[发明专利]井下温差发电方法及系统

说明书

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)。