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高温电池在井下无线仪器应用探讨

行业聚焦点中国仪表网2008年11月04日 09:53人气:4122

    当前,深井和高温井的油气产量百分比,特别是天然气产量百分比增加。据Dexter Magnetic技术公司预测,深井和高温井的产气量将超过150万亿ft3。要达到较高百分比,温度为437~482oF的气井都要投产。油公司和钻井承包商认为,要作好在这些储层井下钻井和生产的准备。要做好诸如LWD或MWD等工具的技术开发以及将这些工具用于“智能”井底钻具组合。
   据认为,井下电子领域的主要限制条件是温度。多数井下电子元件的额定作业温度为300~345oF。为此,美国能源部与石油工业界合资开发具有高温工作能力的电子元件。目前,绝缘体外延硅元件能承受392oF的高温。抗高温电容器技术似乎也取得了很大的进展。目前的问题是,怎样得到可靠的和在市场上可以买到的井下电源为下一代井下电子元件提供动力源?尽管是最“时髦”井底钻具组合,若没有充足和可靠的动力驱动,对钻具承包商也是没有帮助的。井下电池制造商也在寻找解决高温问题的方法。现在市场上出售的锂电池的额定作业温度到达392oF,但是它们会受到最低额定作业温度的限制,高温锂电池可能无法在低温下工作。例如,额定作业温度为392oF的锂电池,当其在212oF温度下作业时,其电池容量只有在392oF温度下的一半,寿命也会减半。
  频繁地更换电池也会因无法保持密封而带来问题,因为电子工具为保持在压力下的密封是不能经常拆卸的。因此,使用同样的电池,当由在常温下钻进转为在392oF或更高的温度下钻进时将大幅度降低电池的效率和寿命,从而增加了每安培-小时的成本。
  美国能源部的Sandia国家实验室和通用原子能研究所承担了研发高温电池的任务。最进已生产出额定温度高达482oF的电池样品。另外,还研制出一种在有限电流荷载下可在77oF温度下工作的电池,但因开发成本问题,还没有考虑投入市场。
  泥浆马达驱动的涡轮发电机是一种可供选择的电源。井下发电机并不像电池那样受温度窗口狭窄和功率密度变化等诸多条件的限制。最近,在美国能源部国家能源技术实验室的赞助下,Dexter Magnegic技术公司研制出能在温度为482oF下运转的井下涡轮发电机。Dexter Magnegic技术公司已将额定温度为300oF的涡轮发电机投入运转并将命名为UnderCurrent。UnderCurrent能为井下工具提供3相交流电,其额定运转温度为437oF,发电机模块安装在43/4in钻铤内,在437oF温度下可发电200W。驱动UnderCurrent所消耗水马力不到总钻井液水马力的5%,但是发电机的制造成本较高。 
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