NO338366B1 - Anordning og fremgangsmåte for varming og kjøling av elektriske komponenter i en borehullsoperasjon - Google Patents

Description

Denne søknaden vedrører generelt petroleumsutvinningsoperasjoner. Særskilt vedrører søknaden en konfigurasjon for bruk av elektronikk i borehullsverktøy for slike operasjoner.

I løpet av boreoperasjoner tilveiebringer måling-mens-boring (MWD) og logging-mens-boring (LWD) systemer så vel som kabelsystemer borehullsretningsregistreringer, petrofysiske brønnlogger og boringsinformasjon for å lokalisere og utvinne hydrokarboner fra under jordoverflaten. Ulike verktøyer som brukes i disse operasjonene innbefatter ulike elektriske komponenter. Eksempler på slike verktøy innbefatter sensorer for å måle ulike brønnhullsparametere, datalagringsinnretninger, strømningsstyringsinnretninger, sendere/mottagere for datakommunikasjon etc. Brønnhulltemperaturer kan variere mellom lave til høye temperaturer, hvilket kan negativt påvirke operasjonen av de elektriske komponentene.

En kjent anordning og metode i samsvar med innledningen ttil de uavhengige kravene ervistiUS 5,931,00 A.

Et første aspekt av gjeldende oppfinnelse tilveiebringer en anordning som beskrevet i uavhengige krav 1.

Et andre aspekt av gjeldende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte som beskrevet i uavhengige krav 14.

Ytterigere egenskaper av gjeldende oppfinnelse er tilveiebragt som beskrevet i de vedlagte avhengige kravene.

I utførelsesformer, en anordning innbefatter et verktøy for brønnhullsoperasjon. Verktøyet innbefatter en brønnhulleffektkilde til å danne effekt. Verktøyet inkluderer også en kjølerenhet til å senke temperatur basert på effekten.

Utførelsesformer ifølge den foreliggende oppfinnelse kan best forstås ved å henvise til den følgende beskrivelse og vedlagte tegninger som illustrerer slike utførelsesformer. Nummereringssystemer for figurene inkludert heri er slik at det første tallet for et gitt henvisningstall i en figur er forbundet med nummeret til figuren. For eksempel kan et verktøy 100 finnes i figur 1. Henvisningstallene er imidlertid de samme for disse elementene som er de samme gjennom ulike figurer. I tegningene:

Fig. 1 illustrerer et verktøy for borehullsoperasjon som innbefatter en konfigurasjon for elektriske komponenter i stand til å fungere ved høye temperaturer i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 illustrerer et mer detaljert riss over et verktøy for borehullsoperasjon som innbefatter en konfigurasjon for elektriske komponenter i stand til å fungere ved høye temperaturer i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 3A-3B illustrerer mekaniske fjærkonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 4A-4B illustrerer hydrostatiske kammerkonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 5A-5B illustrerer eleverte massekonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 6A-6B illustrerer differenstrykkrivningskonfigurasjoner som energilagringsinnretning i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 7A-7B illustrerer komprimert gassdrivningskonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 8 illustrerer et mer detaljert riss over et verktøy for borehullsoperasjon som innbefatter en konfigurasjon for å styre effektflyt mellom varming og kjøling i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 9 illustrerer et plott over temperaturer av tofaseendringsmaterialer som funksjon av tid i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 10 illustrerer effekt og varmeflyt i et verktøy for borehullsoperasjon som innbefatter en konfigurasjon for å styre effektflyt mellom varming og kjøling i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 11 illustrerer et flytdiagram for styring av effektflyt mellom varming og kjøling i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 12 illustrerer effektflyt i et verktøy for brønnhulloperasjon som innbefatter en oppladbar energilagringsinnretning i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 13 illustrerer varmeflyt i et verktøy for borehullsoperasjon som innbefatter en oppladbar energilagringsenhet i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Varmeflyter fra en turbingenerator 806 og en kjøler 804 til en slamstrøm 808. Fig. 14A illustrerer et mer detaljert riss over et verktøy for borehullsoperasjon som innbefatter oppladbare energilagringsinnretninger for å levere effekt i borehullet i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 14B illustrerer et mer detaljert riss over et verktøy for borehullsoperasjoner som innbefatter oppladbar energilagringsinnretninger til å levere effekt i borehullet i henhold til andre utførerlsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 15A illustrerer et borehull i løpet av kabelloggingsoperasjoner som innbefatter vanningen og/eller kjølingen i borehullet, i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 15B illustrerer et borehull i løpet av MWD operasjoner som innbefatter varme og/eller kjølingen i borehullet, i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen.

Fremgangsmåter, anordninger og systemer for å varme og kjøle nede i brønnhullet beskrives. I den følgende beskrivelsen fremsettes tallrike spesifikke detaljer. Det forstås imidlertid at utførelsesformer ifølge oppfinnelsen kan utføres uten disse spesifikke detaljene. I andre tilfeller er velkjente kretser, strukturer og teknikker ikke blitt vist i detalj for å forvanske forståelsen av denne beskrivelsen.

Noen utførelsesformer innbefatter konfigurasjoner som har elektriske komponenter som er i stand til å fungere ved høye temperaturer i kombinasjon med varm avgass kjølingssystemer. Noen utførelsesformer innbefatter ulike kommersielle på hyllen (COTS) elektronikk (slik som høytettshetsminne og mikroprosessorer) som er innkapslet i en termisk isolerende beholder som kan kjøles ved hjelp av et varm avgasskjølingssystem. Kjølesystemet kan innbefatte kjøleribber, varmeutvekslere og andre komponenter for å forbedre termisk energioverføring. Dessuten kan konfigurasjonen innbefatte komponenter i stand til å utstøte varme til omliggende miljø. For eksempel kan verktøytrykkhylsen, borestringen etc. være koblet til en kjøleribbe, en varmeutveksler, etc. for å uttømme varmen. I noen utførelsesformer kan visse elektriske komponenter være i stand til å fungere ved høye temperaturer. For eksempel kan de elektriske komponentene som er del av effektkilden (slik som en strømningsdrevet generator), sensorene, telemetrikomponentene, etc. være i stand til å fungere ved høye temperaturer. Noen utførelsesformer tillater bruken av COTS mikroprosessorer og minne nedi i brønnhullet som er i stand til å fungere ved lave temperaturer. Følgelig kan behandlingshastigheten være større og minnetettheten høyere enn hva som kan oppnås ved å bruke høytemperaturelektriske komponenter.

Noen utførelsesformer innbefatter en effektgenerator som betjenes svitsj bart for å tilveiebringe effekt til både en varmer og en kjøler i brønnhullet. For eksempel hvis temperaturen er lav kan noe eller alt av effekten svitsjes til en varmer som kan brukes til å heve temperaturen til en energilagringsinnretning. I motsatt tilfelle, hvis temperaturen er høy, kan noe eller alt av effekten svitsje til en kjøler som kan brukes til å senke temperaturen til eletronikken.

Noen utførelsesformer innbefatter en oppladbar energilagringsinnretning, som kan brukes i kombinasjon med en alternativ effektkilde (slik som en turbingenerator drevet av slamstrømning i brønnhullet). De oppladbare energilagringsinnretningene kan være i stand til å fungere ved høye temperaturer. Oppladbare energilagringsinnretninger i stand til å fungere ved høye temperaturer overstiger arbeidstemperaturgrensene til standard energilagringsinnretninger (slik som standard litiumbatterier). Dessuten kan oppladning av energilagringsinnretningene i brønnhullet tillate en større lagringsinnretnings-utnyttelsesgrad enn hva som ville være påkrevet med ikke oppladbare energilagringsinnretninger.

Selv om utførelsesformene er beskrevet med henvisning til fjerningen av varme fra elektriske komponenter, kan slike utførelsesformer brukes til å fjerne varme fra hvilken som helst type komponenter. For eksempel kan komponentene være mekaniske, elektromekaniske etc. I den følgende beskrivelsen defineres definisjonen av høytemperatur og lavtemperatur for ulike komponenter. Slike temperaturdefinisjoner er relative til komponenten og kan eller kan ikke være uavhengige av temperaturene til andre komponenter. For eksempel kan en høy temperatur for komponent A være forskjellig fra en høy temperatur for komponent B.

Denne beskrivelsen av utførelsesformer er oppdelt i fire deler. Den første delen beskriver et verktøy i en borehullsoperasjon. Den andre delen beskriver ulike konfigurasjoner for en svitsj bar betjent i brønnhullet effektkilde for varming og kjøling i et boreverktøy. Den tredje delen beskriver ulike konfigurasjoner som bruker en oppladbar energilagringsinnretning i brønnhull. Den fjerde delen beskriver eksempelvise operasjonsmiljøer. Den femte delen tilveiebringer noen generelle kommentarer.

Fig. 1 illustrerer et verktøy for borehullsoperasjoner som innbefatter en konfigurasjon for elektriske komponenter i stand til å fungere ved høye temperaturer i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Særskilt illustrerer fig. 1 er verktøy 100 som kan forestille et borehullsverktøy som er del av et MWD system, en verktøykropp som er del av et kabelsystem, for eksempel et midlertidig brønntestingsverktøy, etc. Eksempler på slike systemer beskrives i større detalj nedenfor (se beskrivelse av fig. 10A-10B). Verktøyet 100 innbefatter en høytemperatureffektkilde 102, en kjølemodul 104, en termisk barriere 106 og en høytemperatursensorseksjon 108.

I noen utførelsesformer kan kjølermodulen 104 innbefatte en eller flere varmeutvekslere eller andre komponenter for termisk energioverføring. Varmevekslerne kan være parallellstrøm varmeutvekslere, hvori to væsker kommer inn i en utveksler ved den samme enden og beveger seg gjennom utveksleren parallelt relativt til hverandre. Disse varmeutvekslerne kan være motstrømvarmeutvekslere hvori de to væskene kommer inn i en utveksler ved motsatte ender. Varmeutvekslerne kan også være krysstrømningsvarmeutvekslere, platevarmeutvekslere, etc. Varmeutvekslerne kan være bestående av flere lag av ulike materialer, slik som kobber strømningsrør med aluminiumfinner eller plater. I noen utførelsesformer innbefatter kjølermodulen en termoakustisk kjøler som er i stand til å fjerne varme fra et område av verktøyet, slik som området beslaglagt av termisk sensitiv elektronikk, og å overføre denne varmen til noen andre områder som ikke er så temperaturfølsomme.

Den termiske barrieren 106 kan være en termisk isolerende beholder. Den termiske barrieren 106 kan huse ulik elektronikk eller elektriske komponenter. For eksempel kan den termiske barrieren 106 huse elektronikk eller elektriske komponenter som fungerer ved lave temperaturer. I noen utførelsesformer er slik elektronikk eller elektriske komponenter COTS elektronikk. Høytemperatursensorseksjonen 108 innbefatter en til et antall av ulike sensorer som innbefatter elektriske komponenter som fungerer ved høye temperaturer. Alternativt kan noen av de elektriske komponentene som er i stand til å fungere ved høye temperaturer huses i den termiske barrieren 106 og fungere ved lave temperaturer.

Fig. 2 illustrerer et mer detaljert riss over et verktøy for borehullsoperasjon som innbefatter en konfigurasjon for elektriske komponenter i stand til å fungere ved høye temperaturer, i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Særskilt illustrerer fig. 2 et mer detaljert blokkdiagram over verktøyet 100. Verktøyet 100 innbefatter en høytemperatureffektkilde 202, høytemperatureffektbehandlingselektronikk 204, en energilagringsinnretning 203, kjølemodulen 104, lavtemperaturelektronikk 206, den termiske barrieren 106, høytemperaturtelemetri 212 og sensorer 214A-214N. I noen utførelsesformer er ikke alle komponentene av verktøyet 100 som illustrert i fig. 2 innarbeidet deri. I et annet eksempel kan verktøyet 100 ikke inkludere høytemperaturtelemetrien 212.

Høytemperatureffektkilden 202 er koblet til høytemperatureffektbehandlings-elektronikken 204. Høytemperatureffektkilden 202 kan tilveiebringe effekt til ulike elektriske laster i verktøyet 100. For eksempel kan de ulike elektriske laster innbefatter lavtemperaturelektronikken 206, kjølermodulen 104, sensorene 214-214N, høytemperaturtelemetrien 212, energilagringsinnretningen 203, etc. Høytemperatureffektkilden 202 kan være av ulike typer. Høytemperatureffektkilden 202 kan fremstille en hvilken som helst effektbølgeform innbefattende vekselstrøm (AC) eller likestrøm (DC). For eksempel kan høytemperatureffektkilden 202 være en strømdrevet generator som utvinner sin effekt fra slamstrømning i borehullet, en vibrasjonsbasert generator, etc. Høytemperatureffektkilden 202 kan være av aksiell, radiell eller blandet strømningstype. I noen utførelsesformer kan høytemperatureffekt-kilden 108 drives av en positiv forskyvningsmotor drevet av borevæsken, slik som en Moineau type motor.

Høytemperatureffektbehandlingselektronikken 204 kan motta og behandle effekten fra høytemperatureffektkilden 202. Høytemperatureffektkilden 202 kan være posisjonert nær sensorene 214A-214N som kan være nær borehodet av borestrengen. Høytemperatureffektkilden 202 kan være posisjonert ytterligere opp hullet nærmere forsterkerne som kan være del av telemetrisystemet.

Høytemperatureffektkilden 202 og høytemperatureffektbehandlingselektronikken 204 kan innbefatte elektriske komponenter som fungerer ved høye temperaturer. De elektriske komponentene kan bestå av silisium på isolator (SOI), slik som silisium på safir (SOS). I noen utførelsesformer kan høye temperaturer, hvori de elektriske komponentene i høytemperatureffektkilden 102 og høytemperatureffektbehandlings-elektronikken 204 fungerer i, innbefatte temperaturer over 150 grader Celsius (°C), over 175°C, over 200°C, over 220°C, i området 175-250°C, i området 175-250°C, etc.

Den termiske barrieren 106 hindrer varmeoverføring fra utsideomgivelser til elektronikken eller elektriske komponenter huset i den termiske barrieren 106.1 noen utførelsesformer kan den termiske barrieren 106 innbefatte en isolert vakumbeholder, en vakumbeholder fylt med isolerende faststoff, et materialfylt kammer, et gassfylt kammer, et gassfylt kammer, et væskefylt kammer, eller en hvilken som helst annen passende barriere. I noen utførelsesformer kan det være et mellomrom mellom den termiske barrieren 106 og utsideveggen av verktøyet 100. Dette mellomrommet kan være lufttomt og derved hindre varmeoverføring fra utsiden av verktøyet 100 til de elektriske komponentene innenfor den termiske barrieren 106. I noen utførelsesformer kan den termiske barrieren 106 huse lavtemperaturelektronikken 206, i det minste deler av kjølermodulen 104 og i det minste deler av sensorene 214A-214N. De lave temperaturene som disse elektriske komponentene kan fungere i inkluderer temperaturer under 150°C, under 175°C, under 200°C, under 220°C, under 125°C, under 100°C, under 80°C, i området 0-80°C, i området -20-100°C etc.

I noen utførelsesformer består sensorene 214A-214N av høytemperaturelektronikk og huses ikke i den termiske barrieren 106. Følgelig vil sensorene 214A-214N måtte tåle direkte kontakt med et miljø med unormalt høye temperaturer. I en slik konfigurasjon kan de termiske følsomme komponentene av sensorene 214A-214N være delvis eller totalt innkapslet i den termiske barrieren 106. Alternativt eller i tillegg kan disse termiske følsomme komponentene av sensorene 214A-214N være koblet til kjølermodulen 104. Derfor kan disse termiske følsomme komponentene holdes ved eller under deres arbeidstemperatur. Sensorene 214A-214N kan være representative for en hvilken som helst type elektronikk eller innretning for avføling, styring, datalagring, telemetri, etc.

Sensorene 214A-214N kan være ulike type sensorer for måling av ulike parametere og forhold i brønnhullet, innbefattende temperatur og trykk, de ulike karakteristikker ved undergrunnsformasjoner (slik som resistivitet, porøsitet, etc), karakteristikker ved borehullet (for eksempel størrelse, fasong, etc.),etc. Sensorene 214A-214N kan også innbefatte retningssensorer for å bestemme retningen av borehullet. Sensorene 214A-214N kan innbefatte elektromagnetiske forplantningssensorer, strålingssensorer, akustiske sensorer, trykksensorer, temperatursensorer, etc.

De elektriske komponentene innenfor høytemperaturdelen av sensorene 214 kan bestå av silisium på isolator (SOI), silisium på safir (SOS), silisiumkarbid, etc. I noen utførelsesformer innbefatter høye temperaturer hvor de elektriske komponentene av høytemperaturdelen av sensorene 214 er i stand til å fungere temperaturer over 150 grader Celsius (C°), over 175°C, over 200°C, over 220°C, i området 175-250°C, i området 175-250°C, etc. I noen utførelsesformer inkluderer den lave temperaturen ved hvilke de elektriske komponentene av lavtemperaturdelene av sensorene fungerer temperaturer under 150°C, under 175°C, under 200°C, under 220°C, under 125°C, under 100°C, under 80°C, i området 0-80°C, i området -20-100°C, etc. I noen utførelsesformer inkluderer høye temperaturer hvori de elektriske komponentene av høytemperaturtelemetrien 218 fungerer inkluderer temperaturer over 150 grader Celsius (°C), over 175°C, over 200°C, over 220°C, i området 175-250°C, i området 175-250°C, etc.

Effekt forsynes til kjølermodulen 104 fra høytemperatureffektkilden 202. Effekt kan forsynes til kjølermodulen 104 direkte fra væskeflyten i borehullet. Hvis kjølermodulen 104 drives av væskestrøm, kan en magnetisk dreiemomentkobler brukes til å unngå bruken av dynamiske tetninger ved å tillate mekanisk kobling gjennom en mekanisk væskebarriere. Denne ordningen gjør det mulig med direkte mekanisk effektsetting av kjøleren. I tillegg kan mekanisk effekt tilveiebragt av væsken brukes til å drive en hydraulisk eller pneumatisk pumpe som deretter kan brukes til å drive en hydraulisk eller pneumatisk motor eller andre komponenter som tilveiebringer mekanisk driv for kjøleren. I noen utførelsesformer kan kjølermodulen 104 innbefatte en termoakustisk kjøler. En termoakustisk kjøler drives typisk ved i det vesentlige den samme hastigheten, mens fluidflythastigheten kan variere betydelig. Derfor kan en variabel hastighetsclutch brukes for å tilveiebringe en konstant rotasjonshastighet til kjølermodulen 104. Den variable hastighetsclutchen kan ha en mekanisk overføring eller bruke en variabel reologisk væske, slik som en magnetoreologisk væske. I tillegg kan rotasjonshastigheten varieres ved å endre vinkelen finnene på generatorskovlene i væskestrømmen. Ved høye flythastigheter kan en bremse brukes til å begrense skovlenes rotasjonshastigheter. Effekten fra høytemperatureffektkilden 202 kan være elektrisk og/eller mekanisk. For eksempel kan kjølermodulen 104 gis effekt direkte med mekanisk energi. Med andre ord kan væskestrømmen forårsake mekanisk bevegelse, hvilke tilveiebringer effekt til kjølermodulen 104. Alternativt eller i tillegg kan væskestrømmen forårsake mekanisk bevegelse som danner elektrisk energi som danner mekanisk bevegelse, hvilket tilveiebringer effekt til kjølermodulen 104.

Energilagringsinnretningen 203 kan være en hvilken som helst energilagringsinnretning passende for å tilveiebringe effekt til brønnverktøy. Eksempler på energilagringsinnretninger innbefatter en primær (dvs. ikke oppladbart) batteri slik som en voltaisk celle, et litsiumbatteri, et smeltet saltbatteri, eller et termisk reservebatteri, et sekundært (dvs. oppladbart) batteri slik som et smeltet saltbatteri, et faststoffbatteri, eller et litsiumion batteri, en brenselcelle slik som en faststoffoksidbrenselcelle, en fosforsyrebrenselcelle, en alkalisk brenselcelle, en protonutvekslingsmembranbrensel-celle, eller en smeltet karbonatbrenselcelle, en kondensator, en varmemotor slik som en forbrenningsmotor, og kombinasjoner derav. De foregående energilagringsinnretninger er velkjente i faget. Passende batterier beskrives i US patent nr. 6672382 (beskriver voltaiske celler), US patent nr. 6253847 og 6544691 (beskriver termiske batterier og smeltet saltoppladbare batterier). Passende brenselceller for bruk i brønnhull er beskrevet i US patent nr. 5202194 og 6575248. Ytterligere beskrivelser vedrørende bruken av kondensatorer i brønnhull kan finnes i US patent nr. 6098020 og 6426917. Ytterligere beskrivelse vedrørende bruken av forbrenningsmotorer i brønnhull kan finnes i US patent nr. 6705085.

Energilagringsinnretningen 203 kan tilveiebringe effekt til ulike elektriske laster i verktøyet 100. For eksempel kan de ulike elektriske laster innbefatte lavtemperaturelektronikken 102, kjølingssystemet 104, sensorene 114A-114N, høytemperaturtelemetrien 112, etc. Energilagringsinnretningen 203 kan ha relativt høy minimum driftstemperaturer, hvilket vanligvis bestemmes og tilveiebringes av leverandører og/eller produsenter av energilagringsinnretninger. Gitt som eksempel er minimum driftstemperaturene for noen høytemperaturenergilagringsinnretninger som følger: en natrium/svovel smeltet saltbatteri (typisk et sekundær batteri) opererer ved fra omtrent 290°C til omtrent 390°C; et salt/metallklorid (for eksempel nikkelklorid) smeltet saltbatteri (typisk et sekundært batteri) arbeider ved fra omtrent 220°C til omtrent 450°C; et lisium aluminium/jern disulfid smeltet saltbatteri arbeider nær omtrent 500°C; et kalsium/kalsium kromat batteri arbeider nær omtrent 300°C; en fosforsyrebrenselcelle arbeider ved fra omtrent 150°C til omtrent 250°C; en smeltet karbonatbrenselcelle arbeider ved fra omtrent 650°C til omtrent 800°C; og en faststoffoksidbrenselcelle arbeider ved fra omtrent 800°C til omtrent 1000°C.

I noen utførelsesformer kan energilagringsinnretningen 203 være basert på ulike typer av mekaniske fjærkonfigurasjoner. Fig. 3A-3B illustrerer mekaniske fjærkonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 3A illustrerer en energilagringsinnretning som inkluderer en krafttorsjonsfjær 302 til å lagre kraft. Krafttorsjonsfjæren 302 er koblet til en effektkilde 308 gjennom en drivaksel 304. Følgelig kan krafttorsjonsfjæren 302 levere kraft til effektkilden 308 for å gi effekt til komponentene i verktøyet 100.

Fig. 3B illustrerer en energilagringsinnretning som innbefatter en kompresjonsfjær i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Særskilt illustrerer fig. 3B en energilagringsinnretning 320 som inkluderer en fjær 322 innenfor et avgasskammer 324. Fjæren 322 er for å lagre kraft. Fjæren 322 er koblet til en effektkilde 328 gjennom en hydraulisk væske 326. Følgelig kan fjæren 322 levere kraft til effektkilden 328 for å gi effekt til komponentene i verktøyet 100.

I noen utførelsesformer kan energilagringsinnretningen 203 være basert på ulike typer av hydrostatiske kammerkonfigurasjoner. Fig. 4A-4B illustrerer hydrostatisk kammerkonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 4A illustrerer en energilagringsinnretning som innbefatter et hydrostatisk drevet mekanisk system i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Særskilt illustrerer fig. 4A en energilagringsinnretning 400 som inkluderer et hydrostatisk trykk 402. Det hydrostatiske trykket 402 er posisjonert tilliggende et drivstempel 404 (som kan være ikke roterende). Energilagringsinnretningen 400 inkluderer også en torsjonsaksel 406 posisjonert tilliggende drivstempelet 404 (på motsatt side av det hydrostatiske trykket 402). Energilagringsinnretningen 400 innbefatter en hastighetsøker 406 posisjonert tilliggende torsjonsakselen 406 (på motsatt side av drivstempelet 404). Energilagringsinnretningen 400 innbefatter en drivaksel 410 posisjonert tilliggende hastighetsøkeren 408 (motstående torsjonsakselen 406). Energilagringsinnretningen 400 innbefatter en effektkilde 412 posisjonert tilliggende drivakselen 410 (motstående hastighetsøkeren 408). Energilagringsinnretningen 400 innbefatter også et avgasskammer 414 posisjonert tilliggende effektkilden 412 (motstående drivakselen 410).

Fig. 4B illustrerer en energilagringsinnretning som innbefatter et hydrostatisk drevet hydraulisk system i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Særskilt illustrerer fig. 4B en energilagringsinnretning 420 som innbefatter hydrostatisk trykk 422. Det hydrostatiske trykket 422 er posisjonert tilliggende et stempel 424 (som kan være flytende). Energilagringsinnretningen 420 innbefatter også en hydraulisk væske 426 som er posisjonert tilliggende stempelet 424 (motstående det hydrostatiske trykket 422). Energilagringsinnretningen 420 innbefatter en effektkilde 422 som er posisjonert tilliggende den hydrauliske væsken 426 (motstående stempelet 424). Energilagringsinnretningen 420 innbefatter et avgasskammer 430 som er posisjonert tilliggende effektkilden 428 (motstående den hydrauliske væsken 426).

I noen utførelsesformer kan energilagringsinnretningen 203 være basert på ulike typer

av eleverte massekonfigurasjoner. Fig. 5A-5B illustrerer eleverte massekonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 A illustrerer en energilagringsinnretning som innbefatter et massedrevet mekanisk system. Særskilt illustrerer fig. 5A en energilagringsinnretning 500 som inkluderer en masse 502. Massen 502 er posisjonert tilliggende en torsjonsaksel 504. Energilagringsinnretningen 500 innbefatter også en hastighetsøker 506 posisjonert tilliggende torsjonsakselen 504 (motstående massen 502). Energilagringsinnretningen 500 innbefatter også en drivaksel 508 posisjonert tilliggende hastighetsøkeren 506 (motstående torsjonsakselen 504). Energilagringsinnretningen innbefatter også en effektkilde 510 posisjonert tilliggende drivakselen 508 (motstående hastighetsøkeren 506). Fig. 5 illustrerer en energilagringsinnretning som innbefatter et massedrevet hydraulisk system. Særskilt illustrerer fig. 5 en energilagringsinnretning 520 som inkluderer en masse 522 innenfor et avgasskammer 524. Avgasskammeret 524 er posisjonert tilliggende hydraulisk væske 526. Eergilagringsinnretningen 500 innbefatter også en effektkilde 528 posisjonert tilliggende den hydrauliske væaken 526 (motstående avgasskammeret 524).

I noen utførelsesformer kan energilagringsinnretningen 203 være basert på ulike typer differenstrykkdrivningskonfigurasjoner. Fig. 6A-6B illustrerer

differenstrykkdrivningskonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 6A illustrerer en energilagringsinnretning 600 som innbefatter en ringromsport 602. Ringromsporten 602 er posisjonert tilliggende et drivstempel 604 (som kan være ikke-roterende). Energilagringsinnretningen 600 innbefatter også en torsjonsaksel 606 posisjonert motstående drivstempelet 604 (motstående ringromsporten 602). Energilagringsinnretningen 600 innbefatter også en hastighetsøker 608 posisjonert tilliggende torsjonsakselen 606 (motstående drivstempelet 604). Energilagringsinnretningen 600 innbefatter også en drivaksel 610 posisjonert tilliggende hastighetsøkeren 608 (motstående torsjonsakselen 606). Energilagringsinnretningen 600 innbefatter også en effektkilde 612 posisjonert tilliggende drivakselen 610 (motstående hastighetsøkeren 608). Energilagringsinnretningen 600 innbefatter en produksjonsrørtrykkport 614 posisjonert tilliggende effektkilden 612 (motstående drivakselen 610).

Fig. 6B illustrerer en energilagringsinnretning som innbefatter et differenstrykkdrevet hydraulisk system. Særskilt illustrerer fig. 6B en energilagringsinnretning 620 som inkluderer en ringromsport 622. Ringromsporten 622 er posisjonert tilliggende et stempel 624 (som kan være flytende). Energilagringsinnretningen 620 innbefatter også hydraulisk væske 626 posisjonert tilliggende stempelet 624 (motstående ringromsporten 622). Energilagringsinnretningen 620 innbefatter også en effektkilde 628 posisjonert tilliggende den hydrauliske væsken 626 (motstående stempelet 624). Energilagringsinnretningen 620 innbefatter også en produksjonsrørtrykkport 630 posisjonert tilliggende effektkilden 626 (motstående den hydrauliske væsken 626).

I noen utførelsesformer kan energilagringsinnretningen 203 være basert på ulike typer av komprimert gassdrivningskonfigurasjoner. Fig. 7A-7B illustrerer komprimert gassdrivningskonfigurasjoner som energilagringsinnretninger i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 7A illustrerer en energilagringsinnretning som innbefatter et komprimert gassdrevet mekanisk system. Særskilt illustrerer fig. 7A en energilagringsinnretning 700 som innbefatter en nøytralgassladning 702. Nøytralgassladningen 702 er posisjonert tilliggende et drivstempel 704 (som kan være ikke-roterende). Energilagringsinnretningen 700 innbefatter også en torsjonsaksel 706 posisjonert tilliggende drivstempelet 704 (motstående nøytralgassladningen 702). Energilagringsinnretningen 700 innbefatter også en hastighetsøker 708 posisjonert tilliggende torsjonsakselen 706 (motstående drivstempelet 704). Energilagringsinnretningen 700 innbefatter også en drivaksel 710 posisjonert tilliggende hastighetsøkeren 708 (motstående torsjonsakselen 706). Energilagringsinnretningen 700 innbefatter også en effektkilde 712 posisjonert tilliggende drivakselen 710 (motstående hastighetsøkeren 708). Energilagringsinnretningen 700 innbefatter et avgasskammer 714 posisjonert tilliggende effektkilden 712 (motstående drivakselen 710).

Fig. 7B illustrerer en energilagringsinnretning som innbefatter et komprimert gassdrevet hydraulisk system. Særskilt illustrerer fig. 7B en energilagringsinnretning 720 som innbefatter en nøytralgassladning 722. Nøytralgassladningen 722 er posisjonert tilliggende et stempel 724 (som kan være flytende). Energilagringsinnretningen 720 innbefatter også hydraulisk væske 726 posisjonert tilliggende stempelet 724 (motstående nøytralgassladningen 722). Energilagringsinnretningen 720 innbefatter også en effektkilde 728 posisjonert tilliggende den hydrauliske væsken 726 (motstående stempelet 724). Energilagringsinnretningen 720 innbefatter et avgasskammer 730 posisjonert tilliggende effektkilden 728 (motstående den hydrauliske væsken 726).

Derfor, som beskrevet, tilveiebringer noen utførelsesformer en kombinasjon av lavtemperatur elektriske komponenter (slik som dem huset i den termiske barrieren 126) med høytemperaturelektriske komponenter (slik som de som er del av høytemperatur-effektkilden 202, høytemperatureffektbehandlingselektronikken 204, høytemperatur-telemetrien 212, sensorene 214, etc) for borehulloperasjoner.

En styreenhet brukes til å styre flyten av effekt i verktøyet 100. Fig. 8 illustrerer et mer detaljert riss over et verktøy for borehullsoperasjoner som innbefatter en konfigurasjon for å styre effektflyt mellom varming og kjøling i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Særskilt illustrerer fig. 8 et mer detaljert blokkdiagram over deler av verktøyet 100. Fig. 8 innbefatter en effektkilde 802 koblet til en styreenhet 824. Styreenheten 824 er koblet til sensorene 812. Styreenheten 824 er også koblet til varmeinnretningene 806 og en kjølermodul 822. Varmeinnretningene 806 er termisk koblet til energilagringsinnretning 804. Kjølermodulen 822 er termisk koblet til elektronikken 820. Den termiske koblingen kan være gjennom ledning, konveksjon, stråling, etc. En valgfri termisk barriere 816 kan også i det minste delvis omgi varmeinnretningen 806, sensoren 812 og energilagringsinnretningen 804. En valgfri termisk barriere 818 kan også i det minste delvis omgi kjølermodulen 822, elektronikken 820 og sensoren 812. Varmeinnretningene 806 kan være ohmsk motstandsvarmeinnretninger. Effektkilden 802 og kjølemodulen 822 kan være lignende effektkilden og kjølermodulen henholdsvis illustrert i fig. 2.

Valgfrie varmesluk 835 kan være termisk koblet til varmeinnretningene 806. Varmesluk 835 for varmeinnretningene 806 muliggjør at varmeenergi gis til energilagringsinnretningen 804 på et tidspunkt når energi ikke forbrukes av andre komponenter. For eksempel kan faseendringsmaterialet innenfor varmeslukene 835 nær overflaten fra en effektkilde nær overflaten. Varmeslukene 835 kan levere varme til energilagringsinnretningen 804 i løpet av passering gjennom den kalde delen av borehullet. I tillegg kan varmeslukene 835 koblet til varmeinnretningene 806 øke varigheten av når varmeinnretningene 806 kan forbli av, og på denne måten tilveiebringe ytterligere tid for å bruke elektronikken 820.

Et valgfritt varmesluk 836 kan være termisk koblet til elektronikken 820.1 noen utførelsesformer innbefatter varmesluket 835 og/eller varmesluket 836 et faseendringsmateriale. I noen utførelsesformer innbefatter varmesluket 835 og/eller varmesluket 836 mer enn et faseendringsmateriale. Et slikt varmesluk kan brukes til å utløse hendelser basert på tilstanden av faseendringsmaterialet. I noen utførelsesformer kan varmeslukene 835/836 være sammensatt av to faseendringsmaterialer. Fig. 9 illustrerer et plott over temperaturen til to faseendringsmaterialer innenfor et varmesluk som funksjon av tid i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Som vist inkluderer kurven 900 temperatur som funksjon av tid for faseendringsmateriale A og faseendringsmateriale B. Smeltetemperaturen til material A (902) er lavere enn smeltetemperaturen for material B (904). Temperaturen stiger inntil en smeltet temperatur for materiale A oppnås (906). Etter materiale A har smeltet stiger temperaturen (908). Temperaturen stiger inntil smeltetemperaturen til materiale B oppnås (910). Dette andre platået tilveiebringer en varsel om at de to faseendringsmaterialene i varmesluket er i ferd med å bli utmattet.

For eksempel kan forestående utmatting av faseendringsmaterialet utløse én eller flere hendelser. Et eksempel på en hendelse kan være å skru ned eller av høyeffektinnretninger for å redusere mengden av varme som dannes. I et annet eksempel kan en gitt endring i faseendringsmaterialet utløse et signal til operatøren om å forlate borehullet. For eksempel kan en endring i faseendringsmaterialet utgjøre en overoppheting i brønnhullet. Et annet eksempel på en hendelse kan være en tilbakekoblingsindikator til varme/kjølesystemet om at mer eller mindre effekt må pålegges for å øke eller minske varme/kjølingsevnen. Et annet eksempel på en hendelse kan være en aktivering av en hjelpe- eller reservevarme/kjølingsforsyning (slik som en eksoterm/endoterm kjemisk reaksjon). I noen utførelsesformer kan tilstanden av faseendringsmaterialet tjene som en forutsigelse av ytelsen til systemet, diagnostikk-evaluering, etc. Temperaturen til faseendringsmaterialet kan overvåkes for å optimalisere ytelsen av varme/eller kjølingssystemet.

Selv om det er beskrevet med to faseendringsmaterialer kan et mindre eller større antall av materialer brukes. Hvis flere deler brukes kan et mer nøyaktig estimat over bruken av varmesluket oppnås. I noen utførelsesformer er delene av faseendringsmaterialet ikke blandbare. Blandbarheten kan styres ved å gjøre materialene hydrofobe/hydrofile, ved å danne emulsjoner av faseendringsmaterialene. I noen utførelsesformer, hvis faseendringsmaterialene er blandet sammen, kan materialene være fysiske adskilt. For eksempel et av materialene kan være innkapslet i metall, plast, glass, kjeramisk materiale, etc. Faseendringsmaterialene kan begge være plassert inni det ledige rommet i et skum.

Med henvisning til fig. 9 kan de to faseendringsmaterialene anvendes med en bred AT mellom smeltingen av material A og material B. I en slik situasjon kan de elektriske komponentene termisk koblet til varmesluket (for eksempel energilagringsinnretningen 804 (vist i fig. 8)) være konfigurert til å arbeide i temperaturområdet mellom smeltetemperaturen av material A og smeltetemperaturen av material B. På denne måten er det et varmesluk, material A, til å holde de elektroniske komponentene kjølige nok for drift. Det er også et varmesluk, material B, til å forhindre de elektriske komponentene fra å bli varme når den omliggende temperaturen er for høy, termostaten på varmeinnretningene feiler, den interne vanningen fra høyeffektbruk dannet for mye varme, etc. Sammensetningen av varmesluk 835er ikke begrenset til faseendringsmaterialer. For eksempel kan varmeslukene 835også være sammensatt av ulike materialer, slik som kobber, aluminium, etc.

Tilbake til fig. 8, energi lagret i energilagringsinnretningen 804 kan brukes til å levere effekt til en elektrisk last 810, varmeinnretningene 806, kjølermodulen 822, elektronikken 820, etc. Den elektriske lasten 810 kan representere ulike elektriske laster i brønnhullet. Med henvisning til for eksempel fig. 2 kan den elektriske lasten 810 innbefatte sensorene 214, høytemperaturtelemetrien 212, etc. Effektkilden 802 kan også levere effekt til den elektriske lasten 810, elektronikken 820, etc.

Dessuten kan effektkilden 802 være svitsjbar drevet for å tilveiebringe effekt til både varmeinnretningen 806 og kjølermodulen 822. I noen utførelsesformer, ved lavere temperaturer, vil en større prosentandel eller all effekten fra effektkilden 802 leveres til varmeinnretningene 806. Motsatt, ved høye temperaturer, vil en høyere prosentandel eller alt av effekten fra effektkilden 802 leveres til kjølermodulen 822.

Effektplanlegging blant varming og kjøling kan muliggjøre en mindre effektgenerator. Særskilt kan den totale effekten for den enkle summen av laster være større enn effekten som kan leveres av effektkilden 802. Dette er mulig i noen utførelsesformer, fordi alle lastene ikke brukes samtidig. I noen utførelsesformer utvinner effektkilden 802 effekt fra slamstrømning i brønnhullet. Effektplanlegging kan muliggjøre full operasjon ved lavere strømningshastigheter.

Styreenheten 824 kan være en direktelinjetilkobling, en induktiv kobling, en tilbakekoblingsstyreenhet, en viderematningsstyreenhet, en forhåndsprogramert tidsstyringsbasert styreenhet, en neural nettverksstyreenhet, en adaptiv styreenhet, etc som tillater effekt å flyte mellom effektkilden 802 og varmeinnretningen 806, og effektkilden 802 og kjølermodulen 822. For eksempel kan styreenheten 824 i noen utførelsesformer være en pulsbreddemodulasjonsstyreenhet som endrer pulsbredden for å justere arbeidssykelen av den pålagte spenning.

Styreenheten 824 vist å styre fordelingen av effekt basert på innmatninger fra sensorene 812. Sensorene 812 er vist å overvåke temperatur av energilagringsinnretningen 804 og elektronikken 820. Utførelsesformer er ikke så begrenset. For eksempel kan styreenheten 824 styre basert på innmatning fra en (og ikke nødvendigvis begge) av sensorene 812. Alternativt eller i tillegg kan styreenheten 824 styre basert på en annen sensor (ikke vist) som er posisjonert til å måle den omliggende temperatur i brønnhullet. Alternativt eller i tillegg kan styreenheten 824 styre basert på temperaturen av faseendringsmaterialet innenfor varmesluket 835 og/eller varmesluket 836.1 noen utførelsesformer kan varmeinnretningene 806 og kjølermodulen 822 justere mengden effekt de vil motta fra styreenheten 824. For eksempel hvis kjølermodulen 822 ikke behøver effekt for kjøling kan kjølermodulen 822 inkludere sin egen styreenhet til å justere hvor mye effekt den vil motta. Valgfrie termostater kan kobles til varmeinnretningene 806 og kjølermodulen 822. Styring kan baseres på en temperaturreferanse fra termostatene for energilagringsinnretningen 804/elektronikken 820 eller for varmeslukene 835/836.

I noen utførelsesformer kan energilagringsinnretningen 804 være den termiske barrieren 818. Følgelig kan energilagringsinnretningen 804 være slike innretninger som er i stand til å fungere ved lave temperaturer (slik som et primærlitsiumbatteri). I noen utførelsesformer kan verktøyet innbefatte multiple energilagringsinnretninger hvor én eller flere kan være posisjonert på utsiden av den termiske barrieren 818 og én eller flere kan huses i den termiske barrieren 818.1 noen utførelsesformer kan varmesluket 836 være posisjonert mellom kjølermodulen 822 og elektronikken 820.1 en slik konfigurasjon kan varmesluket 835 være fraværende.

Fig. 10 illustrerer effekt og varmeflyt i et verktøy for borehullsoperasjoner som innbefatter en konfigurasjon for å styre effektflyt mellom varming og kjøling i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Effektflyten og varmeflyten er illustrert ved hjelp av henholdsvis heltrukne og stiplede linjer. Effektkilden 802 er representert som en turbin 1006 som mottar effekt fra en strøm 1004 av slam i brønnhullet.

Styreenheten 824 er koblet til å motta effekt fra turbinen 1006. Styreenheten 824 er koblet til svitsjbar effektlevering til kjølermodulen 822 og varmeinnretningen 806. Styreenheten 824 er også koblet til svitsjbar effektlevering til elektronikken 820 og energilagringsinnretningen 804.1 noen utførelsesformer kan effekt leveres til elektronikken 820 og energilagringsinnretningen 804 samtidig eller til en av dem.

Styreenheten 824 kan være konfigurert til å motta effekt fra multiple kilder. For eksempel kan styreenheten 824 motta effekt fra en generator og en energilagringsinnretning. Effekt fra generatoren kan tilordnes til og av styreenheten 824 i varierende forhold til en hvilken som helst eller alle av energilagringsinnretningen 804, kjølermodulen 822, elektronikken 820, varmeinnretningene 806, elektronikken 820 (inklusive sensorer) og styreenheten 824.1 noen utførelsesformer kan effekten fra energilagringsinnretningen 804 tilordnes til og av styreenheten 824 i varierende forhold til elektronikken 820 (innbefattende sensorer). Det er mulig at energi fra energilagringsinnretningen 804 kan tilordnes til kjølermodulen 822 eller varmeinnretningene 806 for et kort tidsrom.

Med hensyn til varmeflyt kan varme utveksles mellom varmesluket 836 og kjølermodulen 822. Varme kan også utveksles mellom varmesluket 835 og varmeinnretningene 8806. Varme kan også flyte fra elektronikken 820 til kjølermodulen 822 og til energilagringsinnretningen 804. Varme kan også flyte fra kjølermodulen 822 til omgivelsen 418 og til varmeinnretningene 806. Varme kan også flyte fra varmeinnretningene 806 til energilagringsinnretningen 804.

Varmeflyten og effektflyten er ikke begrenset til de vist i fig. 10. For eksempel med hensyn til varmeflyt er retningen avhengig av de relative temperaturene. I noen utførelsesformer flyter varme mellom elektronikken 820 og varmesluket 836, mellom varmesluket 836 og kjølermodulen 822, og mellom kjølermodulen 822 og omgivelsen 418. Varme kan også flyte mellom varmeinnretningene 806 og

energilagringsinnretningen 804.

Driften av konfigurasjonen illustrert i fig. 8 beskrives nå. Særskilt illustrerer fig. 11 et flytdiagram for å styre effektflyt mellom varming og kjøling i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Flytdiagrammet begynner i blokk 1102.

Ved blokk 1102 bestemmes en i brønnhulltemperatur (eller alternativt en endringshastighet av temperaturen i brønnhullet) med henvisning til fig. 8 foretar styreenheten 824 denne bestemmelsen. Styreenheten 824 kan foreta denne bestemmelsen basert på data fra en eller flere av sensorene i brønnhullet. For eksempel kan styreenheten 824 bestemme omgivelsestemperaturene eksternt eller internt i verktøyet. Styreenheten 824 kan bestemme temperaturene av energilagringsinnretningen 804 og/eller elektronikken 820. Styreenheten 824 kan også bestemme temperaturen av en eller flere faseendringsmateriale innenfor en eller flere av varmeslukene (for eksempel varmesluket 835 eller varmesluket 836). Flyten fortsetter ved blokk 1104.

Ved blokk 1104 tilordnes effekt fra en effektkilde mellom en varmer og en kjøler som er del av et verktøy brukt for brønnhullsoperasjon basert på brønnhulltemperaturen. Med henvisning til fig. 8 kan styreenheten 824 foreta denne tilordningen. Styreenheten 824 kan tilordne ulike prosentandeler, all eller ingen, etc, basert på brønnhulltemperaturen. For eksempel hvis brønnhulltemperaturen er under en minimumsverdi kan styreenheten tilordne all effekt til varmeinnretningene 806. Hvis brønnhulltemperaturen er over minimumsverdien, men under en terskelverdi, kan styreenheten tilordne en høyere prosentandel av effekten til varmeinnretningen 806. Hvis brønnhulltemperaturen er over terskelverdien kan styreenheten 824 tilordne all effekten til kjølermodulen 822.1 noen utførelsesformer kan styreenheten 824 tilordne en overvekt av effekten til varmeinnretningene 806 hvis brønnhulltemperaturen er definert som lav. Styreenheten 824 kan tilordne en overvekt av effekten til kjølermodulen 822 hvis brønnhulltemperaturen er definert høy. For eksempel kan en lav temperatur defineres som mindre enn 100°C; en høy temperatur kan defineres som en temperatur på 100°C eller større. Derfor kan styreenheten 824 tilordne effekt mellom varmeren og kjøleren ved å bruke et antall av ulike teknikker. Mens det er beskrevet at en slik tilordning er mellom varmerne og kjølermodulen er utførelsesformer ikke så begrenset. For eksempel kan styreenheten 824 tilordne effekt til andre komponenter av verktøyet. Særskilt kan styreenheten 824 tilordne effekt mellom varmeinnretningene 806, kjølermodulen 822, elektronikken 820, varmesluket 836, varmesluket 835, etc.

I noen utførelsesformer brukes oppladbar energilagringsinnretninger til å gi effekt til elektriske komponenter i brønnhullet. For eksempel med henvisning til figurene 2 og 8, kan energiinnretningene 203/804 være oppladbare. De oppladbare energilagringsinnretningene kan lades ved hjelp av en i brønnhullet effektkilde. For eksempel kan en turbingenerator brukes til å lade opp de oppladbare energilagringsinnretningene. I noen utførelsesformer kan de oppladbare energilagringsinnretningene lades opp ved overflaten. Med andre ord opplades den oppladbare energilagringsinnretningen før den blir plassert i brønnen. I noen utførelsesformer kan de oppladbare energilagringsinnretningene være ulike typer av batterier (slik som smeltet saltbatterier). De oppladbare energilagringsinnretningene kan være i stand til å fungere ved høye temperaturer. Høye temperaturer som oppladbare energilagringsinnretninger kan være i stand til å fungere ved innbefatter temperaturer over 60°C, over 120°C, over 175°C, over 220°C, over 600°C, i en spennvidde 175-250°C, i en spennvidde 220-600°C, etc. Under disse temperaturene kan de oppladbare energilagringsinnretningene tilveiebringe elektrisk effekt, men er definert som "ikke fungerende" på grunn av en økning i intern resistans, reduksjon i kapasitet, reduksjon i arbeidssyklus, eller en annen temperaturavhengig oppførsel. I noen utførelsesformer kan de oppladbare energilagringsinnretningene være i stand til å fungere ved lave temperaturer. De lave temperaturer som de oppladbare energilagringsinnretningene kan fungere ved innbefatter temperaturer under 100°C, under 150°C, under 175°C, under 200°C, under 220°C, under 125°C, under 100°C, under 80°C, i en spennvidde 0-80°C, i en spennvidde -20-100°C, etc. Ved høyere temperaturer vil disse oppladbare energilagringsinnretningene kunne tilveiebringe elektrisk effekt, men er definert som "ikke fungerende" på grunn av en økning i selvutladning, en reduksjon i arbeidssykel, en reduksjon i strømutmatning, en reduksjon i sikkerhet, eller en annen temperaturavhengig oppførsel.

Energilagringsinnretningen og de oppladbare energilagringsinnretningene kan lagre energi i elektrokjemiske reaksjoner, slik som batterier, kondensatorer og brenselceller. Energilagringsinnretningen og oppladbar energilagringsinnretningen kan lagre energi i mekanisk potensiell energi, slik som fjærer og hydrauliske sammenstillinger, eller i mekanisk kinetisk energi, slik som svinghjul og oscillerende sammenstillinger.

De elektriske komponentene i brønnhullet kan gis effekt ved hjelp av en kombinasjon av en effektkilde (slik som en turbingenerator effektsatt av en slamstrømning i brønnen), en vibrasjonsbasert effektgenerator gitt effekt av vibrasjoner av verktøystrengen, en vibrasjonbasert effektgenerator gitt effekt av væskeinduserte vibrasjoner, en kjernekraftkilde gitt effekt av atomnedbrytning, en hydraulisk akkumulatorbasert effektkilde, en gassakkumulatorbasert effektkilde, en svinghjulbasert effektkilde, en hydrostatisk dumpekammerbasert effektkilde, og en eller flere oppladbare energilagringsinnretninger. Et eksempel på en slik konfigurasjon er illustrert i fig. 2. For eksempel kan de elektriske komponentene gis effekt direkte av effektgeneratoren mens det er en tilstrekkelig væskestrømning. Effekt som ikke forbrukes av de elektriske komponentene kan brukes til å lagre den ene eller flere oppladbare energilagringsinnretninger. I løpet av ikke strømningstilstand kan alle eller noen av de elektriske komponentene gis effekt av den ene eller flere oppladbare energilagringsinnretninger. For eksempel, når borestativ endres (ingen væskestrømning), kan kjølesystemet og/eller varmeinnretningene skrus av og effekt for valgte sensorer og/eller elektronikk leveres av de oppladbare

energilagringsinnretningene.

Noen utførelsesformer bruker en styreenhet (tilsvarende den vist i fig. 8) til å styre effektfordeling fra iblant en effektgenerator, en oppladbar energilagringsinnretning og energilagringsinnretning. Følgelig tjener styreenheten som et effektnav til å rette effekt fra effektgeneratoren, den oppladbare energilagringsinnretningen, og energilagringsinnretningen til de ulike elektriske laster i borehullet. Fig. 12 og 13 illustrerer henholdsvis effektflyt og varmeflyt for deler av et verktøy som innbefatter en oppladbar energilagringsinnretning i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Særskilt illustrerer fig. 12 effektflyt i et verktøy for borehullsoperasjoner som innbefatter en oppladbar energilagringsinnretning i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen.

Som vist mottar en effektgenerator 1206 og en kjøler 1204 effekt fra en flyt 1208. En styreenhet er koblet til å motta effekt fra effektgeneratoren 1206, en oppladbar energiladningsinnretning 1210 og en energilagringsinnretning 1214. Styreenheten 1202 fordeler effekt til kjøleren 1202 og elektronikken 1212. På samme måte kan kjøleren 1204 motta effekt direkte fra flyten 1208 eller fra styreenheten 1202. Energilagringsinnretningen 1214 kan også være koblet til å levere effekt til effektgeneratoren 1206. Styreenheten 1202 kan også fordele effekt fra effektgeneratoren 1206 og energilagringsinnretningen 1214 til den oppladbare energiladningsinnretningen 1210.

Fig. 13 illustrerer varmeflyt i et verktøy for borehullsoperasjoner som innbefatter en oppladbar energilagringsinnretning i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Varme kan flyte fra en effektgenerator 1306 og en kjøler 1304 til en slamstrøm 1308. Varme utveksles mellom kjøleren 1304 og en oppladbar lagringsinnretning 1310. Varme kan også utveksles mellom kjøleren 1304 og energilagringsinnretningen 1314. På samme måte kan varme fra kjøleren 1304 øke effektiviteten av den oppladbare lagringsinnretningen 1310 og

energilagringsinnretningen 1314 (spesielt hvis slike innretninger fungerer ved høye temperaturer). Alternativt kan kjøleren 1304 tilveiebringe ytterligere kjøling til den oppladbare lagringsinnretningen 1310 og energilagringsinnretningen 1314 når den omkringliggende temperaturen overstiger en maksimal driftstemperatur for slik innretninger. Varme kan utveksles mellom kjøleren 1304 og elektronikken 1312. Følgelig tilveiebringer kjøleren 1304 kjøling til elektronikken 1312 ved å motta varme fra den. Kjøleren 1304 kan også tilveiebringe varme fra elektronikken 1312 hvis en konstant temperaturreferanse er nødvendig. Varme kan utveksles mellom den oppladbare energilagringsinnretningen 1310 og energilagringsinnretningen 1314. Varme flyter fra elektronikken 1312 til den oppladbare energilagringsinnretningen 1310 og energilagringsinnretningen 1314.

DC effektkilder (slik som de oppladbare energilagringsinnretningene) kan tilveiebringe en renere effektkilde til elektriske komponenter sammenlignet med AC effektkilder. I noen utførelsesformer kan derfor turbingeneratoren (eller andre AC effektkilder i brønnhullet) brukes til å lade opp de oppladbare energilagringslagringsinnretningene, som deretter gir effekt til de elektriske komponentene. Med andre ord brukes ikke effektgeneratoren i en slik konfigurasjon til å direkte gi effekt til de elektriske komponentene. Fig. 14A og 14B illustrerer ulike typer av slike konfigurasjoner. Fig. 14A illustrerer et mer detaljert riss over et verktøy for borehullsoperasjoner som innbefatter oppladbare energilagringsinnretninger til å levere effekt i brønnhullet i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. En AC effektkilde 1402 kan motta mekanisk effekt fra væskestrømmen eller borestringsbevegelse og kan omforme den mekaniske effekten til elektrisk effekt. AC effektkilden 1402 kan være en hvilken som helst type effektgenerator (slik som en turbingenerator som beskrevet ovenfor). Den elektriske effekten fra AC effektkilden 1402 kan mottas av en transformator 1404. Transformatoren 1404 øker eller senker trinnvis vekselstrømmen fra AC effektkilden 1402. Den omformede strømmen fra transformatoren 1402 kan kobles til å være innmatning til en likeretter 1406. Likeretteren 1406 omformer strømmen til en DC strøm, som så kan brukes til å lade opp den oppladbare energilagringsinnretningen 1408 og den oppladbare energilagringsinnretningen 1410. Den oppladbare energilagringsinnretningen 1408 og den oppladbare energilagringsinnretningen 1410 kan levere DC effekt til elektronikken 1412. En styreenhet 1407 kan kobles til likeretteren 1406, den oppladbare energilagringsinnretningen 1408 og den oppladbare energilagringsinnretningen 1410. Styreenheten 807 styrer hvilke av de oppladbare energilagringsinnretningene som lades opp og hvilke av de oppladbare energilagringsinnretningene som leverer effekt til elektronikken 1412. På denne måten kan DC strømeffektkilden brukes til å levere effekt til elektronikken 1412 basert på en AC strømeffektkilde. I noen utførelsesformer, mens en oppladbar energilagringsinnretning blir ladet opp, kan den andre brukes til å levere effekt til elektronikken i brønnhullet. Styreenheten 1407 kan styre svitsjingen basert på mengden av energilagring i hver av innretningene. For eksempel, hvis den oppladbare energilagringsinnretningen 1408 leverer effekt og er nesten uttømt for lagret energi, kan styreenheten 1407 svitsje slik at den oppladbare energilagringsinnretningen 1410 leverer effekt mens den oppladbare energilagringsinnretningen lades opp.

Fig. 14B illustrerer et mer detaljert riss over et verktøy for borehullsoperasjoner som innbefatter oppladbare energilagringsinnretninger til å levere effekt i brønnhullet i henhold til andre utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Fig. 14B har en lignende konfigurasjon som fig. 14A. Imidlertid mottar likeretteren 1406 først effekten fra Ac effektkilden 1402. En omformer 1405 er koblet til å motta DC effekt fra likeretteren 1406. Omformeren 1405 kan utføre en DC-til-DC trinnreisningsomforming for å øke

DC spenningen. Mens figurer 14A-14B er beskrevet med henvisning til en AC effektkilde er utførelsesformer ikke så begrenset. Verktøyene vist i figurer 14A-14B kan innbefatte et hvilken som helst annen type effekt.

Utførelsesformer illustrert heri kan kombineres i ulike kombinasjoner. For eksempel kan konfigurasjonen i fig. 8 (som har styreenheten 824 for å svitsje mellom varming og kjøling) kombineres med konfigurasjonen i fig. 14A-14B (som har en AC effektkilde i kombinasjon med multiple oppladbare energilagringsinnretninger).

Systemdriftsomgivelser for verktøyet 100 i henhold til noen utførelsesformer beskrives nå. Fig. 15A illustrerer en borebrønn under kabelloggingsoperasjon som innbefatter varming og/eller kjøling i brønnhullet i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. En boreplattform 1586 er utstyrt med et boretårn som støtter en talje

1590. Boring av olje og gassbrønner utføres vanligvis ved hjelp av en streng av borerør koblet sammen slik at det former en borestreng som senkes gjennom et rotasjonsbor inn i brønnhull eller borehull 1512. Her antas det at borestrengen midlertidig er blitt fjernet fra borehullet 1512 for å tillate en kabellinjeloggingsverktøyskropp 1570, slik som probe eller sonde, og senkes ved hjelp av kabel eller loggingskabel 1574 ned i borehullet 1512. Typisk senkes verktøykroppen 1570 til bunnen av området av interesse og trekkes deretter oppover ved en i det vesentlige konstant hastighet. I løpet av oppoverturen kan instrumenter inkludert i verktøykroppen 1570 brukes til å utføre målinger på undergrunnsformasjoner 1514 tilliggende borehullet 1512 ettersom de passerer. Måledataene kan kommuniseres til en loggefasilitet 1592 for lagring,

behandling, og analyse. Loggefasiliteten 1592 kan tilveiebringes med elektronisk utstyr for ulike typer av signalbehandling. Tilsvarende loggdata kan samles inn og analyseres i boreoperasjoner (for eksempel i løpet av logging mens boring, eller LWD operasjoner).

Fig. 15B illustrerer en borebrønn under MWD operasjon som innbefatter varme og/eller kjøling i borehullet i henhold til noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Det kan ses hvordan et system 1564 kan danne en del av en borerigg 1502 posisjonert ved overflaten 1504 av en brønn 1506. Boreriggen 1502 kan tilveiebringe støtte for en borestring 1508. Borestringen 1508 kan drives med å trenge gjennom et rotasjonsbor 1510 for å bore et borehull 1512 gjennom undergrunnsformasjoner 1514. Borestringen 1508 kan innbefatte en Kelly 1516, borerør 1518, og en bunnhullsammenstilling 1520, muligens posisjonert ved den nedre delen av borerøret 1518.

Bunnhullsammenstillingen 1520 kan innbefatte vektrør 1522, et borehullsverktøy 1524, og en borekrone 1526. Borekronen 1526 kan drives til å danne et borehull 1512 ved å trenge gjennom overflaten 1504 og undergrunnsformasjoner 1514. Borehullsverktøyet 1524 kan innbefatte et hvilket som helst antall ulike typer av verktøy innbefattende MWD (måling mens boring) verktøy, LWD (logging mens boring) verktøy, og andre.

Under boringsoperasjoner kan borestringen 1508 (muligens innbefattende Kelly 1516, borerøret 1518, og bunnhullsammenstillingen 1520) roteres ved hjelp av rotasjonsboret 1510.1 tillegg til, eller alternativt, kan bunnhullsammenstillingen 1520 også roteres ved hjelp av en motor (for eksempel en slammotor) som er posisjonert i borehullet. Vektrørene 1522 kan brukes til å legge vekt på borekronen 1526. Vektrørene 1522 kan også avstive bunnhullsammenstillingen 1520 for å tillate bunnhullsammenstillingen 1520 å overføre den tillagte vekten til borekronen 1526, og deretter hjelpe borekronen 1526 i å trenge gjennom overflaten 1504 og undergrunnsformasjoner 1514.

Under boreoperasjoner kan en slampumpe 1532 pumpe borevæske (noen ganger kjent av dem med kunnskap i faget som "boreslam") fra en slamtank 1534 gjennom en slange 1536 inn i borerøret 1518 og ned til borekronen 1526. Borevæsken kan flyte ut fra borekronen 1526 og returneres til overflaten 1504 gjennom et ringformet område 1540 mellom borerøret 1518 og siden av borehullet 1512. Borevæsken kan så returneres til slamtanken 1534 hvor slik væske filtreres. I noen utførelsesformer kan borevæsken brukes til å kjøle borekronen 1526, så vel som å tilveiebringe smørning for borekronen 1526 under boreoperasjoner. I tillegg kan borevæsken brukes til å fjerne undergrunnsformasjon 1514 fragmenter dannet ved operasjon av borekronen 1526.

I denne beskrivelsen fremsettes tallrike spesifikke detaljer slik som logikkimplementasjoner, operasjonskoder, midler for å spesifisere operander, ressursoppdeling/deling/dupliseringimplementasjoner, typer og innbyrdes forbindelser av systemkomponenter, og logisk oppdeling/integrasjons valg for å tilveiebringe en mer grundig forståelse av den foreliggende oppfinnelse. Det vil imidlertid forstås av en med kunnskap i faget at utførelsesformer ifølge den foreliggende oppfinnelse kan utføres uten slike spesifikke detaljer. I andre tilfeller er kontrollstrukturer, portnivåkretser og fullstendige programvareinstruksjonssekvenser ikke blitt vist i detalj for å ikke utydeliggjøre utførelsesformene ifølge oppfinnelsen. De med vanlig kunnskap i faget vil med de inkluderte beskrivelser være i stand til å implementere passende funksjonalitet uten utilbørlig utprøvning.

Henvisninger i spesifikasjonen til "en utførelsesform", "en utførelsesform", en "eksempelvis utførelsesform", etc. angir at utførelsesformen beskrevet kan innbefatte et særskilt trekk, struktur, eller karakteristikk, men hver utførelsesform behøver ikke nødvendigvis å innbefatte det særskilte trekk, struktur eller karakteristikk, Dessuten henviser slike fraser ikke nødvendigvis til den samme utførelsesformen. Videre, når et særskilt trekk, struktur eller karakteristikk beskrives i forbindelse med en utførelsesform forelegges det at det er innenfor kunnskapen av en med kunnskap i faget å påvirke slike trekk, strukturer eller karakterstikker i forbindelse med andre utførelsesformer hvorvidt eller ikke uttrykkelig beskrevet.

Et antall av figurer viser blokkdiagrammer av systemer og anordninger for varming og kjøling i borehull i overensstemmelse med noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. En figur viser et flytskjema som illustrerer operasjoner for å varme og kjøle i borehullet i overensstemmelse med noen utførelsesformer ifølge oppfinnelsen. Operasjonene i flytskjemaet beskrives med henvisning til systemer/anordninger vist i blokkdiagrammene. Det skal imidlertid forstås at operasjonene ifølge flytskjemaet kan utføres ved hjelp av utførelsesformer av systemet og anordninger andre enn dem beskrevet med henvisning til i blokkdiagrammene, og utførelsesformer beskrevet med henvisning til system/anordningene kan utføre operasjoner annerledes enn dem beskrevet med henvisning til flytskjemaet.

Noen eller alle av operasjonene beskrevet heri kan utføres ved hjelp av maskinvare, fastvare, programvare eller kombinasjoner derav. For eksempel kan operasjon av de ulike styreenheter som beskrevet heri utføres ved hjelp av maskinvare, fastvare, programvare eller kombinasjoner derav. Idet innholdet i denne beskrivelse leses og forstås vil en med vanlig kunnskap i faget forstå hvordan et dataprogram kan kjøres fra et maskinlesbart medium i et datamaskinbasert system til å utføre funksjonene definert i programvaren. En med vanlig kunnskap i faget vil videre forstå de ulike programmeringsspråk som kan anvendes for å danne ett eller flere dataprogram utformet til å implementere og utføre fremgangsmåtene beskrevet heri. Programmene kan struktureres i et objektorientert format ved å bruke et objektorientert språk slik som Java eller C++. Alternativt kan programmene struktureres i et prosedyreorientert format ved å bruke et prosedyrespråk slik som assembler eller C. Programvarekomponenter kan kommunisere ved å bruke en hvilken som helst av et antall mekanismer velkjent for dem med kunnskap i faget, slik som applikasjonsprogramgrensesnitt eller mellomprosesskommunikasjonsteknikker, innbefattende fjernprosedyrekall. Læren av ulike utførelsesformer er ikke begrenset til noen særskilt programeringsspråk eller miljø.

Men henblikk på den stor variasjon av permutasjoner til utførelsesformer beskrevet heri, er den detaljerte beskrivelsen kun ment å være illustrerende, og skal ikke tas som en begrensning på omfanget av oppfinnelsen. Hva som kreves som oppfinnelsen er derfor alle slike modifikasjoner som kan komme innenfor omfanget og tanken ifølge de følgende krav og ekvivalenter dertil. Derfor skal spesifikasjonene og tegningene heller forstås på en illustrerende måte enn en restriktiv måte.

Claims (17)

1. Anordning innbefattende et verktøy for borehullsoperasjoninnbefattende en elektrisk komponent (820); en effektkilde (802) istand til å fungere ved en temperatur over 175°C ; kjølermodul (822) til å senke temperaturen av den elektriske komponenten, der effektkilden (802) leverer effekt til kjølermodulen (822), og et varmesluk (836) assosiert med den elektriske komponenten, hvori C (835) innbefatter et faseendringsmateriale,karakterisert vedat: den elektriske komponenten (820) ikke i stand til å fungere ved en temperatur over 125°C, og hvori verktøyet innbefatter en energilagringsinnretning (804) og en varmeinnretning (806) som er termisk koblet til energilagringsinnretningen (804), effektkilden (802) er koblet til en kontroller (824) for å kontrollere effektstrømen i verktøyet, hvori kontrolleren (824) er koblet til varmeinnretningen (806) og kjølemodulen (822).

2. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat effektkilden (802) innbefatter en strømningsdrevet generator til å levere effekt basert på en væskestrøm i borehull.

3. Anordning som angitt i krav 2,karakterisert vedat verktøyet videre innbefatter en variabel hastighetsclutch konfigurert til å levere en i det vesentlige konstant rotasjonshastighet for en turbinskovl i den strømningsdrevne generatoren til kjølermodulen.

4. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat verktøyet videre innbefatter en termisk isolator som i det minste delvis omgir den elektriske komponenten.

5. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat verktøyet videre innbefatter en sensor som har en annen komponent som fungerer ved en temperatur over 150°C og koblet til den elektriske komponenten.

6. Anordning som angitt i krav 5,karakterisert vedat sensoren velges fra gruppen bestående av en resistivitetssensor, en retningssensor, en trykktemperatur, en temperatursensor og en gammadetektor.

7. Anordning som angitt i krav 5,karakterisert vedat nedihullsverktøyet innbefatter et måling-mens-boring-, MWD, system.

8. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat verktøyet videre innbefatter en andre elektrisk komponent for å forme effekten fra effektkilden før effekten er tilført kjølemodulen, hvori den andre elektriske komponenten kan fungerer ved en temperatur over 150°C.

9. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat varmesluket (836) innbefatter tofaseendringsmaterialer.

10. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat energilagringsinnretningen (804) er et batteri.

11. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat styreenheten (824) styre effektflyten i verktøyet basert på temperaturen av faseendringsmaterialet innenfor varmesluket (836).

12. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert vedat verktøyet inbefatter et ytterligere varmesluk (836) som er termisk koblet til varmeinnretningen (806).

13. Anordning som angitt i krav 12,karakterisert vedat det ytterligere varmesluket (236) innbefatter en forste og en andre faseendringsmateriale, og hvori energilagringsenheten (804) er konfigurert for å arbeide i temperaturområdet mellom smeltetemperaturen til det første faseendringsmaterialet og smeltepunktet til det andre faseendringsmaterialet.

14. Fremgangsmåte innbefattende å operere et verktøy i borehull,karakterisert vedat det innbefatter: å generere effekt fra en turbingenerator som er i stand til å fungere ved en temperatur over175°C, og å senke en temperatur ved å bruke en kjølermodul (822) av en elektrisk komponent i verktøyet basert på effekten fra turbingeneratoren, der den elektriske komponenten ikke er i stand til å fungere ved en temperatur over 125°C, verktøyet innbefatter et varmesluk (836) assosiert med den elektriske komponenten, hvori varmesluket (836) innbefatter et faseendringsmateriale og verktøyet yterligere innbefatter en energilagringsinnretningen (804) og en varmeinnretning (806) som er termisk koblet til energialagringsinnretningen (804), turbingeneratoren er koblet til en kontroller (814) for å kontrollere effektstrømen i verktøyet, hvori kontrolleren (824) er koblet til varmeinnretningen (806) og kjølemodulen (822).

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14,karakterisertved at å drive verktøyet i borehullet videre innbefatter å måle en i borehullparameter med en sensor som har en andre elektrisk komponent i stand til å fungere ved en høyere temperatur og er koblet til den første elektriske komponenten.

16. Fremgagsmåte som angitt i krav 14,karakterisert vedat å operere verktøy videre innbefatter å utføre formasjonsevaluering ved å bruke en sensor som er i stand til å fungere ved en temperatur over 170°C.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 14,karakterisertved at å generere effekt fra generatoren innbefatter å generere effekt ved å bruke en strømningsdrevet generator drevet av en slamstrøm i borehullet.