CN101908846B - 井下温差发电方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种井下温差发电方法及系统，它是根据赛贝克(Seebeck)效应，利用钻井过程中井下环境的温度差发电的方法及装置，它主要由带隔热层的钻杆及钻铤、温差发电装置(主要组成部分为传热部分、散热部分、温差发电模块)组成，其方法是将钻杆及钻铤主体(称为外壁层)内壁加一层隔热材料，为隔热层，隔热层内壁加一层抗压耐腐蚀材料，为内壁层，从而组成带隔热层的钻杆及钻铤，温差发电装置的传热部分将外壁层的热量传给温差发电模块的热端，散热部分与流入钻铤的泥浆接触，使温差发电模块的冷端有一个较低的温度，温差发电模块将温度差转换为电势差，经稳压恒流电路转换后供无线随钻测斜仪等井下测量仪器使用或将电能储存到蓄电池中供井下测量仪器备用，从而提高无线随钻测斜仪等井下测量仪器的连续工作时间。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种利用温差发电的方法，它是利用钻井井下温度差发电的方法及系统。
背景技术
目前，温差发电技术已应用于很多领域，它是根据赛贝克(Seebeck)效应，把两种不同的导体接成闭合回路时，如果把它的两个接点分别置于温度不同的两个环境中，则电路中就会有电流产生，产生电流的电动势V＝aΔT，式中a为温差电动势率，ΔT为接点之间的温度差。但在石油钻井中还尚未应用这种技术，在钻井过程中随着井深及地质环境的影响，井下温度会相应升高，加之钻头随着钻井的深度会与地下的岩石摩擦，会产生大量热量，此时离钻头越近温度就越高，由于泥浆是从钻杆及钻挺内流向钻头，只要钻杆及钻铤内层有一定的隔温功能，且流进的泥浆温度比较低，靠近钻头部分的钻铤外壁层与钻杆及钻铤内的泥浆就会有一个较大的温差。
发明内容
为了利用钻井过程中的温差资源，将多余的热量转换为电能，将这部分电能经稳压恒流电路转换后可以供无线随钻测斜仪等井下测量仪器使用，也可以将电能储存到井下测量仪器的蓄电池中，从而提高无线随钻测斜仪等井下测量仪器的连续工作时间，本发明提供了一种井下温差发电方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：a.在钻杆及钻铤主体内壁加一层隔热材料，为隔热层，隔热层要具有很好的抗压及减振特性，而且在保证隔热能力的基础上尽可能的薄，隔热层内壁加一层抗压耐腐蚀材料，为内壁层(与泥浆接触部分)，从而组成带隔热层的钻铤及钻杆。b.采用两种半导体，两个半导体为一个发电组，热端(吸热端)引脚连接，冷端(散热端)引脚断开，作为正负电源线，根据实际需要将更多的发电组串联、并联或串并联相结合的方法组成温差发电模块以得到所需的电压和电流。专门设计出长距离的传热装置，为传热部分，由吸热层(由超导温材料构成)、保温层、抗压层组成。吸热层与带隔热层的钻铤外壁层接触。散热装置采用导温材料，为散热部分。散热部分与流入钻铤的泥浆接触。根据需要尽可能增加散热部分与泥浆的接触面积，以提高散热率。将温差发电模块、吸热层及保温层密封在抗压外壳内，正负电源线从抗压外壳引出，给井下测量仪器提供电源，抗压外壳同时起到散热作用。传热部分、温差发电模块、散热部分组成温差发电装置。也可将温差发电装置内置于钻铤内，利用带隔热层的钻铤外壁层作为传热部分，将内壁层作为散热部分。带隔热层的钻铤及钻杆、温差发电装置组成井下温差发电系统。
当高压泥浆流入钻挺内，经过温差发装置时，散热层与经过的泥浆温度传导后使温差发电模块的冷端温度保持与流经泥浆温度相近，使得温差发电模块的冷端有一个较低的温度。带隔热层的钻铤外壁层温度会随着地温及钻头与地层摩擦产生热量的影响而变化，温差发电装置的传热部分将热量传导到温差发电模块的热端。温差发电模块的冷端与热端便有了一个温度差，从而将部分热能转换为电能。
本发明的有益效果是，通过与稳压恒流电路连接可以给无线随钻测斜仪等井下测量仪器供电或将电能储存到蓄电池中，供无线随钻测斜仪等井下测量仪器备用；采用带隔热层的钻铤及钻杆，使得流入钻铤及钻杆的泥浆温度比较低，从而降低了高温对井下测量仪器的影响，使随钻测斜仪等井下测量仪器能够在高温地质环境中使用；钻铤及钻杆的隔热层有一定的减振特性，从而降低了振动对井下测量仪器的影响。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1是钻头、带隔热层的钻挺、温差发电装置、无线随钻测斜仪实施例的整体结构图。
图2是带隔热层的钻铤及钻杆实施例的横向剖面图。
图3是温差发电模块实施例的纵向剖面图。
图4是温差发电装置及带隔热层钻铤实施例的纵向剖面图。
图1中1.温差发电装置，2.带隔热层的钻铤，3.无线随钻测斜仪，4.钻头。
图2中1.外壁层，2.隔热层，3.内壁层。
图3中1.N型半导体，2.P型半导体，3.绝缘导热构件。
图4中1.温差发电模块，2.吸热层，3.保温层，4 抗压层。
具体实施方式
在图1所示实施例中，将温差发电装置(1)安装在位于钻头(4)上方的带隔热层的钻挺(2)内，无线随钻测斜仪(3)位于温差发电装置(1)的上方。
在图2所示实施例中，将内壁层(3)从钻铤或钻钻杆的一端与外壁层(1)固定，中间有均匀的空隙，将形成聚氨脂泡沫塑料的液体材料倒入空隙内，发泡后形成隔热层(2)。
在图3所示实施例中，N型半导体(1)和P型半导体(2)两个为一个发电组，从左向右每一组底端连接，顶端部分第一组的第二个引脚与第二组的第一个引脚连接，第二组的第二个引脚与第三组的第一个引脚连接，三个发电组串联，两端分别连接绝缘导热构件(3)形成热端和冷端，从而组成了一个温差发电模块，第一个发电组的第一个引脚和第三个发电组的第二个引脚用外层绝缘的导线引出。
在图4所示实施例中，吸热层(2)的一部分内置于带隔热层的钻铤的隔热层中，且一端与带隔热层的钻铤的外壁层连接，吸热层(2)的一部分从带隔热层的钻铤的隔热层及内壁层引出，其中外层为保温层(3)，吸热层的另一端与温差发电模块(1)的热端连接，温差发电模块(1)的冷端与抗压层(4)连接，抗压层(4)同时作为温差发电模块(1)的散热层，保温层(3)和温差发电模块(1)密封在抗压层(4)内。
泥浆流经抗压层时，使温差发电模块冷端有一个比较低的温度，吸热层吸收带隔热层的钻铤的外壁层热量，保温层保持吸热层的热量不被流向钻头的低温泥浆吸收，吸热层迅速将热量传输给温差发电模块的热端，使热端温度升高，这时发电组的热端与冷端就有了一个温度差，温差发电模块引出的两脚便有了一个电动势，通过与稳压恒流电路连接，从而输出稳定电压与恒定电流的直流电，可给安装在带隔热层的钻挺内的无线随钻测斜仪供电，也可将电能储存在无线随钻测斜仪的蓄电池中。
Claims (1)
1.一种井下温差发电方法，其特征是：利用带隔热层的钻铤及钻杆，并安装温差发电装置，带隔热层的钻铤及钻杆主要由外壁层、隔热层、内壁层组成，温差发电装置由温差发电模块、传热部分、散热部分组成，传热部分将钻铤外壁层的部分热量传向温差发电模块的热端，散热部分与流入钻杆及钻铤的泥浆接触，使温差发电模块的两端产生温度差，温差发电模块将温度差通过赛贝克效应直接转换为电势差。
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