[发明专利]井下发电系统及方法

说明书

本发明公开一种井下发电系统，其包括用于给负载提供电力的发电模块以及功率转换电路。发电模块包括由井下流体的流动驱动旋转的涡轮机、与涡轮机连接用于将来自涡轮机的旋转能转换为电能的发电机、以及与发电机连接用于将来自发电机的交流电压转换为直流电压的AC‑DC整流器。功率转换电路连接AC‑DC整流器与负载，并且，被配置用于当负载处于工作模式时将第一功率提供给负载，并且，当负载处于非工作模式时将第二功率提供给负载，第二功率小于第一功率。本发明还公开了一种井下发电方法。

技术领域

本发明大体涉及发电系统，尤其涉及一种井下发电系统及井下发电方法。

背景技术

井下钻探或传感系统被使用在油气勘探和生产井中。一些用于压裂监控和长期生产监测的井下传感器、井下数据通讯模块以及其他井下负载经常被应用于井下钻探或传感系统中用于执行其各自的功能。这些井下负载需要功率来运转。在本领域中众所周知的是使用涡轮机来将来自井下流体，例如生产流体的机械能转换为旋转能以驱动发电机。然后，发电机能够产生电能，并且因此能够将功率提供给这些井下负载。

在井下负载的工作期间，井下负载可能需要高的功率。而当井下负载处于非工作状态时，例如处于待机状态，则井下负载可能仅需要低的功率。为了确保井下负载的运行，通常，现有的井下发电装置总是根据高额定功率来设计，因此，当井下发电装置在非工作状态下传送低功率时可能具有较差的效率。这无疑会增加功率损耗。

因此，有必要对发电进行改进以解决如上所提到的至少一个问题。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种井下发电系统。所述井下发电系统包括用于给负载提供电力的发电模块以及功率转换电路。所述发电模块包括由井下流体的流动驱动旋转的涡轮机、与所述涡轮机连接用于将来自所述涡轮机的旋转能转换为电能的发电机、以及与所述发电机连接用于将来自所述发电机的交流电压转换为直流电压的AC-DC整流器。所述功率转换电路连接所述AC-DC整流器与所述负载，并且，被配置用于当所述负载处于工作模式时将第一功率提供给所述负载，并且，当所述负载处于非工作模式时将第二功率提供给所述负载，所述第二功率小于所述第一功率。

本发明的另一个方面在于提供一种井下发电方法。所述井下发电方法包括：通过井下流体的流动来驱动一个或多个涡轮机旋转；通过一个或多个发电机将来自所述一个或多个涡轮机的一个或多个旋转能分别转换为一个或多个电能；通过一个或多个AC-DC整流器将来自所述一个或多个发电机的一个或多个交流电压分别转换为一个或多个直流电压；当负载处于工作模式时，通过控制第一DC-DC转换器将所述一个或多个直流电压转换为第一功率，并将所述第一功率提供给所述负载；以及当所述负载处于非工作模式时，通过控制第二DC-DC转换器将所述一个或多个直流电压转换为第二功率，并将所述第二功率提供给所述负载。所述第二功率小于所述第一功率。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明的一个具体实施方式的井下发电系统的示意图；

图2是根据本发明的另一个具体实施方式的井下发电系统的示意图；

图3是涡轮机在套管中的分布的一个示意性示例；及

图4是根据本发明的一个具体实施方式的示意性井下发电方法的流程图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。