用于井下仪器的电源的制作方法

用于井下仪器的电源的制作方法
【专利摘要】在一个实施方案中，公开了一种适合于向井下工具供应电力的电源。该电源包括：耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的可再充电能量储存器。该源可包括电池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，其中所述发电机配置为将井下工具所经历的能量转化为电能。所述控制电路可以配置为接收来自所述源的电能并将电能储存在能量储存器中。
【专利说明】用于井下仪器的电源

【背景技术】
[0001] 1.【技术领域】
[0002] 本文中公开的本发明涉及油和气以及其他地下资源的勘探，特别地涉及一种用于 在井下环境中向仪器供应电力的电源。
[0003] 2.相关技术的描述
[0004] 在勘探油和气时，有必要向土壤中钻出井眼。虽然钻探井眼使得个人和公司能够 评估地下材料和采掘期望的烃，但是遇到了许多问题。
[0005] 例如，公知"容易开采的油" 一般而言已经没有了。现在勘探需要寻找比之前更深 的深度。这使得有必要钻得越来越深，从而进入恶劣的环境，例如温度从200摄氏度上至 300摄氏度或超过300摄氏度的环境。一般而言，现今的仪器并非构建为在这样的环境中操 作，并将在达到该范围内的环境温度之前失效。
[0006] 井下仪器不断增加的复杂性使该问题进一步复杂化。也就是说，随着技术持续改 进，勘探正在使用比之前任何时候都要多的仪器。伴随这种使用，出现了对井下电力需求的 增加。
[0007] 遗憾的是，许多已知的解决方案具有很多缺点。例如，多种类型的电池在升高的温 度下遭受灾难性故障，并可因此毁坏仪器。此外，这些电池常常是不可再充电的，以及相当 昂贵。
[0008] 需要在温度为周围环境温度上至约200摄氏度或更高、包括上至约300摄氏度的 环境中提供井下电力的方法和设备。优选地，所述方法和设备包括发电能力和能量储存，并 可由此在恶劣的环境中提供延长的运行持续时间。此外，优选使所述解决方案在拥有和维 持方面是经济的。


【发明内容】

[0009] 在一个实施方案中，公开了一种适合于向井下工具供应电力的电源。该电源包括 耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下 操作的可再充电能量储存器。该源可包括电池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至 少之一，所述发电机配置为将井下工具所经历的能量转化成电能。控制电路可配置为接收 来自所述源的电能并将电能储存在能量储存器中。
[0010] 在另一实施方案中，公开了一种用于制造井下工具的电源的方法。该方法包括选 择至少一种能量源、配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的可 再充电能量储存器、和适合于接收来自发电机的电能并将电能储存在能量储存器中的控制 电路；并将所述源、控制电路和能量储存器结合到井下工具中以提供电源。
[0011] 在又一个实施方案中，公开了一种用于向井下工具提供电力的方法。该方法包括： 选择一种包括电源的工具，该电源包括耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度 至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的高温可再充电能量储存器。该源包括电池、 与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，所述发电机配置为将井下工具所经历的 能量转化为电能。控制电路可配置为接收来自所述源的电能并将电能储存在能量储存器 中；以及从电源向井下工具负载提供电力。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 在作为说明书的结论的权利要求书中特别地指出并明确地要求保护被视为本发 明的主题。本发明的前述及其他特征和优点通过结合附图的以下详述是明显的。在附图 中：
[0013] 图1示出了包括测井仪的钻柱的示例性实施方案；
[0014] 图2示出了用于利用通过电缆部署的仪器测井的示例性实施方案；
[0015] 图3示出了示例性超级电容器的各方面；
[0016] 图4描绘了可包括在示例性超级电容器中的阳离子的一级结构的实施方案； [0017] 图5描绘了示例性超级电容器的壳体的实施方案；
[0018] 图6示出了示例性超级电容器的储存单元的实施方案；
[0019] 图7描绘了设置在壳体的本体的内部上的阻隔物；
[0020] 图8A和8B (在本文中统称为图8)描绘了壳体的盖的各方面；
[0021] 图9描绘了根据本文教导的超级电容器的组件；
[0022] 图10A和10B (在本文中统称为图10)是分别描绘超级电容器的不具有阻隔物的 实施方案和包括阻隔物的类似实施方案的性能的图；
[0023] 图11描绘了作为包装材料设置在储存单元周围的阻隔物；
[0024] 图12A、12B和12C (在本文中统称为图12)描绘了包括分多层的材料的盖的实施 方案；
[0025] 图13是包括玻璃-金属密封件的电极组件的横截面图；
[0026] 图14是安装在图12B的盖中的图13的电极组件的横截面图；
[0027] 图15描绘了组装过程中能量储存单元的布置；
[0028] 图16A、16B和16C (在本文中统称为图16)描绘了组装的能量储存单元的实施方 案；
[0029] 图17描绘了在电极组件之上聚合物绝缘体的使用；
[0030] 图18A、18B和18C (在本文中统称为图18)描绘了用于能量储存器的盖的另一个 实施方案的模板的各方面；
[0031] 图19是包括半球形材料的电极组件的透视图；
[0032] 图20是包括安装在图18C的模板中的图19的电极组件的盖的透视图；
[0033] 图21是图20的盖的横截面图；
[0034] 图22是设置在圆柱形壳体内的能量储存单元的透明等距视图；
[0035] 图23是在卷成卷制的能量储存单元之前的能量储存单元的实施方案的等距视 图；
[0036] 图24是储存单元的侧视图，示出了一个实施方案的多个层；
[0037] 图25是卷制的储存单元的等距视图，其包括用于布置多根引线的参考标记；
[0038] 图26是具有参考标记的图25的储存单元在卷制之前的等距视图；
[0039] 图27描绘了包括多根引线的卷起的储存单元；
[0040] 图28描绘了赋予到与储存单元耦接的对齐引线（S卩，端子）的Z-折叠；
[0041] 图29至37是描绘示例性超级电容器的性能的各方面的图；
[0042] 图38描绘了包括发电机和超级电容器的电源的实施方案；
[0043] 图39描绘了位移发电机（displacement generator)的实施方案的各方面；
[0044] 图40描绘了安装在测井仪中的图39所描绘的多个发电机的实施方案；以及
[0045] 图41至47描绘了电源的控制电路的实施方案。

【具体实施方式】
[0046] 本文中公开了适合在井下环境中使用的电源的各种配置。该电源在高温环境中为 使用者提供发电。为了给所述电源提供上下文，提供了一些背景信息和定义。
[0047] 现在参照图1，其示出了用于钻探井眼101 (也称为"钻孔"）的设备的各方面。作 为惯例，井眼101的深度被描述为沿着Z轴，而横截面设置在由X轴和Y轴描述的平面上。 [0048] 在该实施例中，使用由其中提供转动能量和向下力的钻机(未示出）驱动的钻柱 111向土壤102中钻出井眼101。井眼101通常穿过可包括各种地层103(示出为地层103A、 103BU03C)的地下材料。本领域技术人员将认识到在地下环境中可能遇到的各种地质特征 可以称为"地层"，并且钻孔下面（即，井下）的材料阵列（array)可以称为"地下材料"。也 就是说，地层103由地下材料形成。因此，如在本文中使用的，应该认为虽然术语"地层"通 常是指地质层，但是"地下材料"包括任意材料，并且可以包括例如固体、流体、气体、液体等 材料。
[0049] 在该实施例中，钻柱111包括驱动钻头114的钻杆112的长度。钻头114还提供 钻井液104 (例如，钻井泥浆）的流。经常通过钻杆112将钻井液104泵送到钻头114,所 述钻井液在这里离开钻杆进入到井眼101中。这在井眼101内产生了钻井液104的上向流 (upward flow)F。上向流F通常冷却钻柱111及其部件，带走来自钻头114的钻屑，并且防 止加压烃类105的喷出。
[0050] 钻井液104(也称为"钻井泥浆")通常包括如环境中可能固有的地层流体、液体(例 如水)、钻井液、泥浆、油、气体的混合物。虽然钻井作业可能引入钻井液104,但是除了测井 操作之外，钻井液104的使用或存在既不是需要的也不是必要的。一般而言，材料层存在于 钻柱111的外表面与井眼101的壁之间。该层被称为"间隙层（standoff layer)"，并且包 括称为"间隙，S"的厚度。
[0051] 钻柱111通常包括用于执行"随钻测量"（MWD)，也称为"随钻测井"（LWD)的装置。 执行MWD或LWD通常需要测井仪100的操作，所述测井仪被结合到钻柱111中且设计用于 随钻操作。一般而言，将用于执行MWD的测井仪100耦接到电子封装件，所述电子封装件也 机载在钻柱111上，并因此称为"井下电子设备113"。一般而言，井下电子设备113提供操 作控制和数据分析中的至少之一。通常，测井仪100和井下电子设备113耦接至上部装置 107。可以包括上部装置107以进一步控制操作，提供更强的分析能力以及数据记录等。通 信通道(未示出)可以提供到上部装置107的通信，并且可以经由如本领域已知的脉冲泥浆、 有线管和其他技术来操作。
[0052] -般而言，来自MWD设备的数据为使用者提供提高的能力。例如，可由MWD演变获 得的数据可用作地质导向（即，在钻探过程期间为钻柱111导向）等的输入。
[0053] 现在参照图2,示出了用于井眼101的电缆测井的示例性测井仪100。作为惯例， 井眼101的深度被描述为沿着Z轴，而横截面设置在由X轴和Y轴描述的平面上。在用测 井仪100测井之前，使用钻孔设备(例如在图1中所示出的）将井眼101钻入土壤102中。
[0054] 在一些实施方案中，井眼101已经至少在一定程度上填充有钻井液104。钻井液 104 (也称为"钻井泥浆"）通常包括如环境中可能固有的地层流体、液体(例如水)、钻井液、 泥浆、油、气体的混合物。虽然钻井作业可能引入钻井液104,但是除了电缆测井期间的测井 操作之外，钻井液104的使用或存在既不是需要的也不是必要的。一般而言，材料层存在于 测井仪100的外表面与井眼101的壁之间。该层被称为"间隙层"，并且包括称为"间隙，S" 的厚度。
[0055] -般而言，使用通过井架106或类似装置部署的电缆108将测井仪100下放到井 眼101中。一般而言，电缆108包括悬吊设备，例如，承重缆绳以及其他设备。其他设备可 以包括电源、通信链路(例如，有线的或光学的）以及其他这样的装置。一般而言，电缆108 由服务卡车109或其他类似设备(例如，服务站、基站等）运送。通常而言，电缆108耦接到 上部装置107。上部装置107可以向测井仪100提供电力，以及提供操作控制和数据分析中 的至少之一的计算和处理能力。
[0056] -般而言，测井仪100包括电源115。电源115可以视情况向井下电子设备113 (即，电力消耗器件）提供电力。一般而言，井下电子设备113提供测量、执行取样以及任意 其他为找到、确定并证明烃类105的存在所期望的序列。
[0057] 总之，电源115-般包括电储存器和用于产生电输出的发电机。能量储存器可包 括任何类型的可行技术。在许多个实施方案中，能量储存器包括至少一个超级电容器(在下 文中参照图3对其进行了描述)。一般而言，在每种情况下，能量储存器提供高温可再充电 能量储存器（HTRES)。在一些实施方案中，HTRES配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的 温度范围内的温度下操作。
[0058] HTRES的其他实施方案包括但不限于化学电池(例如铝电解电容器、钽电容器、陶 瓷和金属膜电容器)、混合电容器磁能储存器(例如，空气芯或高温芯材的电感器)。其他类 型的HTRES还可以适当地包括例如机械能储存器件，例如飞轮、弹簧系统、弹簧-质量系 统、质量系统、热容系统(例如基于高热容液体或固体或相变材料的热容系统)、液压或气动 系统。一个实例为可从美国罗得岛州普罗维登斯的埃文斯电容器公司（Evans Capacitor Company)得到的，产品型号HC2D060122DSCC10004-16,额定125摄氏度的高温混合电容 器。另一实例为可从美国罗得岛州普罗维登斯的埃文斯电容器公司（Evans Capacitor Company)得到的，产品型号HC2D050152HT，额定200摄氏度的高温钽电容器。又一实例为 可从德国慕尼黑EPC0S得到的，产品型号Μ1691A8107Q7，额定150摄氏度的铝电解电容器。 又一实例为可从日本东京松下公司（Panasonic)得到的，日本产品型号ETQ-P5M470YFM，额 定150摄氏度的电感器。其它的实施方案为可从法国巴涅奥莱市帅福得公司（Saft)得到的 (产品型号锂离子VL32600-125)，其在高达125摄氏度下操作30个充放电循环；以及在高 达约250摄氏度下可操作的，且处于Sad 〇way，Hu (马萨诸塞州坎布里奇的固体能源（Solid Energy))的实验阶段的锂离子电池(实验的）。
[0059] 作为讨论的内容，本文中讨论的电源115的实施方案涉及使用高温超级电容器， 但是，这不限于可包括在电源115的能量储存器中的技术。现在介绍适合于用作高温能量 储存器的超级电容器的示例性方面。
[0060] 本文公开了在宽的温度范围内为使用者提供改进性能的电容器。例如，该电容器 可在低至-40摄氏度至高至约210摄氏度的温度下可操作。在一些实施方案中，该电容器 在约80摄氏度至高至约210摄氏度的温度下可操作。
[0061] 一般而言，与现有技术装置相比，该电容器包括适于提供高功率密度和高能量密 度的能量储存介质。该电容器包括配置成确保在所述温度范围内操作的部件，并且包括同 样额定值为（rated for)所述温度范围的多种形式的电解质中的任意一种或更多种。构 造、能量储存介质和电解质的组合导致在极端条件下提供稳健操作的能力。为了提供一些 观点，现在介绍示例性实施方案的各方面。
[0062] 如图3所示，示出了电容器的示例性实施方案。在这种情况下，该电容器是"超级 电容器10"。示例性超级电容器10是双电层电容器（EDLC)。该EDLC包括至少一对电极3 (其中，可将电极3单独地称为"负电极3"和"正电极3"中之一，但是，这仅仅为了在本文中 引用的目的)。在组装成超级电容器10时，每个电极3在电解质界面存在双电荷层。在一 些实施方案中，包括多个电极3 (例如，在一些实施方案中，包括至少两对电极3)。为了讨 论的目的，仅示出一对电极3。在本文中作为惯例，电极3中的至少之一使用碳基能量储存 介质1 (如在本文中进一步讨论的）以提供能量储存。但是，为了在本文中讨论的目的，一 般假设每个电极均包括碳基能量储存介质1。应注意，电解质电容器不同于超级电容器，因 为在电解质电容器中，金属电极在面积上通常差距很大(至少一个数量级)。
[0063] 电极3中的每一个均包括各自的集电器2(也称为"电荷收集器")。在一些实施方 案中，电极3通过隔离器5隔开。一般而言，隔离器5是用于将负电极3与正电极3隔开的 薄结构材料(通常为片）。隔离器5还可充当电极3的隔离对。一旦组装，电极3和隔离器 5即提供储存单元12。应注意，在一些实施方案中，电极3之一或二者可不包括碳基能量储 存介质1。也就是说，在一些实施方案中，相应的电极3可能仅由集电器2组成。用于提供 集电器2的材料可以是粗糙化的、经过阳极化处理的等以增加其表面积。在这些实施方案 中，单独的集电器2可充当电极3。然而，出于这种考虑，本文中使用的术语"电极3" 一般 指能量储存介质1与集电器2的组合(但出于至少前述原因，这并非限制性的)。
[0064] 超级电容器10中包括至少一种形式的电解质6。电解质6填充电极3与隔离器5 之中和之间的空隙空间。一般而言，电解质6是解离成带电离子的物质。适当时，在电解质 6的一些实施方案中可以包括溶解该物质的溶剂。电解质6通过离子传输导电。
[0065] 一般而言，储存单元12形成为卷绕形式或棱柱形式之一，然后将其封装到圆柱状 或棱柱状壳体7中。一旦已容纳入电解质6,壳体7即可气密地密封。在各种实施例中，封 装是通过利用激光、超声的技术和/或焊接技术来气密地密封。除了为储存单元12提供坚 固的物理保护以外，壳体7还配置有外部接头以提供与壳体7内的各端子8的电连通。每 个端子8进而提供对储存在能量储存介质1中的能量的电连接（electrical access),所述 电连接一般通过耦接至能量储存介质1的电引线实现。
[0066] 如本文所讨论的，"气密"是指其性质（即，泄漏速率）以"atm-cc/秒"为单位定义 的密封,"atm-cc/秒"意指在环境大气压力和温度下每秒1立方厘米的气体(例如，He)。这 相当于以"标准He-cc/秒"为单位的表示。此外，认为latm-cc/秒等于1.01325豪巴-升 /秒。一般而言，本文中公开的超级电容器10能够提供泄漏速率不大于约5.0Xl(T 6atm-CC/ 秒的气密密封，并且可以表现出不高于约5. OX lO^atm-cc/秒的泄漏速率。还认为成功的 气密密封的性能由使用者、设计者或制造者酌情判断，并且"气密"最终表示由使用者、设计 者、制造者或其他利益相关方定义的标准。
[0067] 可以例如通过使用示踪气体来实现检漏。使用示踪气体例如氦用于泄漏测试是有 利的，因为它是干燥、快速、准确并且非破坏性的方法。在该技术的一个实施例中，将超级电 容器10放入氦环境中。使超级电容器10经历加压的氦气。然后，将超级电容器10放在与 能够监测氦存在的检测器(例如原子吸收单元）连接的真空室中。利用已知的加压时间、压 力和内部容积，可以确定超级电容器10的泄漏速率。
[0068] 在一些实施方案中，将至少一根引线(其在本文中也可称为"接片（tab)"）电耦接 至相应的那个集电器2。多根引线(对应于超级电容器10的极性）可以组合在一起并耦接 成为相应的端子8。进而，端子8可以耦接为电连接，称为"接头"（例如，壳体7和外部电 极(在本文中也按照惯例称为"馈通件（feed-through)"或"引脚（pin)"）之一)。可参照图 13、14和15。现在更详细地考虑能量储存介质1。
[0069] 在示例性超级电容器10中，能量储存介质1由碳纳米管形成。能量储存介质1 可以包括其他含碳材料，包括例如活性炭、碳纤维、人造纤维、石墨烯、气凝胶、碳布以及多 种形式的碳纳米管。活性炭电极可以通过例如如下步骤制造：对通过碳化合物的碳化所获 得的碳材料进行第一活化处理来生产碳基材料；通过向该碳基材料添加粘合剂来制造形 成体；碳化该形成体；以及最终通过对该碳化的形成体进行第二活化处理来制造活性炭电 极。碳纤维电极可以例如通过使用具有高表面积的碳纤维的纸或布预成型来制造。
[0070] 在一种用于制造碳纳米管的示例性方法中，用于制造定向碳纳米管聚集体 (aligned carbon-nanotube aggregate)的设备包括用于在其表面上具有催化剂的基底材 料上合成定向碳纳米管聚集体的设备。该设备包括：形成单元，该形成单元执行使催化剂周 围的环境成为还原气体环境并且加热至少催化剂或还原气体的形成步骤；生长单元，该生 长单元执行通过使催化剂周围的环境成为原料气体的环境和通过加热至少催化剂或原料 气体来合成定向碳纳米管聚集体的生长步骤；和转移单元，所述转移单元至少将基底材料 从形成单元转移至生长单元。可以使用多种其他方法和设备来提供定向碳纳米管聚集体。
[0071] 在一些实施方案中，用于形成能量储存介质1的材料可以包括除了纯碳(和目前 可能存在的或之后将发明的多种形成的碳）之外的材料。也就是说，能量储存介质1中可 包括其他材料的各种制剂。更具体地，并且作为非限定性的实施例，能量储存介质1中可以 使用至少一种粘合剂材料，但是，这并不是建议或要求添加其他材料(例如粘合剂材料)。然 而，一般而言，能量储存介质1基本上由碳形成，并且因此在本文中可称为"含碳材料"、"含 碳层"以及其他类似术语。简言之，尽管主要由碳形成，但是能量储存介质1可以包括任意 形式的碳（以及被认为适当的或可接受的任意添加剂或杂质)以提供作为能量储存介质1的 期望的功能性。
[0072] 在一组实施方案中，含碳材料包括按质量计至少约60%的元素碳，而在另一些实 施方案中，按质量计至少约75%、85%、90%、95%或98%的元素碳。
[0073] 含碳材料可以包括多种形式的碳，包括炭黑、石墨烯等。所述含碳材料可以包括碳 颗粒，包括纳米颗粒例如纳米管、纳米棒、片形式的石墨烯片，和/或形成为锥、棒、球（巴基 球（buckybal 1))等。
[0074] 本文中提供了适用于能量储存介质1的多种形成的含碳材料的一些实施方案作 为实施例。这些实施方案提供稳健的能量储存并且良好地适用于电极3中。应注意，这些 实施例是说明性的，而并不限制适用于能量储存介质1的含碳材料的实施方案。
[0075] -般而言，术语"电极"是指用于在可结合到电路的装置中与常为非金属的另一种 材料接触的电导体。一般而言，本文中使用的术语"电极"涉及集电器2和可伴随集电器2 的另外的部件(例如能量储存介质1)以提供期望的功能(例如，与集电器2相匹配的能量储 存介质1来提供能量储存和能量传输)。
[0076] 转到集电器2，在一些实施方案中，集电器2为约0· 5微米（μ m)至约25微米（μ m) 厚。在一些实施方案中，集电器2为约20微米（μ m)至约40微米（μ m)厚。集电器2可表 现为薄层，例如通过化学气相沉积（CVD)、溅射、电子束、热蒸发或者通过另外的合适的技术 施加的层。一般而言，集电器2针对其性质例如传导性、电化学惰性以及与能量储存介质1 (例如，CNT)的相容性来选择。一些示例性材料包括铝、钼、金、钽、钛，并且可包括其他材料 以及多种合金。
[0077] -旦将集电器2与能量储存介质1 (例如，CNT)接合，即实现了电极元件15。每个 电极元件15可以单独使用作为电极3,或者可以耦接至至少另外一个电极元件15以提供电 极3。
[0078] 隔离器5可以由各种材料制造。在一些实施方案中，隔离器5是非织造玻璃。隔离 器5还可以由玻璃纤维、陶瓷和含氟聚合物来制造，所述含氟聚合物例如通常由特拉华州 威明顿（Wilmington, DE)的 DuPont Chemicals 以 TEFLON? 销售的聚四氟乙烯（PTEE)。例 如，使用非织造玻璃，隔离器5可以包括主要纤维和粘合剂纤维，每根粘合剂纤维的纤维直 径小于每根主要纤维的纤维直径，并且使得主要纤维能够粘合在一起。
[0079] 为了超级电容器10的长寿命以及为了确保在高温下的性能，隔离器5应具有降低 的量的杂质，并且特别是包含于其中的非常有限的量的水分。特别地，已发现期望约200ppm 的水分限制以减少化学反应和延长超级电容器10的寿命，以及提供在高温应用中的良好 性能。用于隔离器5中的材料的一些实施方案包括聚酰胺、聚四氟乙烯（PTFE)、聚醚醚酮 (PEEK)、氧化铝（A1 203)、玻璃纤维以及玻璃增强塑料（GRP)。
[0080] -般而言，用于隔离器5的材料根据水分含量、孔隙率、熔点、杂质含量、所得电性 能、厚度、成本、可用性等来选择。在一些实施方案中，隔离器5由疏水性材料形成。
[0081] 因此，可以采用一些方法来确保从每个隔离器5除去过量的水分。可以采用真空 干燥方法以及其他技术。
[0082] 应注意，在一些实施方案中，超级电容器10不需要或不包括隔离器5。例如，在一 些实施方案中，例如在电极3由结构的几何形状确保物理隔离的实施方案中，满足电极3之 间只具有电解质6。更具体地，以及作为物理隔离的一个实例，一种这样的超级电容器10可 以包括设置在壳体内使得在连续的基础上确保隔离的电极3。一种台式（bench-top)实例 将包括设置在烧杯（beaker)中的超级电容器10。
[0083] 超级电容器10可以实施为若干不同形状因子（S卩，表现出某种外观)。潜在有用的 形状因子的实例包括：圆柱状单元、轮状或环状单元、扁平棱柱单元或包括盒状单元的扁平 棱柱单元的堆叠体，以及适合于容纳特殊几何形状(例如弯曲空间）的扁平棱柱单元。圆柱 状形状因子可以在结合圆柱状工具或以圆柱状形状因子安装的工具时最有用。轮状或环状 形状因子可以在结合环状工具或以环状形状因子安装的工具时最有用。形状为适合于特殊 几何形状的扁平棱柱单元可以高效利用"死空间（dead space)"（S卩，工具或设备中的未被 以其他方式占据并且可以是一般难以接近的空间）。
[0084] 虽然在本文中一般以"胶状卷"应用（即，储存单元12配置用于圆柱状壳体7)的 形状公开，但是卷制的储存单元23可以采取任何期望的形状。例如，相对于卷起储存单元 12,可以进行储存单元12的折叠以提供卷制的储存单元23。可以使用其他类型的组件。作 为一个实例，储存单元12可以是扁平的单元，称为"硬币型"单元。因此，卷起只是卷制的 储存单元23的组件的一个选择。因此，虽然在本文中以"卷制的储存单元23"的方面进行 讨论，但这并非限制。可以认为术语"卷制的储存单元23"通常包括以良好适合于壳体7的 给定设计的任意合适的形式封装或包装的储存单元12。
[0085] 可以将各种形状的超级电容器10连接在一起。可以使用已知的技术例如焊接接 触在一起、通过使用至少一种机械连接器、通过布置彼此电接触的接头等来连接所述多种 形状。多个超级电容器10可以以并联和串联形式中的至少之一电连接。
[0086] 电解质6包括阳离子9和阴离子11对，并且可以包括溶剂。可以将电解质6适当 地称为"离子液体"。可以使用阳离子9、阴离子11和溶剂的各种组合。在示例性超级电容器 10中，阳离子9可以包括以下物质中的至少之一 ：1-(3-氰丙基）-3-甲基咪挫镭、1，2-二 甲基-3-丙基咪挫错、1，3-双（3-氰丙基）咪挫镦、1，3-二乙氧基咪挫键、1-丁基-1-甲 基哌啶锖、1- 丁基_2, 3-二甲基咪唑镥、1- 丁基-3-甲基咪唑偷、1- 丁基-4-甲基吡啶 偷、1- 丁基吡啶锚、1-癸基_3_甲基咪挫镦、1-乙基_3_甲基咪挫锚、3_甲基-1-丙基 吡啶徵及其组合以及认为适当的其他等同物。其他示例性阳离子9包括咪挫镥、吡嗪镇、 哌啶镨、吡啶镭、嘧啶镭以及吡咯烧镛（其结构描绘于图4中)。在示例性超级电容器10中， 阴离子11可以包括以下物质中的至少之一：双（三氟甲磺酰）亚胺、三（三氟甲磺酰）甲 基化物、二氰胺、四氟硼酸根、六氟磷酸根、三氟甲磺酸根、双（五氟乙烷磺酰）亚胺、硫氰酸 根、三氟（三氟甲基）硼酸根及其组合以及认为适当的其他等同物。
[0087] 溶剂可以包括：乙腈、酰胺、苄腈、丁内酯、环醚、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、乙醚、二 甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、二甲基甲酰胺、二甲砜、二氧六环、二氧戊环、甲酸乙酯、碳酸亚乙 酯、碳酸甲乙酯、内酯、直链醚、甲酸甲酯、丙酸甲酯、甲基四氢呋喃、腈、硝基苯、硝基甲烷、 N-甲基吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、环丁砜、砜、四氢呋喃、四氢噻吩砜、噻吩、乙二醇、二甘醇、三 甘醇、聚乙二醇、碳酸酯、丁内酯、腈、三氰基己烷、其任意组合或表现出适当性能特性的 其他材料。
[0088] 现在参照图4,示出了适用于离子液体以提供电解质6的阳离子9的许多个另外的 实施方案。这些阳离子9可以单独使用或者彼此组合使用，与阳离子9的前述实施方案中 的至少一些组合使用，并且可以与使用者、设计者、制造者或其他类似的相关方认为相容并 且合适的其他阳离子9组合使用。图4中描绘的阳离子9包括但不限于铵、咪挫输、喝唑 働、磷镥、哌聢鴒、批嗪鐵、批嗪繪、咖秦鐘、卩比卩定懿，啼卩定偷、批咯烧镦、琉、噻唑備、三 唑偷、胍输、异喹啉锱、苯并三唑镇、紫精类型以及官能化咪唑?阳离子。
[0089] 关于图4中所示的阳离子9,包括各种支链基（1^、1?2、1?3、"义）。在阳离子9的情 况下，每个支链基（R x)可以是以下之一：烧基、杂烧基、稀基、杂稀基、块基、杂块基、齒素、氣 基、硝基、氰基、羟基、硫酸酯基、磺酸酯基或羰基，其中任意一者任选地被取代。
[0090] 术语"烷基"在本领域中是公认的，并且可以包括饱和的脂肪族基团，包括直链 烧基、支链烧基、环烧基(脂环族）基团、烧基取代的环烧基以及经环烧基取代的烧基。在 某些实施方案中，直链或支链烷基在其骨架中具有约20个或更少的碳原子(例如，直链的 Ci-Q，支链的Ci-Q)。同样，环烷基在其环结构中具有约3至约10个碳原子，或者在环结 构中具有约5、6或7个碳。烧基的实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、乙 基己基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。
[0091] 术语"杂烷基"在本领域中是已知的，并且是指其中一个或更多个原子是杂原子 (例如，氧、氣、硫等）的如本文所述的烧基。例如，烧氧基(例如， _〇R)是杂烧基。
[0092] 术语"烯基"和"炔基"在本领域中是公认的，并且是指与上述烷基的长度和可能 取代物类似但分别含有至少一个双键或三键的不饱和的脂肪族基团。
[0093] 术语"杂烯基"和"杂炔基"在本领域中是公认的，并且是指其中一个或更多个原 子是杂原子(例如，氧、氣、硫等）的如本文所述的稀基和块基烧基。
[0094] 一般而言，可以使用任意带负电荷的离子作为阴离子11。所选择的阴离子11 一 般与大的有机阳离子9成对以形成低温熔融的离子盐。室温（以及更低）熔融的盐主要来 自大的带有一个负电荷的阴离子9。在甚至更低的温度下熔融的盐一般用具有容易离域的 (delocalized)电子的阴离子11来实现。任何将降低离子之间亲和力的因素(距离、电荷离 域)随后都将降低熔点。虽然可能的阴离子形成几乎是无限的，但是这些中只有一个子集将 在低温离子液体应用中起作用。这是离子液体的可能的阴离子形成的非限制性概述。
[0095] 适用于表1中提供的阴离子11的常见取代基（α )包括：-Γ、-Cl' -Br' -Γ、-0C H3 >_CN^>_SCN^>_C2H3〇2 >_C10 >_Cl〇2 >_Cl〇3 >_Cl〇4 >_NC0 >_NCS >_NCSe >_NCN^>_0CH(CH3)2 >_C h2och3\ -cooh\ -oh\ -soch3\ -so2ch3\ -soch3\ -so2cf3\ -so3h\ -so3cf3\ -o (cf3) 2c2 (cf3) 2 0 >_CF3 >~CHF2 >_CH2F >_CH3_N〇3 >_N〇2 >_S〇3 >~S042 >_SF5 >_CBnH12 > _CH3CB11H11 C2H5CBnHn' -A-POp -A-S02' A-S03' -A-S03H' -A-C00' -Α-ΟΠ 其中 A 是苯基(苯基或苯环 是具有式C6H5的原子的环状基团)或经取代的苯基、烷基(具有通式CnH 2n+1的基团，通过从烷 烃移去氢原子而形成）或经取代的烷基、带负电荷的烷烃基团（烷烃是仅由氢和碳原子组成 并且只通过单键键合的化合物)、卤代烷烃和醚(其为含有与两个烷基或芳基连接的氧原子 的一类有机化合物)。
[0096] 关于适用于提供电解质6的离子液体的阴离子11，可使用各种有机阴离子11。表 1中提供了示例性阴离子11及其结构。在第一实施方案(第1个）中，示例性阴离子11由 上文中提供的取代基（α )列表或其等同物形成。在另一些实施方案(第2-5个）中，示例性 阴离子11由各基础结构（Υ2、Υ 3、Υ4?Υη)和相应数目的阴离子取代基Ur α2、α3···αη) 形成，其中相应数目的阴离子取代基（α )可选自上文中提供的取代基（α )列表或其等同 物。应注意，在一些实施方案中，多个阴离子取代基（a) (g卩，至少一种不同的阴离子取代 基（α ))可用在阴离子11的任意一个实施方案中。还应注意，在一些实施方案中，基础结 构（Υ)是单个原子或指定的分子(如表1所述)，或者可以是等同物。
[0097] 更具体地，并且通过示例的方式，就表1中提供的示例性阴离子而言，可以实现某 些组合。作为一个实例，在第2个的情况下，基础结构（Y2)包括与两个阴离子取代基（α 2) 键合的单一结构(例如，原子或分子)。虽然示出为具有两个相同的阴离子取代基（α2)，但 无需是这种情况。也就是说，基础结构（Υ 2)可以与不同的阴离子取代基（α2)键合，例如上 文中列举的任意阴离子取代基（α )。类似地，如第3个情况所示，基础结构（Υ3)包括与三 个阴离子取代基（α 3)键合的单一结构(例如，原子)。此外，包括在阴离子中的每个阴离子 取代基（α )可以变化或不同，并且无需重复(重复的或对称的)，如表1所示。一般而言，对 于表1中的符号，基础结构之一上的下标表不各基础结构与阴离子取代基（Ct )可具有的键 的数目。也就是说，各基础结构（Yn)的下标表示各阴离子中伴随的阴离子取代基（αη)的 数目。
[0098] 表 1
[0099] 离子液体的示例性有机阴离子
[0100]

【权利要求】
1. 一种适合于向井下工具供应电力的电源，所述电源包括： 耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温 度下操作的可再充电能量储存器； 所述源包括电池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，所述发电机配置 为将所述井下工具所经历的能量转化为电能，所述控制电路用于接收来自所述源的电能并 将所述电能储存在所述能量储存器中。
2. 根据权利要求1所述的电源，其中所述温度范围为约90摄氏度至约210摄氏度。
3. 根据权利要求1所述的电源，其中所述温度范围为约80摄氏度至约150摄氏度。
4. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器包括超级电容器。
5. 根据权利要求4所述的电源，其中所述超级电容器能够在所述温度范围内的子范围 内操作，其中所述子范围为约10摄氏度。
6. 根据权利要求4所述的电源，其中能量储存单元包含正电极和负电极。
7. 根据权利要求4所述的电源，其中所述电极中的至少之一包含含碳的能量储存介 质。
8. 根据权利要求7所述的电源，其中所述含碳的能量储存介质包含碳纳米管。
9. 根据权利要求7所述的电源，其中所述含碳的能量储存介质包含活性炭、碳纤维、人 造纤维、石墨烯、气凝胶、碳布和多种形式的碳纳米管中的至少之一。
10. 根据权利要求7所述的电源，其中每个电极包括集电器。
11. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中卤离子的含量低 于约1000份/百万份。
12. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中卤离子的含量低 于约500份/百万份。
13. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中卤离子的含量低 于约100份/百万份。
14. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中卤离子的含量低 于约50份/百万份。
15. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含卤离子，所述卤离 子包括氯离子、溴离子、氟离子和碘离子中的至少之一。
16. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含总浓度低于约 1000份/百万份的金属物质。
17. 根据权利要求16所述的电源，其中所述金属物质包括Br、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、 Mo、Na、Ni、Pb、Zn、任意前述金属物质的合金和任意前述金属物质的氧化物中的至少之一。
18. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中杂质的总浓度低 于约1000份/百万份。
19. 根据权利要求18所述的电源，其中所述杂质包括溴乙烷、氯乙烷、1-溴丁烷、1-氯 丁烷、1-甲基咪唑、乙酸乙酯和二氯甲烷中的至少之一。
20. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中总的水含量低于 约500份/百万份。
21. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中总的水含量低于 约100份/百万份。
22. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中总的水含量低于 约50份/百万份。
23. 根据权利要求1所述的电源，其中在所述能量储存器的电解质中总的水含量低于 约20份/百万份。
24. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质中的阳离子选自包含 1-(3-氰丙基）-3-甲基咪唑锵、1，2-二甲基-3-丙基咪挫镨、1，3-双（3-氰丙基）咪唑 镥、1，3-二乙氧基咪挫镦、1- 丁基-1-甲基哌啶镦、1- 丁基-2, 3-二甲基咪挫镥、1- 丁 基-3-甲基咪唑镦、1- 丁基-4-甲基吡啶镱、1- 丁基吡啶镱、1-癸基-3-甲基咪唑镨、 1-乙基-3-甲基咪唑鐘和3_甲基-1-丙基批陡偷的组。
25. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质中的阳离子选自包含 铵、咪唑偷、嚅唑偷、磷偷、哌啶镥、吡嗪備、吡嗪備、哒嗪镥、吡啶彌、嘧啶镌、吡咯烷 H、锍、噻唑H、三唑镥、胍银、异喹啉鐵、苯并三唑输、紫精类型和官能化咪唑德阳离子的 组。
26. 根据权利要求25所述的电源，其中所述阳离子的至少一个支链基（Rx)选自包含烷 基、杂烧基、稀基、杂稀基、块基、杂块基、齒素、氣基、硝基、氛基、轻基、硫酸醋基、横酸醋基 和撰基的组。
27. 根据权利要求26所述的电源，其中所述烷基选自包含饱和的脂肪族基团、直链烷 基、支链烧基、环烧基(脂环族）基团、烧基取代的环烧基以及环烧基取代的烧基的组。
28. 根据权利要求26所述的电源，其中所述烷基选自包含甲基、乙基、丙基、丁基、戊 基、己基、乙基己基、环丙基、环丁基、环戊基和环己基的组。
29. 根据权利要求26所述的电源，其中所述杂烷基包含含有至少一个杂原子的烷基。
30. 根据权利要求29所述的电源，其中所述杂原子选自包含氧、氮和硫的组。
31. 根据权利要求26所述的电源，其中所述烷基和炔基包括脂肪族基团。
32. 根据权利要求26所述的电源，其中所述脂肪族基团包含双键和三键中的至少之 〇
33. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子选自包含-F、_C1、 _Br、_I、_OCH3、_CN、 _SCN、_C2H302、 _C10、_C102、_C103、 _C104、_NC (Γ、-NCS' -NCSe' -NCN\ -OCH (CH3) " -CH2OCH3' -COOH' -0!T、-SOCH，、-S02CH3' -SOCH，、-S02C F3\-S〇3ff,-S〇3CF3\-〇 (CF3) 2C2 (CF3) 20\-CF3\-CHF2\-CH2F\-CH 3_-N〇3\-N02\-S〇3\-S042\-SF 5\ -CBnH12-、-CBnH6C 16-、-CHfBnHn-和-C2H5CBnHn-的组。
34. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子选自包含A-PCV、-A-SCV、A-SCV、-A-S0 3H-、-A-CO〇-、-A-C〇-的组；其中A是苯基、经取代 的苯基、烷基、经取代的烷基、带负电荷的烷烃基团、卤代烷烃和醚中之一。
35. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子包含与相应数目的取代基键合的基础结构。
36. 根据权利要求35所述的电源，其中所述基础结构包括N、0、CO、SO、Be、C、Mg、Ca、 Β&、Ι^ι、Αιι、Β、Α1、6&、ΤΚΙη、Ρ、5、51κΑ8、Ν、Β?、ΝΙ^Ρ5?3φ2-。
37. 根据权利要求35所述的电源，其中所述取代基的相应数目为至少两个。
38. 根据权利要求37所述的电源，其中所述取代基为不同的和重复的之一。
39. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子包含基础结构（Υ2)和与所述基础结构（Υ 2)键合的两个取代基（α 2)。
40. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子包含基础结构（Υ2)和两个取代基（α 2)，所述基础结构（Υ2)选自由Ν、0、CO和SO组成的 组；所述两个取代基（α 2)各自选自由-F_、-Cr、-Br_、-I_、-0CH3_、-CN_、-SCN_、-C 2H302_、-C10_ 、-C102'-CIO,、-CIO,、-NC0'-NCS'-NCSe'-NCN\-0CH (CH3) 2'-CH20CH3'-⑴ 0H\-0!Γ、-S0CH3'-S 02〇V、-S0CH3'-S0 2CF3'-S03H'-S03CF，、-0 (CF3) 2C2 (CF3) 20'-CF3'-CHF2'-CH2r、-CH，-N(V、 -N02、-S03、-S04 2、-SF5、-CBnH12 rCBnHeCw、-CH3CBnHn 和-C2H5CBnHn 以及A-P04、-/V-S02、 A-S03_、-A-S03H_、-A-C00_、-A-C0_组成的组；其中A是苯基、经取代的苯基、烷基、经取代的 烷基、带负电荷的烷烃基团、卤代烷烃和醚中之一。
41. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子包含基础结构（Y3)和与所述基础结构（Y 3)键合的三个取代基（α 3)。
42. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子包含基础结构（Υ3)和三个取代基（α 3)，所述基础结构（Υ3)选自由Be、C、N、0、Mg、Ca、Ba、 Ra、Au组成的组；所述三个取代基（α 3)各自选自由-F'-Cl'-Br'-I'-OCHp-CN'-SCN-、 -C2H 302'-CIO'-C102'-C103'-C10 4'-NC0'-NCS'-NCSe'-NCK、-0CH (CH3) 2'-CH20CH3'-C00H\-0 h\ -soch3\ -so2ch3\ -soch3\ -so2cf3\ -so3h\ -so3cf3\ -o (cf3) 2c2 (cf3) 2o\ -cf3\ -chf2\ -ch 2F、-CH3-N03、-N02、-S0 3、-S042、-SF5、 -CBnH12、-CBnH 6C16、-CH3CBnH n 和-C2H5CBnHn 以及 A-P04' -A-S02'A-S03' -A-S03H' -A-C00' -Α-ΟΓ组成的组；其中A是苯基、经取代的苯基、 烷基、经取代的烷基、带负电荷的烷基基团、卤代烷烃和醚中之一。
43. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子包含基础结构（Y4)和与所述基础结构（Y 4)键合的四个取代基（α 4)。
44. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子包含基础结构（Υ4)和四个取代基（α 4)，所述基础结构（Υ4)选自由B、Al、Ga、Th、Ιη、Ρ组成 的组；所述四个取代基（α 4)各自选自由-F-、-Cr、-Br-、-r、-〇CH3-、-CN_、-SCN-、-C 2H302-、-Cl 0'-C102'-C103'-C104'-NC0'-NCS'-NCSe'-NCK、-0CH (CH3) 2'-CH20CH3'-⑴ 0H\-0H\-SOOV、 -s〇2〇v、-s〇〇v、-S02CF3'-S0 3H'-S03CF3'-o (CF3) 2C2 (CF3) 20'-CF3'-CffiV、-CH2r、-OV-NCV 、-N02、-S03、-S04 2、-SF5、-CBnH12 、 -CH3CBnHn 和-C2H5CBnHn 以及 A-P04、-/V-S02、 A-S03_、-A-S03H_、-A-C00_、-A-C0_组成的组；其中A是苯基、经取代的苯基、烷基、经取代的 烷基、带负电荷的烷烃基团、卤代烷烃和醚中之一。
45. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴离 子包含基础结构（Y6)和与所述基础结构（Y 6)键合的六个取代基（α 6)。
46. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含阴离子，所述阴 离子包含基础结构（Υ6)和六个取代基（α 6)，所述基础结构（Υ6)选自由P、S、Sb、As、N、Bi、 Nb、Sb组成的组；所述六个取代基（α 6)各自选自由-F_、-Cl_、-Br_、-r、-〇CH3_、-CN_、-SCN_、 -C 2H302'-CIO'-C102'-C103'-C10 4'-NC0'-NCS'-NCSe'-NCK、-0CH (CH3) 2'-CH20CH3'-C00H\-0 h\ -soch3\ -so2ch3\ -soch3\ -so2cf3\ -so3h\ -so3cf3\ -o (cf3) 2c2 (cf3) 2o\ -cf3\ -chf2\ -ch 2F、-CH3-N03、-N02、-S0 3、-S042、-SF5、 -CBnH12、-CBnH 6C16、-CH3CBnH n 和-C2H5CBnHn 以及 A-P04' -A-S02'A-S03' -A-S03H' -A-C00' -Α-ΟΓ组成的组；其中A是苯基、经取代的苯基、 烷基、经取代的烷基、带负电荷的烷烃基团、卤代烷烃和醚中之一。
47. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的电解质包含溶剂。
48. 根据权利要求47所述的电源，其中所述溶剂包括乙腈、酰胺、苄腈、丁内酯、环醚、 碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、乙醚、二甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、二甲基甲酰胺、二甲砜、二氧六 环、二氧戊环、甲酸乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯、内酯、直链醚、甲酸甲酯、丙酸甲酯、甲基 四氢呋喃、腈、硝基苯、硝基甲烷、N-甲基吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、环丁砜、砜、四氢呋喃、四氢 噻吩砜、噻吩、乙二醇、二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、碳酸酯、丁内酯、腈以及三氰基己烷中 的至少之一。
49. 根据权利要求1所述的电源，其中用于容置所述能量储存器的壳体包括设置在其 内部表面的大部分上的阻隔物。
50. 根据权利要求49所述的电源，其中所述阻隔物包括聚四氟乙烯（PTFE)、全氟烷氧 基（PFA)、氟化乙烯丙烯聚合物（FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE)中的至少之一。
51. 根据权利要求49所述的电源，其中所述阻隔物包括陶瓷材料。
52. 根据权利要求49所述的电源，其中所述阻隔物包括表现出耐腐蚀性、期望的介电 性质和低电化学反应性中的至少之一的材料。
53. 根据权利要求49所述的电源，其中所述阻隔物包括多层材料。
54. 根据权利要求49所述的电源，其中所述壳体包含多层材料。
55. 根据权利要求54所述的电源，其中所述多层材料包含覆盖到第二材料上的第一材 料。
56. 根据权利要求54所述的电源，其中所述多层材料包含钢、钽和铝中的至少之一。
57. 根据权利要求49所述的电源，其中所述壳体包含至少一个半球形密封件。
58. 根据权利要求49所述的电源，其中所述壳体包含至少一个玻璃-金属密封件。
59. 根据权利要求58所述的电源，其中所述玻璃-金属密封件的引脚提供电接头。
60. 根据权利要求59所述的电源，其中所述引脚包含铁-镍-钴合金、镍铁合金、钽、 钥、铌、钨、一定形式的不锈钢和钛中之一。
61. 根据权利要求59所述的电源，其中所述玻璃-金属密封件包括含有以下材料至少 之一的本体：镍、钥、铬、钴、铁、铜、锰、钛、锆、铝、碳和钨，以及其合金。
62. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的能量储存单元包括隔离器以 提供正电极与负电极之间的电隔离。
63. 根据权利要求62所述的电源，其中所述隔离器包含聚酰胺、聚四氟乙烯（PTFE)、聚 醚醚酮（PEEK)、氧化铝（A120 3)、玻璃纤维以及玻璃纤维增强塑料中之一。
64. 根据权利要求62所述的电源，其中所述隔离器基本上不含水分。
65. 根据权利要求62所述的电源，其中所述隔离器基本上是疏水的。
66. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器包括表现出不大于约 5. OX l(T6atm-cc/秒的泄露速率的气密密封件。
67. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器包括表现出不大于约 5. OX l(Tatm-cc/秒的泄露速率的气密密封件。
68. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器包括表现出不大于约 5. OX l(T8atm-cc/秒的泄露速率的气密密封件。
69. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器包括表现出不大于约 5. OX l(T9atm-cc/秒的泄露速率的气密密封件。
70. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器包括表现出不大于约 5. OX lO-atm-cc/秒的泄露速率的气密密封件。
71. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的体积漏电流在所述温度范围 内为低于约1000毫安/升。
72. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器的体积漏电流在特定电压范围 内为低于约1000毫安/升。
73. 根据权利要求1所述的电源，其中所述能量储存器除所述可再充电能量储存器之 外还包括至少一个电池。
74. 根据权利要求73所述的电源，其中所述电池不可再充电。
75. 根据权利要求1所述的电源，其还包括多个发电机，每个发电机取向为获得特定方 向的振动能量。
76. 根据权利要求1所述的电源，其还包括护罩以进行减小外部磁场和基本消除外部 磁场中的至少之一。
77. 根据权利要求1所述的电源，其还包括用于由使用所述能量储存器作为电源提供 电力产生的电路。
78. 根据权利要求77所述的电源，其中所述所产生的电力包括交流电（AC)和直流电 (DC)中之一。
79. 根据权利要求1所述的电源，其中所述发电机包括振动能量发电机。
80. 根据权利要求79所述的电源，其中所述发电机包括至少一个可调节偏置装置。
81. 根据权利要求80所述的电源，其中所述至少一个可调节偏置装置包括可调节磁 体、电磁体、压电元件和可调谐弹簧元件中之一。
82. 根据权利要求80所述的电源，其还包括用于控制所述至少一个可调节偏置装置的 至少一个调谐电路。
83. 根据权利要求80所述的电源，其中所述至少一个调谐电路包括微处理器。
84. 根据权利要求1所述的电源，其中所述发电机包括旋转发电机、电磁位移发电机、 磁致伸缩位移发电机、压电发电机、热电发电机、热光电发电机以及放射性同位素能量发电 机中的至少之一。
85. 根据权利要求1所述的电源，其中所述电池包括锂-亚硫酰氯电池、锂-溴-氯电 池、锂-磺酰氯电池以及熔盐电池中的至少之一。
86. 根据权利要求1所述的电源，其中所述外部供应包括与远程电能源的连接，所述连 接包括电缆连接、有线套管连接、有线管连接和螺旋管连接中之一。
87. -种用于制造用于井下工具的电源的方法，所述方法包括： 选择至少一种能量源，配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操 作的可再充电能量储存器，和适合于接收来自发电机的电能并将所述电能储存在所述能量 储存器中的控制电路；和 将所述源、控制电路和能量储存器结合到所述井下工具以提供所述电源。
88. 根据权利要求87所述的方法，其中所述源包括电池、与电能的外部供应的连接和 发电机中的至少之一，所述发电机配置为将所述井下工具所经历的能量转化为所述电能。
89. 根据权利要求87所述的方法，其还包括将多个能量发电机结合到所述电源，每个 所述发电机取向为获得预定方向的振动能量。
90. 根据权利要求87所述的方法，其中选择包括选择旋转发电机、电磁位移发电机、磁 致伸缩位移发电机、压电发电机、热电发电机、热光电发电机、与远程电源的连接以及放射 性同位素能量发电机中的至少之一。
91. 根据权利要求87所述的方法，其中选择包括选择电池和与外部电源的连接中的至 少之一。
92. 根据权利要求87所述的方法，其还包括将护罩结合至所述电源和所述井下工具中 的至少之一以实现减小干扰磁场和基本上消除干扰磁场中的至少之一。
93. 根据权利要求87所述的方法，其还包括选择所述能量发电机和所述控制电路中的 至少之一以在所述温度范围内操作。
94. 根据权利要求87所述的方法，其还包括结合电路以由所述能量储存器向负载提供 电力产生。
95. 根据权利要求87所述的方法，其中选择所述能量储存器包括选择超级电容器，所 述超级电容器包括气密地密封的壳体中的能量储存单元和电解质，所述单元电耦接至正电 接头和负电接头，其中所述超级电容器配置为在约80摄氏度至约210摄氏度的温度范围内 的温度下操作。
96. -种用于为井下工具提供电力的方法，所述方法包括： 选择包括电源的工具，所述电源包括耦接至控制电路的能量源和配置为在约80摄氏 度至约210摄氏度的温度范围内的温度下操作的高温可再充电能量储存器，所述源包括电 池、与电能的外部供应的连接和发电机中的至少之一，所述发电机配置为将所述井下工具 所经历的能量转化为所述电能，所述控制电路用于接收来自所述源的电能并将所述电能储 存在所述能量储存器中；和 从所述电源向所述井下工具的负载提供电力。
97. 根据权利要求96所述的方法，其中所述转化包括操作振动能量发电机、旋转发电 机、电磁位移发电机、磁致伸缩位移发电机、压电发电机、热电发电机、热光电发电机、与远 程电源的连接以及放射性同位素能量发电机中的至少之一。
98. 根据权利要求96所述的方法，其中所述负载包括电子电路、变压器、放大器、伺服 系统、处理器、数据存储器、泵、马达、传感器、热可调传感器、光学传感器、转换器、光纤、光 源、闪烁器、脉冲发生器、液压致动器、天线、单道分析仪、多道分析仪、辐射检测器、加速度 计和磁强计中的至少之一。
99. 根据权利要求96所述的方法，其中所述工具包括取芯工具、闭井工具、核磁共振成 像（NMR)工具、电磁（EM)遥测工具、泥浆脉冲遥测工具、电阻率测量工具、伽马传感工具、压 力传感器工具、声学传感器工具、地震工具、核工具、脉冲中子工具、地层取样工具以及感应 工具中的至少之一。
100. 根据权利要求96所述的方法，其中所述提供包括连续提供所述电力和周期性提 供所述电力中的至少之一。
101. 根据权利要求96所述的方法，其中所述提供包括向所述负载提供交流电（AC)和 提供直流电（DC)中的至少之一。
102. 根据权利要求96所述的方法，其还包括对于所述振动能量发电机，将所述发电机 调谐为井下所经历的振动频率。
【文档编号】H01G11/78GK104115247SQ201280046688
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2011年7月27日
【发明者】里卡尔多·西尼奥雷利, 约翰·雅各布·库利, 克里斯托弗·约翰·西巴尔德·迪恩, 詹姆斯·爱泼斯坦, 帕德马纳班·萨斯桑·库蒂皮莱, 法布里齐奥·马丁尼, 约瑟夫·莱恩 申请人:快帽系统公司