高溫電池在井下無線儀器應用

 當前，深井和高溫井的油氣產量百分比，特別是天然氣產量百分比增加。據Dexter Magnetic技術公司預測，深井和高溫井的產氣量將超過150萬億ft3。要達到較高百分比，溫度為437～482oF的氣井都要投產。油公司和鉆井承包商認為，要作好在這些儲層井下鉆井和生產的準備。要做好諸如LWD或MWD等工具的技術開發以及將這些工具用于“智能”井底鉆具組合。
 　 據認為，井下電子領域的主要限制條件是溫度。多數井下電子元件的額定作業溫度為300～345oF。為此，美國能源部與石油工業界合資開發具有高溫工作能力的電子元件。目前，絕緣體外延硅元件能承受392oF的高溫。抗高溫電容器技術似乎也取得了很大的進展。目前的問題是，怎樣得到可靠的和在市場上可以買到的井下電源為下一代井下電子元件提供動力源？盡管是zui“時髦”井底鉆具組合，若沒有充足和可靠的動力驅動，對鉆具承包商也是沒有幫助的。井下電池制造商也在尋找解決高溫問題的方法。現在市場上出售的鋰電池的額定作業溫度到達392oF，但是它們會受到zui低額定作業溫度的限制，高溫鋰電池可能無法在低溫下工作。例如，額定作業溫度為392oF的鋰電池，當其在212oF溫度下作業時，其電池容量只有在392oF溫度下的一半，壽命也會減半。
　　頻繁地更換電池也會因無法保持密封而帶來問題，因為電子工具為保持在壓力下的密封是不能經常拆卸的。因此，使用同樣的電池，當由在常溫下鉆進轉為在392oF或更高的溫度下鉆進時將大幅度降低電池的效率和壽命，從而增加了每安培-小時的成本。
　　美國能源部的Sandia國家實驗室和通用原子能研究所承擔了研發高溫電池的任務。zui進已生產出額定溫度高達482oF的電池樣品。另外，還研制出一種在有限電流荷載下可在77oF溫度下工作的電池，但因開發成本問題，還沒有考慮投入市場。
　　泥漿馬達驅動的渦輪發電機是一種可供選擇的電源。井下發電機并不像電池那樣受溫度窗口狹窄和功率密度變化等諸多條件的限制。zui近，在美國能源部國家能源技術實驗室的贊助下，Dexter Magnegic技術公司研制出能在溫度為482oF下運轉的井下渦輪發電機。Dexter Magnegic技術公司已將額定溫度為300oF的渦輪發電機投入運轉并將命名為UnderCurrent。UnderCurrent能為井下工具提供3相交流電，其額定運轉溫度為437oF，發電機模塊安裝在43/4in鉆鋌內，在437oF溫度下可發電200W。驅動UnderCurrent所消耗水馬力不到總鉆井液水馬力的5%，但是發電機的制造成本較高。