种实施方案已描述为内部定位于钻铤内以利用沿着孔36的钻井流体流来驱动圆盘40，但在本公开内容的其它实施方案中，无叶发电机38可以由钻铤32承载以便利用井筒环体28中的返回流来驱动圆盘40。在这种情况下，流体流系统是有套管或无套管井筒且利用向着井筒之上的流体流来驱动无叶发电机。
[0027]因此，在本公开内容的一个实施方案中，如图7中所示，圆盘40由管套环32承载，以便与横穿管套环32的外部表面56的钻井流体的返回流相交。在这样的情况下，圆盘40可以向外延伸至流中或替代地，可以包括跨越圆盘40导向返回流的一部分的通道58。孔36可以与管套环32同轴或可以如所示般偏移以便允许管套环32内的额外空间定位无叶发电机38。
[0028]虽然已参考钻柱描述管套环32，但是管套环32可以是外壳或短节，其被安置来支撑一个或多个无叶发电机38以用于在与流体的传输关联的生产井筒或其它管道中使用。这样的系统可以包括诸如图7中所示的布置，但是不具有封闭的内部环体。例如，通道58可以被布置来通过穿过外壳且返回至生产流的流通路向着有套管或无套管生产井筒之上导向流的一部分。外壳可以在延伸至井筒中的任何长形支撑结构(诸如钢缆、钢丝绳、管线、脐带式管缆、连续油管、管柱或缆线)上被支撑或降低至生产井筒中。外壳可以包括其它设备，诸如能量存储系统。同样地，为了在远程位置中发电，无叶发电机可以大致定位于在钻井或烃的回收或传输期间利用的流体的轴向流路径内。例如，无叶发电机可以在表面处沿着钻井流体供应系统62的钻井流体供应线定位。在另一实施方案中，系统30可以定位于井口处以驱动生产井筒中利用的监测电子器件。在另一实施方案中，系统30可以定位于远程传输线中且用于在这样的远程位置中驱动监测电子器件。在这样的情况下，烃分布系统可以包括管线，其中电操作监测设备被安置来监测管线且无叶发电机被安置来发电以操作监测设备。在另一实施方案中，系统30可以并入为防喷器(“BOP”)64的一部分且用作多种BOP功能的电源。
[0029]在任何情况下，当发电机42发电时，电可以在能量存储系统60 (作为非限制性实例，参照图1)(诸如电池、电容器等等)中本地存储至系统30。
[0030]虑及上述系统且参考图8，用于实践本公开内容的系统的方法200包括步骤202，其在井筒内部署无叶发电机或以别的方式沿着与井筒关联的流体流路径部署无叶发电机。在步骤204中，流体流的一部分跨越无叶发电机的一个或多个圆盘导向。这可以通过定位无叶发电机，使得圆盘的至少一部分延伸至主流体流中或以别的方式，通过跨越圆盘使主流体流的一部分转向来完成。在步骤206中，跨越圆盘的流体流的边界层效应引起圆盘的旋转。该旋转能量驱动一个驱动轴而允许发电机的线圈和磁体将旋转能量转换为电能。此后，在步骤208中，可以利用产生的电以给工具或仪器或与井筒关联的其它电设备(诸如安置于井筒中的监测电子器件)供电。在步骤210中，接着主流体流的转向部分排出回至主流体流中。流体流可以是用于对井筒钻井的钻井泥浆，向上穿过环体的返回钻井泥浆，生产井筒中的生产烃或其它流，诸如连同井筒利用的钻井流体注入流或烃分布流。电可以存储于表面或本地存储于井筒内且根据需要利用。
[0031]通过利用表面层效应，前述发电机38比先前技术的井下发电机对磨蚀性、粘性或含固体的流体更具容忍性。而且，无论原动流体的液体或气体组合物如何，本公开内容的系统能够在无任何修改下发电。因而，系统特别适合于在过平衡和欠平衡钻井环境两者中操作，而无论流体是泥浆、泡沫或气体。
[0032]还可以安装发电机38的盘形物，以便对钻井过程期间通过主孔的流具有很少影响或不具有影响。这通过提供穿过工具长度的大体上不受阻的钻井流体流来导致“通孔”设计。所属领域一般技术人员将了解如果在钻井过程期间需要捕捞操作，那么这特别为所期望。
[0033]最后，如果无叶发电机安置于远程位置(诸如海床)中，那么先前技术装置的叶片/轮叶的消除将增加优于先前技术的可靠性。更具体地说，先前技术的叶片/轮叶在受到磨蚀性流体时趋向于磨损，从而减少发电机效率。无叶发电机中的盘形物的使用更不易趋向于磨损，从而减少维护频率和成本。
[0034]受益于本公开内容的优点的所属领域技术人员将了解本文描述的方法和装置被认为提供利用无级变速传动以用于在钻井和其它应用中使用的系统和方法。鉴于此描述，本公开内容的多种方面的进一步修改和替代实施方案将为所属领域技术人员所了解。相应地，该描述将只视作说明性且为了教导所属领域技术人员执行本公开内容的系统和方法的一般方式的目的。应理解，本文所示出和描述的本公开内容的形式将视作目前优选的实施方案。本文所图示和描述的元件和材料可予以替换，部件和工艺可加以反转，并且可独立地利用本公开内容的某些特征，所有这些在所属领域技术人员受益于本公开内容的该描述之后将得以了解。可在不脱离如所附权利要求书中描述的本公开内容的精神和范围的情况下对本文所描述的元件作出改变。
【主权项】
1.一种井下发电机系统，其包括: 长形管状外壳，其具有细长轴，所述外壳具有外部表面且进一步界定流体流路径；和无叶发电机，其由所述外壳承载，所述无叶发电机包括安装于驱动轴上的至少一个圆盘，所述圆盘具有周界； 其中所述圆盘在所述圆盘的所述周界与所述流体流路径切向相交。2.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其中所述管状外壳包括沿着所述轴内部定位于所述管状外壳内的孔，其中所述孔界定所述流体流路径的部分且所述无叶发电机由所述外壳承载，使得所述驱动轴与所述细长轴间隔开。3.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其中所述流体流路径沿着所述管状外壳的所述外部表面且所述无叶发电机由所述外壳承载，使得所述圆盘的部分延伸至所述外壳的所述外部表面之外。4.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其进一步包括安装于所述驱动轴上的多个圆盘。5.根据权利要求2所述的井下发电机系统，其进一步包括界定所述流体流路径的部分的流道，所述流道与所述孔流体连通，以便使穿过所述孔的流的部分转向，所述流道被安置来与所述圆盘的所述周界切向相交。6.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其中所述长形管状外壳是由钻柱承载的短-K-■P。7.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其中所述长形管状外壳是由钢缆承载的短-K-T。8.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其进一步包括由所述外壳承载的至少两个无叶发电机，其中各个无叶发电机的所述圆盘在所述圆盘的所述周界与所述流体流路径切向相交。9.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其中所述无叶发电机围绕所述流体流路径彼此径向间隔开。10.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其中所述无叶发电机沿着所述流体流路径彼此轴向间隔开。11.根据权利要求1所述的井下发电机系统，其进一步包括其上安装所述无叶发电机的支撑结构，其中所述支撑结构安装至所述外壳。12.根据权利要求11所述的井下发电机系统，其中所述支撑结构包括流转向机构，其使所述流的部分转向且跨越所述无叶发电机的所述圆盘导向所述转向流。13.根据权利要求1所述的井筒系统，其进一步包括由所述长形管状外壳承载的能量存储系统。14.一种用于与延伸至地层中的井筒一起使用的井筒系统，所述系统包括: 流体流系统； 电设备，其用于连同所述井筒一起使用； 无叶发电机，其沿着所述流体流系统定位且被安置来发电以给所述电设备供电。15.根据权利要求14所述的井筒系统，其中所述流体流系统是钻柱。16.根据权利要求14所述的井筒系统，其中所述流体流系统是井筒套管。17.根据权利要求14所述的井筒系统，其中所述流体流系统是钻井泥浆传送系统。18.一种用于通过井筒系统发电的方法，所述方法包括以下步骤 沿着井筒的流体流系统定位无叶发电机； 引起所述流体流系统中流动的流体的至少一部分横穿所述无叶发电机的圆盘； 利用跨越所述圆盘的流体流的边界层效应来发电。19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括利用所述无叶发电机操作电井筒设备的步骤。20.根据权利要求18所述的方法，其中通过使流体的部分从主流路径转向，跨越所述圆盘导向所述转向部分且此后，将所述转向部分排放回至所述主流路径中来完成引起步骤。
【专利摘要】公开的实施方案包括一种无叶发电器，其由钻柱承载且被安置来采用通过所述钻柱的泥浆流或沿着所述钻柱的外部的返回流以利用跨越多个圆盘的流体流的边界层效应驱动所述无叶发电机来发电。所述无叶发电机可以与主要流路径间隔开，以便不会使通过其中的流明显中断。所述主要流路径的部分利用流道或孔隙转向以跨越所述圆盘的边缘的部分切向地导向所述流的所述转向部分。可以利用所述无叶发电机给井下电设备(诸如监测设备或定向钻井导向设备)供电。
【IPC分类】E21B4/00
【公开号】CN104919126
【申请号】CN201280077961
【发明人】安德鲁·詹姆斯·唐宁
【申请人】哈利伯顿能源服务公司
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2012年12月28日
【公告号】CA2891318A1, EP2909416A1, US20150303771, WO2014105053A1