电偶184分别与第一出口 208和第二出口 212可操作地联接，并且分别与温差发电机154的高温输入部154a、低温输入部154b可操作地联接，以便将温差施加到温差发电机154。
[0031]涡流管200的构造被描述为带有设置在细长中空体202的同一纵向侧的第一出口208和第二出口 212的“单向流动式”涡流管。在单向流动式涡流管中观察到的温度分离一般不如在逆转流动式涡流管中观察到的温度分离那样明显。诸如涡流管200等单向流动式涡流管在被放置在围绕生产油管122的有限环形空间(图2)中时能够表现出某些优点。例如，在一些实施例中，设置在细长中空体202的同一纵向侧的第一出口208和第二出口212允许采用更大直径的细长中空体202，因为流体无需以如上文参考箭头188e(图2)所述的方式沿涡流管200的外侧流动。
[0032]现在参考图4，对用于发电系统150(参见图1和图2)的操作过程300进行描述。从开采区102b开采出采出液，使得采出液进入井筒100(步骤302)。然后，使采出液穿过涡流管152，以在第一出口 172与第二出口 180之间产生温差(步骤304)。通过温差发电机154、第一热电偶182和第二热电偶184将温差转化为电压(步骤306)。将电力从温差发电机154传送到诸如流入控制阀164等井下工具(步骤308)。在一些实施例中，电力在被传送到流入控制阀164之前临时储存在蓄电装置156中。操作流入控制阀164(步骤310)，从而利用传送到流入控制阀164的电力来使采出液选择性地穿过限定在生产油管122中的孔124。这样，发电系统150通过在井筒100的井下段(其通常是等温的)中产生温差来获取储存在采出液中的能量，并且利用所获取的能量驱动井下工具。
[0033]因此，本文所描述的本发明非常适合于实现上述目标以及实现所提及的目的、优点以及本发明所具有的其他目标。虽然出于公开的目的给出了本发明的当前优选的实施例，但为了实现期望结果，步骤细节上可以存在多方面改变。这些以及其他相似的变型对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且应被包含在本文披露的本发明的主旨和随附权利要求书的范围之内。
【主权项】
1.一种用于在形成于地下地层中的井筒内产生电力的发电系统，所述发电系统包括: 加压流体源； 温差发电机，其可操作地响应于被施加的温差而产生电压；以及涡流管，其与所述温差发电机可操作地联接，以对所述温差发电机施加所述温差，所述涡流管包括: 细长中空体； 入口，其与所述加压流体源流体连通； 第一出口，其与所述细长中空体的径向靠外区域热连通，所述第一出口与所述温差发电机的高温输入部可操作地相关联;以及 第二出口，其与所述细长中空体的径向靠内区域热连通，所述第二出口与所述温差发电机的低温输入部可操作地相关联。2.根据权利要求1所述的发电系统，其中，所述涡流管的所述入口可操作地与所述地下地层流体连通，并且所述加压流体源是所述地下地层的开采区内的采出液。3.根据权利要求1或2所述的发电系统，其中，所述涡流管的所述第一出口和所述第二出口与生产油管可操作地流体连通，使得限定在所述地下地层与所述生产油管之间的流动路径延伸经过所述涡流管。4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的发电系统，还包括与所述温差发电机电连通的电驱动井下工具，其中，所述电驱动井下工具可操作为选择性地接收由所述温差发电机产生的电力。5.根据权利要求4所述的发电系统，其中，所述电驱动井下工具是流入控制阀，所述流入控制阀构造为用于调节流体在延伸穿过所述地下地层的生产油管的内部与外部之间的流动。6.根据权利要求4所述的发电系统，还包括电联接在所述温差发电机与所述电驱动井下工具之间的蓄电装置。7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的发电系统，其中，所述涡流管构造为逆转流动式涡流管，并且所述第一出口和所述第二出口设置在所述细长中空体的纵向相反两侧上。8.—种用于在延伸穿过地下地层的井筒内获取能量的发电系统，所述发电系统包括: 温差发电机，其可操作地响应于被施加的温差而产生电压；以及 涡流管，其与所述温差发电机可操作地联接，以对所述温差发电机施加所述温差，所述涡流管包括: 细长中空体； 入口，其可操作地与所述地下地层流体连通，并且可操作地沿着所述细长中空体的径向靠外区域产生采出液的旋流； 第一出口，其设置在所述细长中空体的所述径向靠外区域中，并且可操作地排出所述采出液的旋流的第一部分，所述第一出口与所述温差发电机的高温输入部可操作地联接；限流器，其可操作地将所述采出液的旋流的第二部分从所述细长中空体的所述径向靠外区域改向到所述细长中空体的径向靠内区域;以及 第二出口，其设置在所述细长中空体的所述径向靠内区域中，并且可操作地排出所述采出液的所述旋流的第二部分，所述第二出口与所述温差发电机的低温输入部可操作地联接。9.根据权利要求8所述的发电系统，其中，所述涡流管设置在限定在所述地下地层与延伸穿过所述地下地层的生产油管之间的环形区域内。10.根据权利要求9所述的发电系统，其中，所述环形区域限定在围绕所述生产油管延伸且与地下地层的环壁接合的两个纵向隔开的隔离部件之间。11.根据权利要求10所述的发电系统，其中，在所述涡流管的入口与限定在所述生产油管中的孔之间存在300psi的压差，并且所述孔与所述涡流管的所述第一出口和所述第二出口流体连通。12.根据权利要求10所述的发电系统，其中，在限定在所述生产油管中的孔处设置有流入控制阀，所述孔与所述涡流管的所述第一出口和所述第二出口流体连通，并且所述流入控制阀与所述温差发电机电联接以接收来自所述温差发电机的电力。13.根据前述权利要求8至12中任一项所述的发电系统，还包括分别与所述涡流管的所述第一出口和所述第二出口热连通的第一热电偶和第二热电偶，其中，所述涡流管的所述第一出口和所述第二出口分别经由所述第一热电偶和所述第二热电偶与所述温差发电机的所述高温输入部和所述低温输入部可操作地联接。14.根据前述权利要求8至13中任一项所述的发电系统，其中，所述限流器能够相对于细长中空体移动，从而能够调节限定了所述涡流管的所述第一出口的环形孔的尺寸。15.根据前述权利要求8至14中任一项所述的发电系统，其中，所述涡流管的所述入口与被限定为贯穿围绕所述生产油管而设置的套管的穿孔流体连通。16.—种在延伸穿过地下地层的井筒内产生电力的方法，所述方法包括: (i)从所述地下地层开采出采出液，并使所述采出液进入到所述井筒中； (ii)使所述采出液通过涡流管，以在所述涡流管的第一出口与第二出口之间产生温差；以及 (iii)将所述温差转化为电压。17.根据权利要求16所述的方法，还包括将电力从温差发电机传送到井下工具，所述温差发电机与所述涡流管可操作地联接，用以将所述温差转化为所述电压。18.根据权利要求17所述的方法，还包括操作所述井下工具，以选择性地使所述采出液通过限定在延伸穿过所述地下地层的生产油管中的孔。
【专利摘要】本发明描述了在延伸穿过地下地层的井筒内产生电力的系统和方法。加压流体的旋流穿过涡流管，以在涡流管的第一出口与第二出口之间产生温差。该温差被施加到构造为将温差转化为电压的温差发电机上。温差发电机产生电力，该电力可被传送到井筒内的诸如流入控制阀等井下工具。
【IPC分类】E21B41/00
【公开号】CN105579661
【申请号】CN201480052745
【发明人】穆罕默德·纳比尔·努依-梅希蒂
【申请人】沙特阿拉伯石油公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2014年7月17日
【公告号】CA2918968A1, EP3025016A2, US20150027507, WO2015013090A2, WO2015013090A3