NO338554B1 - Generator for elektrisk kraft - Google Patents
Generator for elektrisk kraft Download PDFInfo
- Publication number
- NO338554B1 NO338554B1 NO20092520A NO20092520A NO338554B1 NO 338554 B1 NO338554 B1 NO 338554B1 NO 20092520 A NO20092520 A NO 20092520A NO 20092520 A NO20092520 A NO 20092520A NO 338554 B1 NO338554 B1 NO 338554B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- fluid
- turbine
- stated
- flow
- pipe
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 93
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 8
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
- E21B41/0085—Adaptations of electric power generating means for use in boreholes
Landscapes
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Description
Den foreliggende oppfinnelse vedrører et kraftgenererende apparat for generering av elektrisk effekt fra et fluid som strømmer i et rør. Apparatet inkluderer en ringformet turbin som opplagret på utsiden av et rørformet hus. Apparatet kan være konfigurert for installasjon nesten hvor som helst i en brønn eller et rør.
Elektrisk effekt er ofte nødvendig i rør, spesielt for nedihulls overvåking og styring i en brønn, men andre anvendelser kan inkludere overvåking og overføring av data i olje- eller gassledninger for tilveiebringelse av informasjon relatert til parametere eksempelvis strømningsmengde, trykk, temperatur, opphopning av avleiring, avsetninger, og så videre, for å overføre dataene til en kontrollenhet. Elektrisk effekt nedihulls kan også brukes for åpning eller stenging av ventiler, analysering av nedihullsfluider, for å ta fluidprøver, fjerning av oppbygging av avleiring, osv.
Andre bruksområder for elektrisk effekt i brønner inkluderer trådløs kommunikasjon som er i ferd med å bli et effektivt verktøy for å oppnå overvåking og styring av petroleumsbrønner, særlig innenfor feltet "innstrømningskontroll" og "intelligente brønner". I særlige situasjoner er det ønskelig å gjennomføre målinger på, og i enkelte tilfeller strupe, strømmen av fluid inn i brønnen fra en bestemt sone i brønnen. Elektrisitet kan transporteres ned i hullet med vaierledningskabler, men bruken av vaierledningskabler anses for komplisert og upraktisk i mange situasjoner, og de aktuelle soner er ofte i praksis ikke tilgjengelige med en kabel, slik at energi for måling og styring må tilveiebringes på stedet. Andre systemer benytter elektriske akkumulatorer/batterier, men disse har åpenbare begrens-ninger.
Av praktiske årsaker er det i mange tilfeller ikke akseptabelt å sperre hele tverrsnittet av brønnen med et apparat for tilveiebringelse av elektrisk energi. Det er følgelig nødvendig å benytte det tynne ringrom som er dannet mellom f.eks. et foringsrør og en områdepakning for å tillate gjennomføring av brønnoperasjoner.
Forskjellige nedihulls effektgeneratorer med turbiner og vekselstrøms-generatorer, som typisk drives av strømmen av boreslam, er blitt utviklet, men disse generatorer er ikke tilpasset til bruk med produserte fluider.
Forskjellige systemer som bruker slam er blitt utviklet for tilveiebringelse av elektrisk effekt i brønner, men disse generatorer blir typisk operert under boring.
I EP 0 747 568 beskrives det et LWD-verktøy som er posisjonert i en hul borestreng og dimensjonert til å danne en ringformet passasje mellom bore-strengen og verktøylegemet, gjennom hvilken passasje borefluid sirkuleres. Verktøyet inkluderer en turbin med turbinblader som driver en vekselstrøms-generator. Verktøyet kan inkludere en avbøyningsskjerm for å bevirke at en andel av brønnfluidet omgår turbinbladene, hvilket kun tillater filtrert strømning å passere gjennom turbinbladene, således reduseres faren for plugging eller blokkering av avfall. Partikler som er for store til å passere gjennom skjermen/avbøyeren blir avbøyd til utsiden av en omløpsventil og gjennom et strømningsomløp.
I FR 2 867 627 er det vist en nedihulls vekselstrømsgenerator med en ekstern rotor eller turbin. I den viste løsning kan borefluider komme inn i et gap mellom en stator og rotoren/turbinen via en port for å smøre og avkjøle veksel-strømsgeneratoren og lagrene. Større nedrevne partikler avledes fra porten ved virkningen av statorskovler og en vinklet port-layout. Vekselstrømsgeneratoren er imidlertid tiltenkt til bruk i forbindelse med borefluider eller slam, og er ikke tiltenkt til bruk i forbindelse med produserte fluider så som olje, gass og vann.
I US 7,537,051 vises det en sammenstilling for generering av effekt nedihulls. En hylse er roterbart støttet inne i en boring og har en sentral fluidpassasje og et flertall turbinblader. Hylsen er forbundet med et effektgenereringselement slik at rotasjon av hylsen beveger
effektgenereringselementet og induserer en elektrisk strøm.
I US 5,839,508 vises det en nedihulls anordning for generering av elektrisk energi i en brønn. Anordningen forbindes med et produksjonsrør. Anordningen kan omfatte et hus med en primær strømningspassasje i kommunikasjon med produksjonsrøret.
I US 20021 21377 vises det en nedihulls elektrisk generator drevet av løftefluid. Generatoren omfatter et hus med en port for løftefluidet i en sidevegg, og en rotor er roterbart plassert i huset.
Fra US 2008 047753 fremgår det en nedihulls elektrisk generator. En innløpskanal er dannet i en boring i en verktøystrengkomponent for å overføre et nedihullsfluid, og en turbin er forbundet med innløpskanalen bor å motta nedihullsfluidet.
Det kan imidlertid i enkelte tilfeller være fordelaktig å være i stand til å installere et apparat for generering av elektrisk energi i et rør eller en hvilken som helst rørformet del, og for å generere effekt fra fluidet som strømmer i røret. Fluidet kan i denne forbindelse være gass som strømmer i en gassledning, olje som strømmer i en oljeledning, osv., men det vil vanligvis ikke være et fluid som er ment for drivende formål, så som boreslam.
Den foreliggende oppfinnelse vedrører et slikt apparat. Apparatet ifølge oppfinnelsen er særlig ment som en nedihulls generator som genererer effekt fra de produserte fluider i en hydrokarbonbrønn, men er ikke begrenset til denne bruk. Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en generator som vil tillate verktøy å bli transportert i røret, forbi generatoren, særlig nede i hullet, og å tilveiebringe et apparat som tillater adgang for nedihulls verktøy gjennom apparatet. I en brønn for produsering av hydrokarboner, vil røret typisk være et foringsrør, et forlengingsrør eller et slags produksjonsrør. Det produserte fluid vil typisk være et flerfasefluid av olje, vann, gass og faste partikler. En betydelig lavere mengde av effekt kan være tilgjengelig sammenlignet med systemer som genererer effekt fra sirkulert slam, men den tilgjengelige effekt kan likevel være tilstrekkelig for tilføring av effekt til forskjellige komponenter.
Videre er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en mer pålitelig generator hvor mer av de faste partikler som er medrevet i strømmen fjernes fra strømmen som går inn i turbinen.
Oppfinnelsen kan brukes i to forskjellige driftsmodi.
Én modus er når apparatet ifølge oppfinnelsen er plassert over perforeringer i røret og en trykkdifferanse mellom utsiden og innsiden av røret brukes til å drive turbinen. I denne modus, kan alt fluidet som strømmer gjennom perforeringene føres inn i apparatet ifølge oppfinnelsen, og strømningsmengden kan typisk være liten.
En annen modus er når et apparat ifølge oppfinnelsen er plassert i en restriksjon i røret. En trykkdifferanse over restriksjonen blir da brukt til å drive turbinen.
Videre er det et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et apparat hvor størstedelen av fluidet omgår apparatet i apparatets senter. Under enkelte betingelser kan det imidlertid være nødvendig å begrense strømnings- mengden som omgår turbinen ved å inkludere en slags restriksjon for å øke strømningsmengden gjennom turbinen.
Den foreliggende oppfinnelse vedrører følgelig et nedihulls effektgenererende apparat for generering av effekt fra et fluid som strømmer i et rør, inkludert et sylindrisk legeme, et strømningskondisjoneringstrinn for å optimere fluid som kommer inn i turbinen, og en elektrisk generator koplet til turbinen. Turbinen er ringformet, og en sentral strømningspassasje strekker seg gjennom hele det kraftgenererende apparat. Turbinen vil typisk være laget av lett materiale med gode slitasjeegenskaper, så som titan. Generatoren kan være forbundet til en elektrisk kontroller som optimerer den elektriske last over et bredt spekter av strømningsmengder og strømningsregimer.
Fluidet vil typisk være en kombinasjon av olje, vann og gass av varierende tetthet og viskositet, og er vanligvis kontaminert av sand. Variasjonen i trykk, temperatur og strømningsmengde kan være betydelig.
Det sylindriske legeme avgrenser et første tverrsnittsareal og åpningen avgrenser et annet tverrsnittsareal. Det annet areal kan være større enn det første areal. Med andre ord, kan apparatet la mesteparten av brønnen være åpen for å tillate brønnverktøy å passere, eller en mer eller mindre ubegrenset fluidstrøm. Strømningspassasjes diameter kan følgelig være tilstrekkelig til å tillate nedihullsverktøy å passere.
Turbinen kan benytte fluidlagre, og fluid for fluidlagrene kan tilveiebringes av det samme primære fluid som driver turbinen. Lageret kan være dannet som et lite ringrom mellom turbinen og husets vegg, og kan danne et hydrodynamisk radialt lager for turbinen. Aksial bæring av turbinen kan oppnås med skråstilte lagerflater. Den øvre del av lagerflatene kan inkludere radiale fordypninger eller spor for å tilveiebringe en radial pumpeeffekt for å bidra til å pumpe fluid gjennom lageret. Aksiale spor kan sørge for jevn fordeling av det smørende fluid over lagerflatene og oppsamling av forurensninger så som sandkorn som har blitt brakt med i fluidstrømmen.
Fluidlagrene kan tilveiebringe både radial og aksial bæring og kan virke til å sentralisere turbinen mot en radial og en aksial posisjon.
Den radiale og aksiale bæring kan være tilveiebrakt av en trykkdifferanse over turbinen. Videre kan apparatet benytte magnetiske lagre som en erstatning for, eller i tillegg til, fluidlagrene.
Apparatet kan inkludere et fluidkondisjoneringstrinn for fjerning av forurensninger fra fluidet, og for kondisjonering av fluid før det kommer inn i fluidlagrene, smurt av fluidet. Fluidkondisjoneringstrinnet kan inkludere en første, statisk strømningsformgiver for tilveiebringelse av en roterende strøm som virker til å konsentrere faste partikler i en strøm langs en ytre omkrets av apparatet.
Generatoren kan være forbundet til en elektronisk kontroller som optimerer den elektriske last over et bredt spekter i strømningsmengder og strømnings-regimer. Ytelsen til apparatet er en avveining mellom effekt, cogging-dreiemoment og fluidopplagring, og ytelsen kan styres av den elektroniske kontroller for optimering av utgangen.
Kontrolleren kan sørge for optimal effektgenerering og operasjonell levetid, og kontrolleren kan være en elektronisk effektkontroller. Kontrolleren kan tillate uavhengig optimering av generatoren basert på målte lokale miljøparametere, så som last fra tilknyttede innretninger, driftstemperatur eller strømning i brønnen. Apparatet kan følgelig inkludere sensorer eller andre midler for måling av de lokale miljøparametere. Én måte for å styre apparatet er å rekonfigurere generatorens spoleledningsføring for å justere ytelsen.
Styremidlene kan tilpasse den elektriske utgang fra generatoren til å være egnet for batteriladning så vel som tilføring av effekt til nedihulls signalsendere og måleelektronikk. Styremidlene kan endre forholdet for strømning mellom de indre og ytre passasjer.
Rotoren og statoren kan være magnetisk balansert for å tilveiebringe radial opphengning, hvilket reduserer kravene til radial opplagring, særlig ved oppstartsbetingelser.
En kondisjoneringsanordning som inkluderer de første stasjonære ledeskovler kan tilveiebringe kondisjonering, separasjon eller rengjøring av fluidet ved tilveiebringelse av en virvel eller en hydrosyklonvirkning, ved å påtvinge en rotasjon på fluidet slik at tunge, faste partikler konsentreres langs de ytre kanter av apparatet. Virvelen tilveiebringer følgelig en hovedsakelig partikkelfri fluidfase som kommer inn i strømningspassasjer i lagrene for smøring og sentralisering av turbinen.
Kondisjoneringsanordningen eller -trinnet kan også benytte flere ledeskovler for å optimere fluidets angrepsvinkel og for å minimere aksiale krefter og netto radial lagerkraft. Fluidet kan være et flerfasefluid, og flerfasefluider har en tendens til å forårsake asymmetriske laster på komponentene. Ledeskovlene vil også være tilbøyelig til å tilveiebringe en homogen fase som strømmer over turbinen i en flerfasestrømnings.
Turbinblad-designen, forstrømnings-kondisjoneringsinnretninger er optimert for å maksimere effektgenerering under minimering av trykk-kraft eller aksialkraft.
Turbinbladenes fremre og bakre kanter kan være symmetriske.
Det sylindriske legeme kan være designet til å låses inn i et eksisterende brønnboringsrør.
Apparatet kan settes inn i en eksisterende brønnboring ved bruk av en vaierledning eller et kveilrør, og kan inkludere områder for forbindelse til, eller løsgjøring fra, slike elementer, og apparatet kan settes i et rør eller en brønn på en konvensjonell måte. Apparatet kan videre inkludere et ytre, sylindrisk beskyttende hus for å beskytte apparatet når det er utplassert.
Apparatet kan videre inkludere kommunikasjonsmidler og kommunikasjons-midlene kan bringe operasjonelle parametere videre til en annen innretning i brønnboringen eller til overflaten.
Apparatet kan også inkludere styremidler, hvor optimal effektgenerering og operasjonell levetid sørges for ved bruk av en elektronisk effektkontroller. Styremidlene kan tillate uavhengig optimering av generatoren basert på lokale miljøbetingelser. Miljøbetingelsene kan inkludere last fra tilknyttede innretninger, driftstemperatur eller strømning i røret. Styremidlene kan rekonfigurere generatorens spoleledningsføring for å justere ytelsen. Styremidlene kan tilpasse den elektriske utgang fra generatoren til å være egnet til batteriladning så vel som tilføring av effekt til nedihulls signalsendere og måleelektronikk. Styremidlene kan også være designet til å endre strømningsforholdet mellom de indre og ytre passasjer. Strøm-ningen kan endres ved å inkludere en glidehylse over innløps- eller utløpsportene, og aktuatorer kan justere hylsen basert på målte parametere fra f.eks. sensorer og effektkontrolleren.
Kort beskrivelse av de vedlagte figurer:
Fig. 1 er en skjematisk representasjon i tverrsnitt av en første utførelse av oppfinnelsen; Fig. 2 er et tverrsnitt perpendikulært på tverrsnittet på fig. 1, av den samme utførelse som fig. 1; Fig. 3 er et tverrsnitt av en annen utførelse av oppfinnelsen; Fig. 4 er et perspektivriss av en tredje utførelse av oppfinnelsen;
Fig. 5 er et tverrsnitt av den tredje utførelse; og
Fig. 6 er et sideriss av en fjerde utførelse av oppfinnelsen.
Detaljert beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen med henvisning til de vedlagte figurer: Fig. 1 er en skjematisk representasjon av et tverrsnitt av en første utførelse av et apparat i henhold til oppfinnelsen, i en første driftsmodus når apparatet ifølge oppfinnelsen er plassert over perforeringer eller innløp 14 i et foringsrør 12 og en trykkdifferanse mellom utsiden og innsiden av røret brukes til å drive turbinen 4. Fluid, typisk produserte fluider i en brønn, kan strømme gjennom innløpet 14, forbi en innløpssyklon 1b som genererer en virvel rundt et hus 13 eller område-pakningsvegg, en strømningsformgiver 3 for ytterligere akselerering av virvelen eller rotering av strømningen, en turbin 4 som roteres av den roterende strømning fra strømningsformgiveren 3, magneter 6 festet til, og som roteres av turbinen 4, induksjonsspoler 7 for generering av elektrisk effekt fra et roterende magnetfelt tilveiebrakt av magnetene 6, og et utløp 15 for fluidet ovenfor turbinen 4. Smøre-kanaler 11 tilveiebringer fluid til lagrene for turbinen 4. Innløpssyklonen 1b som genererer en virvel, separerer kontaminasjoner i form av faste partikler fra fluidet, ettersom de faste partikler vil være tilbøyelige til å bevege seg langs den ytre diameter, mens ukontaminert fluid langs den indre diameter av huset 13 kan føres gjennom smørekanalene 11 og til lagrene av turbinen 4. Den separerende effekt kan sammenlignes med effekten av en hydrosyklon. Utløpet 15 kan være formet som en glidehylseventil for styring av strømningsmengden gjennom apparatet. Turbinen, strømningsformgiveren og induksjonssporene er plassert i et rørformet element, f.eks. en områdepakning som tilveiebringer et hus 13 for anordningen ifølge oppfinnelsen. Pakninger 16 tetter mellom foringsrøret 12 og huset 13. Magnetene 6 kan være permanentmagneter festet til turbinen, og systemet med magnetene og induksjonsspolene kan bidra til å stabilisere den aksiale posisjon til turbinen, og de radiale magnetiske krefter kan være nøyaktig balansert for å redusere behovet for radiale lagerkrefter. Fig. 2 er et tverrsnitt av foringsrøret med anordningen ifølge oppfinnelsen som vist på fig. 1, hvor turbinen 4 er vist som en ringformet turbinring på utsiden av huset 13 og inne i foringsrøret 12. Fig. 3 korresponderer i mange aspekter til fig. 1, men viser en annen modus hvor et apparat ifølge oppfinnelsen er plassert i en restriksjon i røret. En differanse i trykk over restriksjonen blir da brukt til å drive turbinen. Fig. 3 viser følgelig en vidt forskjellig utførelse av oppfinnelsen. På fig. 3 tas strømning fra innsiden av foringsrøret 12, gjennom innløpet 14, forbi en innløpssyklon 1b som genererer en virvel rundt huset 13, forbi den statiske strømningsformgiver 3, forbi den roterende turbin 4, ut gjennom utløpet 15 og tilbake inn i foringsrøret 12. En pakning 16 tetter mellom huset 13 og foringsrøret 12. Foringsrøret 12 kan selvsagt være ethvert forlengingsrør eller rørformet element med en indre strømning. En del av det fluid som strømmer gjennom anordningen ifølge oppfinnelsen, kan føres gjennom smørekanaler 11 som kan danne trykksatte smørekanaler. En annen del av fluidet, eventuelt med kontaminasjoner, kan strømme langs foringsrøret 12, og ut gjennom utløpet 15. I utførelsen på fig. 3, er magnetene 6 plassert over turbinen 4, og genererer elektrisk effekt i de statiske generatorspoler 7, plassert på utsiden av og i umiddelbar nærhet av magnetene 6.
Den indre diameter av huset 13, kan typisk være 100 mm, den ytre diameter av huset kan typisk være 144 mm, og den indre diameter av turbinen kan typisk være 120 mm.
Apparatet ifølge oppfinnelsen kan være kun 10 mm tykt, selv om brønnens diameter er ca. 150 mm, hvilket lar det være en åpning gjennom apparatet med en diameter på 130 mm.
Fig. 4 er et perspektivriss av en tredje utførelse av oppfinnelsen hvor første statiske strømningsformgivere 1 er plassert ved et innløp for fluid. Strømnings-formgiverne 1 leder fluidet inn i rotasjon, slik at kontaminasjon i form av faste partikler settes i rotasjon og vil være tilbøyelig til å bevege seg langs den ytre vegg av syklonkammeret 2, hvorved en strøm av fluid uten faste partikler tilveiebringes langs huset 13. Det rengjorte fluid kan da brukes i de hydrodynamiske lagre i turbinen 4. Andre strømningsformgivere 3 akselererer strømmen av fluid videre for å tilveiebringe en roterende strømning som vil treffe turbinbladene 4a for å rotere turbinen 4. Turbinbladene 4a er krumme for å lede den roterende strømning i en motsatt retning, slik at rotasjonen av fluidet ovenfor turbinen blir betydelig redusert, for å forbedre effektiviteten til anordningen.
Turbinringen kan være hydrodynamisk opphengt i en radial og aksial retning ved at rene brønnfluider strømmer i klaringene mellom turbinringen 4 og det rørformede hus 13. Fluidene kan være rengjort med en hydrodynamisk syklon-virkning i strømningsformgiveren 3, hvor tunge partikler så som sand fjernes fra det fluid som brukes til dynamisk opphengning. Lav statisk friksjon mellom komponentene kan sørges for gjennom materialvalg i de selvrengjørende opplagrings-områderfor tilveiebringelse av lav statisk friksjon under oppstart. Ringrommets strømningsretning kan velges for å kompensere for gravitasjonskrefter på turbinen.
Fig. 5 er et tverrsnitt av den utførelse som er vist på fig. 4, hvor de forskjellige komponenter er vist i nærmere detalj. Fig. 5 viser klart hvordan fluid vil strømme gjennom innløpet 14, forbi den statiske første strømningsformgiver 1, forbi syklonkammeret 2, forbi den annen strømningsformgiver 3, forbi turbinen 4 og tilbake inn i foringsrøret 12 gjennom utløpet 15.
Faste partikler i fluidet som kommer inn i innløpet 14 vil være tilbøyelige til å bevege seg langs ytterveggen av syklonkammeret 2, mens et hovedsakelig faststoff-fritt fluid vil bevege seg langs innerveggen av syklonkammeret 2, videre strømme inn i aksial-trykkraftlageret 8, radiallageret 10, de trykksatte smørekana-ler 11 og tilbake inn i den gjenværende strømning av fluidet. Et gap kan følgelig være tilveiebrakt mellom foringsrøret 12 og tuppen av bladene av turbinen 4 for tilveiebringelse av et uforstyrret fluidløp for det kontaminerte fluid langs innerveggen av foringsrøret, og for å forebygge slitende virkning av det kontaminerte fluid på turbinen.
Ringformede magneter 6a, 6b og 6c er vist plassert på den ringformede turbin 4, og disse magneter 6a, 6b, 6c er innrettet med generator-induksjonsspoler 7a, 7b og 7c. Brønnstrømmen vil strømme fra høyre på fig. 5, angitt med pilene. Strømningen vil bli fordelt mellom senteråpningen, som normalt vil føre største-delen av strømningen, og strømningen i ringrommet som delvis brukes til å drive turbinen og delvis til å tilveiebringe en strømning av fluid i lagerflatene. Det drivende trykk for turbinen og smøringen av lagrene er et resultat av den hydrodynamiske trykkdifferanse mellom innløpssiden og utløpssiden av røret som fører hovedstrømmen.
Fluidstrømmen som strømmer langs innerveggen vil bli ført inn i trykk-smørekanalene 11 for å mate både aksial-trykkraftlagrene 8 og 9 og radiallageret 10. Alle lagrene er designet slik at turbinen føres mot en nøytral posisjon med jevnt fordelte gap i lagrene.
Turbinen kan være tilpasset til forskjellige nivåer av strømning ved å inkludere en begrensende ring i foringsrøret eller forlengingsrøret 12. Hvis en svært lav strømning er forventet, så kan hovedåpningen tettes med en plugg, slik at alt fluidet strømmer gjennom turbinen.
Under normale driftsbetingelser strømmer hoveddelen av fluidet gjennom den sylindriske sentrale seksjon 17.
Fig. 6 viser en alternativ design av anordningen ifølge oppfinnelsen, hvor strømningsformgiverne 3 er designet til å danne en fluidstrøm som roterer nesten uten noen strømningskomponent i en aksial retning i forhold til apparatets lengde-retning. Turbinen 4 er vist med krumme turbinblader 4a. Turbinbladene 4a på-tvinger nesten ingen aksialkraft på turbinen, og fluidet kastes ut fra turbinen nesten uten noen rotasjon ved den høyeste virkningsgrad.
Den viste oppfinnelse kan designes som et tykkvegget rør som er opphengt eller sammenstilt i et foringsrør eller et forlengingsrør i en petroleumsbrønn, vanligvis i en standard nippel eller hylse, eventuelt ved bruk av friksjons-festeelementer og tetninger eller pakninger. Turbinen kan designes som en fritt-løpende, bred ring. Den viste utførelse viser tre ringmagneter 6a, 6b og 6c som er sammenstilt i turbinringen, men et høyere eller lavere antall av magneter kan selvsagt brukes. Ringmagnetene vil indusere en strøm i induksjonsspolene 7a, 7b og 7c som er faststående i den faste rørformede sjakt eller hus 13. I de viste utførel-ser er det tre ringer for å generere en tre-fasestrøm. Dette er praktisk med hen-blikk på styring når en likestrøm er nødvendig, fordi det reduserer behovet for kapasitanser. Generatoren kan bygges med et minimum av jern for å redusere magnetisk klebing hvis generatoren blir forflyttet fra senterposisjonen.
Claims (1)
1. Effektgenererende apparat, for generering av effekt fra et fluid som ikke er ment for drivende formål og som strømmer i et rør (14) og for installasjon i en brønnboring i en olje- og/eller gassbrønn, inkludert et sylindrisk legeme (13) og en ringformet turbin (4) med turbinblader (4a) for drift av en elektrisk generator,karakterisert ved: en sentral strømningspassasje (17) som strekker seg gjennom hele det effektgenererende apparat; og et fluidkondisjoneringstrinn med en roterende virvelstrøm tilveiebringende innløpssyklon (1b) med en statisk strømningsformgiver (1) med én eller flere ledeskovler inkludert i fluidkondisjoneringstrinnet.
2. Apparat som angitt i krav 1, videre omfattende fluidlagre (8, 9, 10) og at fluidkondisjoneringstrinnet kondisjonerer fluidet før det kommer inn i fluidlagrene (8, 9, 10) smurt av fluidet.
3. Apparat som angitt i krav 1, hvor den sentrale strømningspassasje har en diameter som er tilstrekkelig for passering av verktøy.
4. Apparat som angitt i krav 2, hvor fluidet for fluidlagrene (8, 9, 10) tilveiebringes av fluidet som strømmer i røret (12).
5. Apparat som angitt i krav 2, hvor fluidlagrene (8, 9, 10) tilveiebringer både radial og aksial bæring og beveger turbinen (4) mot en radial og en aksial sentral posisjon.
6. Apparat som angitt i krav 2, hvor den radiale og aksiale bæring tilveiebringes av trykkdifferansen over turbinen (4).
8. Apparat som angitt i krav 1, hvor fremre og bakre kanter av turbinbladene (4) er symmetriske.
9. Apparat som angitt i krav 1, hvor rotoren (4) og statoren er magnetisk balansert og tilveiebringer radial opphengning.
10. Apparat som angitt i krav 1, hvor det sylindriske legeme (13) er designet til å låses inn i røret (12), og kan settes inn i røret (12) på en vaierledning eller et kveilrør.
11. Apparat som angitt i krav 1, videre inkludert en elektronisk effektkontroller og/eller strømningsforhold endrende styremidler mellom turbinen (4) og den sentrale strømningspassasje (17).
12. Apparat som angitt i krav 1 videre omfattende magnetiske lagre som en erstatning for, eller i tillegg til, fluidlagrene.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20092520A NO338554B1 (no) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | Generator for elektrisk kraft |
BRPI1010182A BRPI1010182A2 (pt) | 2009-07-03 | 2010-06-24 | aparelho gerador de energia para gerar energia a partir de um fluido que flui em um cano |
GB1200449.5A GB2483609B (en) | 2009-07-03 | 2010-06-24 | A power generating apparatus with an annular turbine |
EA201270030A EA019728B1 (ru) | 2009-07-03 | 2010-06-24 | Устройство, вырабатывающее электроэнергию, с кольцевой турбиной |
CA2767000A CA2767000A1 (en) | 2009-07-03 | 2010-06-24 | A power generating apparatus with an annular turbine |
PCT/NO2010/000243 WO2011002301A1 (en) | 2009-07-03 | 2010-06-24 | A power generating apparatus with an annular turbine |
US13/380,211 US20120091732A1 (en) | 2009-07-03 | 2010-06-24 | Power generating apparatus with an annular turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20092520A NO338554B1 (no) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | Generator for elektrisk kraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20092520A1 NO20092520A1 (no) | 2011-01-04 |
NO338554B1 true NO338554B1 (no) | 2016-09-05 |
Family
ID=43411208
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20092520A NO338554B1 (no) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | Generator for elektrisk kraft |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120091732A1 (no) |
BR (1) | BRPI1010182A2 (no) |
CA (1) | CA2767000A1 (no) |
EA (1) | EA019728B1 (no) |
GB (1) | GB2483609B (no) |
NO (1) | NO338554B1 (no) |
WO (1) | WO2011002301A1 (no) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9074463B2 (en) * | 2010-12-30 | 2015-07-07 | Baker Hughes Incorporated | Method and devices for terminating communication between a node and a carrier |
US20120304499A1 (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-06 | Kiesel Laura E | Transferable, Independently Attachable, Self Supporting Footwear Wrap For Stylish Decoration |
US20130062881A1 (en) * | 2011-09-14 | 2013-03-14 | Chevron U.S.A. Inc. | System, apparatus and method for generating power in a fluid conduit |
US9234404B2 (en) * | 2012-02-29 | 2016-01-12 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole fluid flow control system and method having a fluidic module with a flow control turbine |
EP2708695A1 (en) | 2012-09-13 | 2014-03-19 | Services Pétroliers Schlumberger | Turbine speed control system for downhole tool |
WO2014105053A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Halliburton Energy Services Inc. | Downhole bladeless generator |
US9523263B2 (en) * | 2014-06-13 | 2016-12-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drilling turbine power generation |
US9593557B2 (en) * | 2014-09-25 | 2017-03-14 | Chevron U.S.A. Inc | System and method for autonomous downhole power generation |
US9638010B2 (en) * | 2014-09-25 | 2017-05-02 | Chevron U.S.A. Inc. | Downhole power generation system with alternate flow paths |
GB201417734D0 (en) * | 2014-10-07 | 2014-11-19 | Tendeka As | Turbine |
EP3201422B1 (en) | 2014-12-09 | 2020-03-04 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole turbine assembly |
GB2552426A (en) * | 2015-03-31 | 2018-01-24 | Halliburton Energy Services Inc | Actuator controlled variable flow area stator for flow splitting in down-hole tools |
BR112019010165B1 (pt) | 2016-12-28 | 2023-04-11 | Halliburton Energy Services, Inc | Sistema e método para acionar meios eletrônicos, e, dispositivo de controle de energia |
GB2562089B (en) | 2017-05-04 | 2019-07-24 | Ardyne Holdings Ltd | Improvements in or relating to well abandonment and slot recovery |
AU2018413159B2 (en) * | 2018-03-12 | 2024-04-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Self-regulating turbine flow |
RU2695735C1 (ru) * | 2018-12-05 | 2019-07-25 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Завихритель и способ закрутки потока текучей среды, скважинный электрогенератор, содержащий завихритель потока текучей среды, и способ генерирования электроэнергии в скважине |
RU2713270C1 (ru) * | 2019-03-05 | 2020-02-04 | Публичное акционерное общество "Татнефть" им. В.Д.Шашина | Способ эксплуатации горизонтальной скважины |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5839508A (en) * | 1995-02-09 | 1998-11-24 | Baker Hughes Incorporated | Downhole apparatus for generating electrical power in a well |
US20020121377A1 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-05 | Longbottom Jim Robert | Lift fluid driven downhole electrical generator and method for use of the same |
US20080047753A1 (en) * | 2004-11-05 | 2008-02-28 | Hall David R | Downhole Electric Power Generator |
US7537051B1 (en) * | 2008-01-29 | 2009-05-26 | Hall David R | Downhole power generation assembly |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3342267A (en) * | 1965-04-29 | 1967-09-19 | Gerald S Cotter | Turbo-generator heater for oil and gas wells and pipe lines |
US4120159A (en) * | 1975-10-22 | 1978-10-17 | Hitachi, Ltd. | Steam turbine control system and method of controlling the ratio of steam flow between under full-arc admission mode and under partial-arc admission mode |
US4108721A (en) * | 1977-06-14 | 1978-08-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Axisymmetric fluidic throttling flow controller |
US4274009A (en) * | 1977-11-25 | 1981-06-16 | Parker Sr George | Submerged hydroelectric power generation |
US4524285A (en) * | 1979-09-14 | 1985-06-18 | Rauch Hans G | Hydro-current energy converter |
US4555637A (en) * | 1982-07-26 | 1985-11-26 | Acd, Inc. | High speed turbogenerator for power recovery from fluid flow within conduit |
US4740711A (en) * | 1985-11-29 | 1988-04-26 | Fuji Electric Co., Ltd. | Pipeline built-in electric power generating set |
US5626200A (en) * | 1995-06-07 | 1997-05-06 | Halliburton Company | Screen and bypass arrangement for LWD tool turbine |
US6441508B1 (en) * | 2000-12-12 | 2002-08-27 | Ebara International Corporation | Dual type multiple stage, hydraulic turbine power generator including reaction type turbine with adjustable blades |
GB2377951B (en) * | 2001-07-25 | 2004-02-04 | Schlumberger Holdings | Method and system for drilling a wellbore having cable based telemetry |
US7190084B2 (en) * | 2004-11-05 | 2007-03-13 | Hall David R | Method and apparatus for generating electrical energy downhole |
US7663261B2 (en) * | 2005-02-15 | 2010-02-16 | Spiroflo, Inc. | Flow development and cogeneration chamber |
JP2006230145A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Ebara Corp | サブマージドタービン発電機 |
US8297375B2 (en) * | 2005-11-21 | 2012-10-30 | Schlumberger Technology Corporation | Downhole turbine |
NO324350B1 (no) * | 2006-02-17 | 2007-09-24 | Reslink As | Generator for fluiddrevet produksjon av elektrisk energi og fremgangsmate for fremstilling av generatoren |
US7624821B1 (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-01 | Hall David R | Constricting flow diverter |
US8148839B2 (en) * | 2008-07-02 | 2012-04-03 | Rosefsky Jonathan B | Ribbon drive power generation and method of use |
US20110259639A1 (en) * | 2010-04-26 | 2011-10-27 | Hall David R | Downhole Axial Flux Generator |
-
2009
- 2009-07-03 NO NO20092520A patent/NO338554B1/no unknown
-
2010
- 2010-06-24 US US13/380,211 patent/US20120091732A1/en not_active Abandoned
- 2010-06-24 BR BRPI1010182A patent/BRPI1010182A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2010-06-24 CA CA2767000A patent/CA2767000A1/en not_active Abandoned
- 2010-06-24 WO PCT/NO2010/000243 patent/WO2011002301A1/en active Application Filing
- 2010-06-24 GB GB1200449.5A patent/GB2483609B/en active Active
- 2010-06-24 EA EA201270030A patent/EA019728B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5839508A (en) * | 1995-02-09 | 1998-11-24 | Baker Hughes Incorporated | Downhole apparatus for generating electrical power in a well |
US20020121377A1 (en) * | 2001-03-05 | 2002-09-05 | Longbottom Jim Robert | Lift fluid driven downhole electrical generator and method for use of the same |
US20080047753A1 (en) * | 2004-11-05 | 2008-02-28 | Hall David R | Downhole Electric Power Generator |
US7537051B1 (en) * | 2008-01-29 | 2009-05-26 | Hall David R | Downhole power generation assembly |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
The American Society of Mechanical Engineers, "The Kingsbury bearing at Holtwood", publisert i Juni 1987., Proprietor: The American Society of Mechanical Engineers, Dated: 01.01.0001 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201270030A1 (ru) | 2012-07-30 |
GB201200449D0 (en) | 2012-02-22 |
WO2011002301A1 (en) | 2011-01-06 |
BRPI1010182A2 (pt) | 2016-03-29 |
GB2483609B (en) | 2013-10-02 |
GB2483609A (en) | 2012-03-14 |
EA019728B1 (ru) | 2014-05-30 |
US20120091732A1 (en) | 2012-04-19 |
CA2767000A1 (en) | 2011-01-06 |
NO20092520A1 (no) | 2011-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO338554B1 (no) | Generator for elektrisk kraft | |
EP2946068B1 (en) | Apparatus for power generation | |
CA2500036C (en) | Apparatus and method for generating electrical power in a borehole | |
CA2963452C (en) | Turbine for extracting energy from fluid flowing along a fluid channel | |
EP3201422B1 (en) | Downhole turbine assembly | |
CA2355606A1 (en) | A fluid-driven alternator having an internal impeller | |
AU2012397854B2 (en) | Downhole bladeless generator | |
AU2019232819B2 (en) | Lubricating downhole-type rotating machines | |
US20230184036A1 (en) | Lubricating downhole-type rotating machines | |
NO20211184A1 (en) | Generator design with varying gap | |
NO20141419A1 (no) | Apparat og fremgangsmåte for kontrollering av en del av en nedihullssammenstilling, og en nedihullssammenstilling | |
US9840933B2 (en) | Apparatus for extending the flow range of turbines | |
US20150176372A1 (en) | Downhole power generation using hydraulic flow regulation | |
WO2021188832A1 (en) | Lubricating a downhole rotating machine | |
RU2265720C1 (ru) | Электрогенератор питания забойной телеметрической системы | |
Cooper et al. | A Versatile Multi phase Two-Screw Pump Package for Subsea Deployment | |
WO2022159884A1 (en) | Lubricating downhole-type rotating machines |