordning (ikke vist) enten fjernt fra eller nær generatoren 148.

Det refereres i tillegg nå til figur 12, hvor en annen kraftgenerator 170 som virkeliggjør prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen er representativt og skjematisk illustrert. Generatoren 170 er på figur 12 vist innkoblet i en rørformet streng 172 anordnet i en underjordisk brønn. Generatoren 170 innbefatter en fluidledning 174 som har en strøm-ningspassasje 176 som strekker seg i denne og et ringformet hulrom 178 tilformet internt i denne.

En relativt tynn, generelt rørformet membran 180 separerer strømningspassasjen 176 fra hulrommet 178 mens det fremdeles tillates fluidstrømning gjennom strømningspassa-sjen. Det vil lett forstås at ettersom trykkfluktuasjoner blir erfart i strømningspassasjen 176, slik som på grunn av fluid som strømmer gjennom strømningspassasjen 176, vil membranen 180 bøyes som respons på trykkfluktuasjoner. Bøyning av membranen 180 induserer deformasjon i et piezoelektrisk materiale 182 anordnet i hulrommet 178. Det piezoelektriske materialet 182 kan være ringformet og kan utover omgi membranen 180 som vist på figur 12. Det må imidlertid klart forstås at membranen 180, hulrommet 178 og det piezoelektriske materialet 182 kan være formet på annen måte enn det som er vist på figur 12 uten å forlate prinsippene for den foreliggende oppfinnelsen.

Membranen 180 tilhørende generatoren 170 isolerer tettende hulrommet fra strømnings-passasjen 176. Terninger 184 kan være tilveiebrakt ved hver ende av membranen 180 for å tette mellom membranen 180 og ledningen 174, eller denne tetningen kan være tilveiebrakt på annen måte. Hulrommet 178 er fortrinnsvis ved atmosfæretrykk for å øke forskyvningen av membranen 180 som respons på trykk i strømningspassasjen 176.

Deformasjonen indusert i det piezoelektriske materialet 182 på grunn av bøyningen til membranen 180 bringer det piezoelektriske materialet til å produsere elektrisitet. Elektrisiteten blir ledet av ledninger 186 til en elektrisk effektforbrukende anordning (ikke vist) enten på avstand fra eller nær generatoren 170.

En fagkyndig på området vil naturligvis etter omhyggelig vurdering av beskrivelsen ovenfor av representative utførelser av oppfinnelsen lett forstå av mange modifikasjo-ner, tillegg, substitusjoner, utelatelser og andre endringer kan foretas med de spesifikke utførelsene, og slike endringer er dekket av prinsippene ved den foreliggende oppfin-neise. Følgelig må den forutgående detaljerte beskrivelsen klart forstås som å være gitt bare som illustrasjon og eksempel, idet rammen for den forliggende oppfinnelsen kun er begrenset av de medfølgende patentkravene.

Claims

1. Elektrisk kraftgenerator (40; 68; 108; 126; 170) for bruk i forbindelse med en underjordisk brønn, karakterisert ved a) at det er tilveiebragt en fluidledning (78; 116; 130; 174) med relatert fluidstrøm-ningspassasje (114; 176) og som er utformet for strømning av fluid gjennom denne, b) at et piezoelektrisk materiale (50; 86; 88; 90; 120; 138; 182) er operativt samvirkende med strømnings-passasjen og utformet til å frembringe elektrisitet som en funksjon av oppførsel eller trykk av fluid som passerer gjennom passasjen, og c) at samvirke mellom strømningspassasjen og det piezoelektriske materialet er velgbart fra ett av følgende trekk: cl) at strømningspassasjen er utformet slik at den bevirker turbulens i fluid-strømmen igjennom denne, idet det piezoelektriske materialet er festet til passasjen og frembringer elektrisitet som reaksjon på trykkfluktuasjoner i passasjen som skyldes turbulens i fluidstrømmen, c2) at et fluidkammer (72) danner strømningspassasjen, idet kammeret vibrerer som reaksjon på trykkfluktuasjoner i fluidet, og der det piezoelektriske materialet (88;

90) er festet til fluidkammeret for å frembringe elektrisitet som reaksjon på fluid-kam-mervibrasjon, c3) at et element (112) strekker seg inn i strømningspassasjen (114), idet elementet vibrerer som reaksjon på fluidstrømning, og der det piezoelektriske materialet (120) frembringer elektrisitet som reaksjon på elementets vibrasjon, c4) at et element (134) med en åpning (136) derigjennom er tilveiebragt, idet fluid som strømmer gjennom strømningspassasjen i fluidledningen også strømmer gjennom åpningen, at elementet vibrerer som reaksjon på fluidstrømning gjennom åpningen, og at det piezoelektriske materialet (138) er anbragt nær elementet, idet det piezoelektriske materialet frembringer elektrisitet som reaksjon på elementets vibrasjon, c5) at en membran (180) atskiller strømningspassasjen (176) fra et hulrom (178), idet membranen er innrettet til å bøye seg som reaksjon på trykkfluktuasjoner i strøm-ningspassasjen, at hulrommet (178) er hovedsakelig ringformet og utad omgir membranen, og at det piezoelektriske materialet (182) er anbragt i hulrommet og frembringer elektrisitet som reaksjon på membranens bøyning, og c6) at et ytre hus på generatoren danner strømningspassasjen, at en masse (46) er anbragt frem og tilbake bevegelig i forhold til huset, og at et forspenningselement (48) er plassert i forhold til massen og det piezoelektriske materialet (50) på slik måte, at forspenningselementet og det piezoelektriske materialet utsettes for deformasjon når massen forflytter seg i forhold til huset, idet trykkfluktuasjoner i huset bevirker massen til å forflytte seg og derved bevirker deformasjon i det piezoelektriske materialet via forspenningselementet.

2. Generator som angitt i trekkene a), b) og cl) i krav 1, karakterisert ved at passasjen har en del derav med redusert tykkelse, idet det piezoelektriske materialet (120) er festet nær delen som har den reduserte tykkelse.

3. Generator som angitt i krav 2, karakterisert ved at delen med redusert tykkelse har en økt grad av bøyning som reaksjon på trykkfluktuasjonene i ledningen (116) enn hva den resterende del av ledningen har.

4. Generator som angitt i trekkene a), b) og cl) i krav 1, karakterisert ved at det piezoelektriske materialet (120) er festet til en utvendig overflate av strømningspassasjen.

5. Generator som angitt i trekkene a), b) og cl) i kravl, karakterisert ved at strømningspassasjen har en fordypning (118) innvendig på denne, idet fordypningen bevirker turbulens i fluidstrømmen gjennom strømningspassa-sjen.

6- Generator som angitt i trekkene a), b) og c2) i krav 1, karakterisert ved at trykkfluktuasjonene i fluidet skyldes fluidstrøm gjennom fluidledningen (78).

7. Generator som angitt i trekkene a), b) og c2) i krav 1, karakterisert ved at det piezoelektriske materialet (90) er festet til en membran (92) som avgrenser en del av fluidkammeret.

8. Generator som angitt i trekkene a), b) og c2) i krav 1, karakterisert v e d at fluidkammeret (72) er dannet mellom fluidledningen (78) og et ytre hus som utad omgir fluidledningen.

9. Generator som angitt i krav 8, karakterisert ved at det piezoelektriske materialet (88) er festet til det ytre huset.

10. Generator som angitt i trekkene a), b) og c2) i krav 1, karakterisert ved at det piezoelektriske materialet (94) er festet til et stempel (82).

11. Generator som angitt i krav 10, karakterisert ved at stempelet (82) er forflyttbart i forhold til fluidledningen for derved å justere et volum i fluidkammeret.

12. Generator som angitt i trekkene a), b) og c2) i krav 1, karakterisert ved at det piezoelektriske materialet (86) er festet til fluidledningen (78).

13. Generator som angitt i trekkene a), b) og c2) i krav 1, karakterisert ved at fluidledningen (78) er formet slik at den bevirker turbulens i fluidstrømningen gjennom denne.

14. Generator som angitt i trekkene a), b) og c3) i krav 1, karakterisert ved at elementet (112) strekker seg generelt på tvers i forhold til strømningspassasjen (114).

15. Generator som angitt i trekkene a), b) og c3) i krav 1, karakterisert ved at det piezoelektriske materialet (120) støtter elementet (112) i posisjon i forhold til fluidledningen (116).

16. Generator som angitt i trekkene a), b) og c3) i krav 1, karakterisert ved at fluidledningen (116) dessuten har et fremspring (118) som strekker seg innad i strømningspassasjen (114), idet fremspringet bevirker turbulens i fluidstrømmen gjennom strømningspassasjen, hvorved elementets vibrasjon økes.

17. Generator som angitt i trekkene a), b) og c4) i krav 1, karakterisert ved dessuten å omfatte en struktur som bevirker turbulens i en fluid-strøm gjennom fluidledningens (130) strømningspassasje.

18. Generator som angitt i krav 17, karakterisert ved at strukturen strekker seg generelt på tvers av strømningspassasjen dannet gjennom fluidledningen (130).

19. Generator som angitt i trekkene a), b) og c5) i krav 1, karakterisert ved at trykkfluktuasjonene skyldes fluidstrømning gjennom strømningspassasjen (176).

20. Generator som angitt i trekkene a), b) og c5) i krav 1, karakterisert ved at membranen (180) er generelt tubulær.

21. Generator som angitt i trekkene a), b) og c5) i krav 1, karakterisert ved at membranen (180) på avtettet måte isolerer hulrommet fra strømningspassasjen.

22. Generator som angitt i trekkene a), b) og c5) i krav 1, karakterisert ved at det piezoelektriske materialet (182) er generelt ringformet og utad omgir membranen.

23. Generator som angitt i trekkene a), b) og c6) i krav 1, karakterisert ved at trykkfluktuasjonene skyldes fluid som strømmer gjennom huset.

24. Generator som angitt i trekkene a), b) og c6) i krav 1, karakterisert ved dessuten å omfatte en fluidledning som strekker seg i det ytre huset, idet massen (46), forspenningselementet (48) og det piezoelektriske materialet (50) befinner seg utvendig plassert i forhold til fluidledningen.

25. Generator som angitt i trekkene a), b) og c6) i krav 1, karakterisert ved at formen av fluidledningens strømningspassasje anbragt inne i det ytre huset bevirker turbulens i fluidstrømmen gjennom fluidledningen, hvorved frembringes trykkfluktuasjonene for å forflytte massen (46).

26. Fremgangsmåte for å produsere kraft i en underjordisk brønn, der fremgangsmåten innbefatter trinnene: å sammenkoble en fluidledning i en tubulær streng (150), å plassere den tubulære strengen i den underjordiske brønnen, og å la fluid strømme gjennom fluidledningen (152),karakterisert ved å forflytte et element (156) inne i fluidledningen som reaksjon på fluidstrømningstrinnet, og å produsere elektrisitet fra et piezoelektrisk materiale (164) som reaksjon på forflytning av elementet (156).

27. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, karakterisert ved at i trinnet med forflytning av elementet (156) hindres elementet fra å forflytte seg ut av fluidledningen ved hjelp av en fastholder (158).

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 27, karakterisert v e d at elementforflytningstrinnet dessuten omfatter å la fastholderen (158) danne kontakt med elementet (156), og at i trinnet for produsering av elektrisitet produserer det piezoelektriske materialet (160) elektrisitet som reaksjon på at elementet danner kontakt med fastholderen.

29. Fremgangsmåte som angitt i krav 27, karakterisert ved dessuten å omfatte trinnet å understøtte fastholderen (158) ved bruk av det piezoelektriske materialet (160).

30. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, karakterisert ved dessuten å omfatte trinnet å understøtte elementet (156) i fluidledningen ved bruk av det piezoelektriske materialet (164).