[发明专利]井下充电系统和方法

说明书

提供了一种包括初级侧和次级侧的井下充电系统。该初级侧包括布置成从具有源频率的电源接收电力的电力发送线圈并且该次级侧5包括布置成向负载输送电力的电力接收线圈。该电力发送线圈和该电力接收线圈进一步布置成使得它们电感耦合。初级侧和/或次级侧包括至少一个可调谐元件，所述至少一个可调谐元件连接至位于与可调谐元件相同的一侧上的线圈。该系统还包括至少一个控制器，该控制器配置为能控制可调谐元件的10阻抗，使得能考虑电力传输而优化可调谐元件和位于可调谐元件的同一侧上的线圈的阻抗。

技术领域

本发明涉及一种用于为布置在金属井管结构的外侧的电力接收单元充电的井下充电系统。本发明还涉及一种用于根据本发明的井下充电系统的控制器的方法。

背景技术

当具有安装用于在井下测量金属井管结构的外部的状态或性质的传感器时，测得的数据被无线发送至地面。具有至传感器的有线连接将对井管结构强加重大改变，从而导致完井系统的显著弱化，这伴随着形成例如井喷或类似不受控的事件的风险。

这些传感器将不得不自主地操作，因为在井下更换电源或检修传感器实际上是不可能的。此外，使这些传感器或其他仪器能随时间推移地起作用是非常难的，因为电池电源在井下是非常有限的，这是因为，电池无法在不迅速劣化的情况下而耐受高的温度和压力。

解决这种问题的一个方案被同一申请人在EP 3 101 220A1中提出。这里描述了用于为金属井管结构外侧的设备进行无线充电的井下完井系统。该系统通过使在金属井管结构外侧的装置的一个电力接收线圈与布置在位于金属井管结构的内部的工具中的电力发送线圈平行地或相符地布置而工作。

现有技术的一个问题是，至接收线圈的电力传输效率将极大地取决于环境因素。井下设备的温度将引起电子设备的频率漂移，该频率还将受到不同种类的周围介质例如气体、土壤类型或不同浓度的盐水的影响。

从以上内容可理解，存在改进的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的井下充电系统，其相对于现有技术进行了改进，并且消除了或至少减轻了上述一些缺点。更具体地，本发明的目的是提供一种井下充电系统，其能够优化电力传输并且能够自动补偿温度变化和制造公差。通过所附独立权利要求中阐述的技术以及与之相关的从属权利要求中限定的优选实施例来实现这些目的。

在第一方面，提供了一种井下充电系统。该充电系统包括可调谐元件和控制器，该控制器配置为能将可调谐元件(结合相关联的感应线圈)的阻抗与电源的源频率匹配。该井下充电系统是有利的，因为它允许谐振频率的自动调谐以便优化井下的电力传输。

从下面的描述中将变得显而易见的上述目的以及众多的其它目的、优点和特征由根据本发明的方案来实现，即通过用于为布置在金属井管结构的外侧的电力接收单元充电的井下充电系统来实现，该井下充电系统包括初级侧和次级侧，其中，初级侧包括布置成从具有源频率的电源接收电力的电力发送线圈并且该次级侧包括布置成向负载输送电力的电力接收线圈，该电力发送线圈和该电力接收线圈布置成使得它们电感耦合，并且初级侧和/或次级侧包括至少一个可调谐元件，所述至少一个可调谐元件具有阻抗并且连接至位于与可调谐元件相同的一侧上的线圈，其中，充电系统还包括至少一个控制器，该控制器配置为能控制可调谐元件的阻抗，使得能考虑电力传输而优化位于可调谐元件的同一侧上的线圈和可调谐元件的阻抗。该实施例的一个益处是它允许井下充电系统在改变系统参数的情况下有效地工作。如果例如线圈的电感或电源的频率被改变，则可相应地调整可调谐元件。此外，以上提出的解决方案提供了非常有效和方便的调谐，尤其是对于井下作业而言。由于谐振频率可能随温度而变化，因此即使谐振频率发生变化，也可通过调整阻抗来使源频率匹配。因此，不需要扫频。

更进一步，与可调谐阻抗元件结合固定频率信号源相比，扫频通常将需要宽带可调谐信号源，这是昂贵且复杂的设备。