用于高溫應(yīng)用的混合電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于井下工具的電池電源。
【背景技術(shù)】
[0002]用于回收地?zé)崮茉?、烴和水的井可以延伸到地下數(shù)千英尺。用于鉆這些井的井工具通常包括要求電能的元件。這種電能的一些可以通過車載電池被供應(yīng)。適于在典型井筒溫度(其可超過80攝氏度)下操作的電池在表面處存在的更低溫度下不運(yùn)行。因此，車載電池電源不能用于在表面處執(zhí)行電動井工具的測試。
[0003]本發(fā)明滿足了表面處的電池電源操作使用電力的井工具的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在多個方面，本發(fā)明提供了一種用于在表面處和在井筒中供電的裝置。該裝置可包括井下工具和電池組，該井下工具被配置為通過使用輸送設(shè)備被傳送，該電池組由井下工具傳送。該電池組可包括多個電池單元，其中，該多個電池單元中的至少兩個單元對該井下工具處的環(huán)境溫度的變化有顯著不同的電力響應(yīng)。
[0005]在多個方面，本發(fā)明提供了一種用于在表面處和在井筒中供電的方法。該方法可包括以下步驟:將電池組耦接到井下工具上，該電池組包括多個電池單元，其中，該多個電池單元中的至少兩個單元對該井下工具處的環(huán)境溫度的變化有顯著不同的電力響應(yīng);將該井下工具和電池組傳送到該井筒中；以及，當(dāng)在井筒中時，通過使用電池組向井下工具供電。
[0006]已經(jīng)相當(dāng)寬泛地概括了本發(fā)明的某些特征的實例，以可更好地理解下面對這些實例的詳細(xì)描述并可理解它們對本領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，下面將描述本發(fā)明的其他特征，它們將形成本文所附的權(quán)利要求的主題。
【附圖說明】
[0007]為了詳細(xì)了解本發(fā)明，應(yīng)該結(jié)合附圖參照下面對實施例的詳細(xì)描述，附圖中的類似元件被給出了類似的數(shù)字標(biāo)記，其中:
[0008]圖1是典型鉆井系統(tǒng)的示意圖，該鉆井系統(tǒng)用于通過使用根據(jù)本文所公開的典型方法被操作的裝置來鉆井筒;和
[0009]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的典型混合電池組。
【具體實施方式】
[0010]現(xiàn)在參照圖1，示意性地示出了用于在地層13中形成井筒12的鉆井系統(tǒng)10。盡管示出陸基鉆機(jī)，但是這些概念和方法同樣適用于海上鉆井系統(tǒng)。此外，井筒12除了包括分支井筒以外，還可以包括垂直部分、傾斜部分和水平部分。該鉆井系統(tǒng)10可使用井底鉆具組合(BHA) 14,該BHA14通過剛性的井筒輸送設(shè)備(例如從鉆機(jī)18懸掛下來的鉆柱16)被輸送。該鉆柱16可包括位于末端的鉆頭20。該鉆柱16可包括適用于在井筒中使用的任何公知的鉆管，例如連接鉆桿、連續(xù)油管、套管、尾管等。
[0011]該BHA14還可以包括各種車載工具、儀器、傳感器和消耗電能的設(shè)備。這些設(shè)備被統(tǒng)稱為消耗設(shè)備50。說明性的、但非唯一的消耗設(shè)備50包括方向傳感器和地層評估傳感器或設(shè)備(也稱為隨鉆測量“MWD”或者隨鉆測井“LWD”傳感器)，地層評估傳感器或裝置測定電阻率、密度、孔隙度、滲透性、聲學(xué)特性、核磁共振特性、井下流體或地層的腐蝕特性、鹽或含鹽量，以及包圍BHA 14的地層13的其他選定屬性。其他的電能消耗設(shè)備50包括傳感器和通信設(shè)備24，傳感器和通信設(shè)備24用于控制和/或確定BHA的一個或多個功能和性質(zhì)(如，速度、振動、彎矩、加速度、振蕩、旋轉(zhuǎn)、粘滑運(yùn)動等)和鉆井操作參數(shù)(如，鉆壓、流體流速、壓力、溫度、鉆進(jìn)速度、方位角、工具面、鉆頭旋度等)ο在本發(fā)明的實施例中，混合電池組60可以用來激勵消耗設(shè)備50。
[0012]現(xiàn)在參照圖2，在一個配置中，該混合電池組60包括第一電池組70，該第一電池組70包括當(dāng)BHA 14在井筒12中并且承受高的環(huán)境井筒溫度時可使用的電池。該第一電池組70可包括一個電池或多個電池。該第一電池組70采用一種化學(xué)過程，該化學(xué)過程傳送電力以滿足升高的溫度下的預(yù)定要求。如本文中所使用，術(shù)語“高的”或者“升高的”溫度指的是高于80攝氏度的溫度，且“高溫電池”指的是旨在這樣的溫度下操作的電池。說明性的、但非唯一的高溫電池的類型包括鋰電池、鈉硫(NaS)電池和鈉-鎳-氯電池。其他高溫電池包括具有液態(tài)電極和陶瓷固態(tài)電解質(zhì)的電池。在這種配置中，要求升高的溫度來保持電極處于熔融狀態(tài)并在電解質(zhì)中達(dá)到足夠的離子電導(dǎo)率。
[0013]混合電池組60還包括第二電池組80，當(dāng)BHA 14在表面處并承受鉆機(jī)18處的環(huán)境表面溫度時可以使用第二電池組80。第二電池組70可以包括一個電池或多個電池。第二電池組80采用一種化學(xué)過程，該化學(xué)過程傳送電力以滿足表面處的環(huán)境溫度下的預(yù)定要求。為了本發(fā)明的目的，表面處的環(huán)境溫度包括零度以下至40攝氏度范圍內(nèi)的溫度，環(huán)境表面電池是在這樣的溫度下操作的電池。說明性的、但非唯一的環(huán)境表面溫度電池類型包括諸如Mn/Zn電池、NiMH電池、Ni/Zn電池等的堿性電池。在一些實施例中，選擇用于第二電池組80的化學(xué)過程以在升高的溫度下喪失電力傳送的能力，但在這樣的條件下不產(chǎn)生火災(zāi)或者爆炸的危險。在實施例中，還可選擇化學(xué)過程以在溫度回到環(huán)境表面溫度之后允許恢復(fù)電力傳送。
[0014]因此，混合電池組60可以認(rèn)為是具有至少兩個電池組單元的電池電源，所述至少兩個電池組單元對于井下工具處的環(huán)境溫度的改變具有顯著不同的電力響應(yīng)。電力響應(yīng)是輸送電力的能力方面的變化。例如，第一電池組70具有隨著溫度升高而使供應(yīng)的電力增加的電力響應(yīng)，且第二電池組80具有隨著溫度升高而使供應(yīng)的電力減少的電能響應(yīng)。此外，可使用預(yù)定溫度來分離電池組70、80的操作狀態(tài)。對于電池組70、80而言，操作狀態(tài)涉及供電的能力。即，低于預(yù)定溫度時，所述多個電池單元中的僅一部分電池單元供電。同樣地，高于預(yù)定溫度時，所述多個電池單元的僅一部分電池單元供電。操作和非操作狀態(tài)之間的過渡可以是漸進(jìn)的或相對較快的。
[0015]混合電池組60可以包括使第一電池組70與第二電池組80解耦的電路90。如前面所述，根據(jù)主導(dǎo)溫度，該兩個電池組70、80中的僅一個電池組可以