CN101942988A - 钻井井下测试仪单向冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种钻井井下测试仪单向冷却装置。主要解决现有随钻随测测试仪温度能够承受范围较小的问题。其特征在于：仪器仓(2)置于真空的真空管(1)下部内，仪器仓(2)上端外至少有一级制冷装置；所述制冷装置制冷片(3)的冷面与仪器仓(2)上端外相粘连，制冷片(3)的热面上端与热管(4)相粘连，热管(4)上端连接有隔热套(10)，隔热套(10)上端通过螺纹连接有冷凝管(6)；冷凝管(6)穿出真空管(1)后外套有散热片(5)，仪器仓(2)内和冷凝管(6)外置有温度感应片(7)，制冷片(3)和温度感应片(7)通过导线与控制电路相连接。该钻井井下测试仪单向冷却装置具有温度承受范围大的特点。

Description

钻井井下测试仪单向冷却装置

技术领域：

本发明涉及油田钻井领域顶驱所用的导轨板，尤其是钻井井下测试仪单向冷却装置。

背景技术：

随着油气勘探开发过程，随着中深井、超深井及复杂井的增多，对钻井测试要求也越来越高。目前，随钻随测技术在钻井领域得到普遍采用。随钻随测技术就是将测试仪安装在钻艇内，随钻艇下入井内，在钻井的过程中，将井下技术参数录入到测试仪上，在更换钻杆时，将测试仪取出，再将测试仪内储存的技术参数导出，为施工技术人员提供施工依据。井下温度随着井深增加而增加，而目前井下测试仪由于井下温度过高，电力供应不够，所以没有散热系统，只能靠保温桶来隔绝外部热量传到内部，但不能使内部的原件热量散发到环境中，井下测试仪电路能够承受温度为175度，按此温度计算能下井测试的深度大约为5000米左右测试，如果采用120度的测井元器件，能下井测试的深度大约为3500米，这样就导致测井深度大大受限，而且175度的电子元件造价比普通120度元件造价高出约10倍，导致成本大大增加，影响钻井效率和成本。

发明内容：

为了解决现有随钻随测测试仪温度能够承受范围小的问题。本发明提供一种钻井井下测试仪单向冷却装置。该钻井井下测试仪单向冷却装置具有温度承受范围大的特点，而且结构简单，安全可靠。

本发明的技术方案是：钻井井下测试仪单向冷却装置包括真空管，仪器仓设置在真空管下部内，仪器仓用于放置测试仪器模块；依次串接在仪器仓上端外的两级或更多级制冷装置；连接在末级制冷装置上方的散热片；温度感应片和控制电路；所述的制冷装置包括制冷片、热管和冷凝管，制冷片的热面上端与热管相粘连，热管内填充有制冷剂，热管上端通过螺纹连接有隔热套，隔热套上端通过螺纹连接有冷凝管；所述串接具体为：第一制冷装置的制冷片的冷面与仪器仓上端外相粘连，上级制冷装置的冷凝管上端与下级制冷装置的制冷片的冷面相连，末级制冷装置的冷凝管穿出真空管后外套有散热片；仪器仓内和冷凝管外置有温度感应片，制冷片和温度感应片通过导线与控制电路相连接。

上述方案中位于仪器仓外套有仪器保温桶；位于仪器仓外设置有保温桶扶正块；仪器仓通过螺纹连接在内抽真空的真空管下部内；所述制冷剂为酒精。

发明具有如下有益效果：该钻井井下测试仪单向冷却装置由于采用在真空管下部内连接仪器仓，仪器仓上端外至少有一级制冷装置，制冷装置的制冷片的冷面与仪器仓上端外相粘连，制冷片的热面上端与热管相粘连，热管内填充有制冷剂，热管上端通过螺纹连接有隔热套，隔热套上端通过螺纹连接有冷凝管，冷凝管穿出真空管后外套有散热片，仪器仓内和冷凝管外置有温度感应片，制冷片和温度感应片通过导线与控制电路相连接结构。利用制冷片的吸热及放热特性和热管的导热性及良好的等温性，将仪器仓内的热量移出，使仪器仓内的温度始终保持在设计温度要求内，由于采用的是热管，只要蒸发液不流到冷凝端，外部的热量就无法反向传回给仪器仓，从而达到单项传热的目的。因而增大了测试仪电路模块温度承受范围大，也就增加了钻井深度。所以说该钻井井下测试仪单向冷却装置具有温度承受范围大的特点，而且结构简单，安全可靠。该钻井井下测试仪单向冷却装置采用3级制冷装置，可温度承受范围为230度，降低适用于7000米左右井深。

附图说明：

附图1是本发明结构示意图；

附图2是图1中I向局部放大剖面图。

图中1-真空管1，2-仪器仓，3-制冷片，4-热管，5-散热片，6-冷凝管，7-温度感应片，8-仪器保温桶，9-扶正块，10-隔热套，11-测试仪器。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1结合图2所示，该钻井井下测试仪单向冷却装置包括真空管1、串接在一起的两级或更多级的制冷装置、温度感应片7和控制电路。

所述真空管1具有其内放置测试仪器11模块的仪器仓2，真空管1由上下两节通过螺纹连接而成，连接好将其内抽成真空，使外部热量无法向内部传导，保证真空管1内温度不受外界温度影响。仪器仓2是用来置放测试仪器11电路模块的。仪器仓2置于真空管1下部内，并通过螺纹连接在真空管1下节上，仪器仓2外套有仪器保温桶8，通过仪器保温桶8进一步减少外部温度对测试仪器11电路模块的影响，仪器仓2外粘连有保温桶扶正块9，通过保温桶扶正块9保证仪器仓2内测试仪器11电路模块的稳定性。

仪器仓2上端外有两级或两级以上制冷装置，每一级制冷装置包括制冷片3、热管4和冷凝管6，采用现有成熟技术的电子制冷片3，制冷片3有冷、热面，利用制冷片3的半导体结造，此电子制冷片3为已有产品，一端为热端，一端为冷端，特性功能为如果向此制冷片加上额定电压会使热端温度升高，冷端温度降低，当电流由N通过P时，电场使N中的电子和P中的空穴反向流动，他们产生的能量来自晶格的热能，于是在导流片上吸热，而在另一端放热，产生温差，温差大约60度左右。第一级制冷片3的冷面与仪器仓2上端外相粘连，采用硅胶粘连更有利于散热，第一级制冷片3的热面上端与热管4相粘连，热管4属于一种现有成熟技术传热元件，热管4可根据设计要求直接定做。它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，此种蒸发散热方式热传导比普通热传导效率高1000倍左右，通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，这样就将制冷片3上的热量传导出去，蒸发介质根据热管4的原理计算大约为容积的20％左右。热管4内填充有酒精，或者其他合适的蒸发介质，热管4内的酒精接收制冷片3热面传递的热量，从而使其内的酒精受热蒸发，酒精蒸汽进入到第一级制冷装置的冷凝管6内。第二级制冷装置的制冷片3的冷面与第一制冷装置的冷凝管6相粘连，第二级制冷装置的制冷片3的热面与第一级制冷装置的热管4相粘连。如果具有两级以上的制冷装置，连接方式与此相同。这样就可以通过制冷片3、热管4和冷凝管6将热量向上传递，最终将仪器仓2内的热量移出，达到降低测试仪器11电路模块的温度的目的。热管4上端外通过螺纹连接有隔热套10，隔热套10上端内通过螺纹连接有冷凝管6，热管4与冷凝管6的蒸发端组成个真空腔，热管4内酒精的蒸发在冷凝管6的冷凝端凝结，使测试仪器11电路模块能够随钻艇钻入更深。热管4上端外再通过螺纹连接有隔热套10，隔热套10上端内再通过螺纹连接有冷凝管6，以此可再连接一级制冷装置，这样就充分的降低测试仪器11电路模块的温度。根据设计井深还可以增设制冷装置，达到测试仪器11电路模块温度设计要求为此。

最后一级(也即末级)制冷装置的冷凝管6穿出真空管1后外套有散热片5，由散热片5将热量传导给钻井液，带回地面。

仪器仓2内和冷凝管6外置有温度感应片7，通过温度感应片7协调控制所有制冷片3开关工作，如果真空段温度高于冷凝管6内介质的冷凝温度，则启动此冷凝上方的制冷片3冷却冷凝管6使介质冷凝，同时使制冷片3热端的介质蒸发，带走真空段内的热量。制冷片3和温度感应片7通过导线与控制电路相连接，控制电路可安装在仪器仓2内，由温度感应片7为控制电路提供仪器仓2内温度信号，再由控制电路协调控制所有制冷片3开启和关闭。

实际工作过程：将需要冷却的测试仪器11装入定制的仪器仓2中并和制冷装置连接，在地面设置好仪器仓2的保持温度范围，装入钻艇，随钻艇下井，在井下制冷装置由井下涡轮发电机供电，当仪器仓2随钻井深度增加及测试仪器11运行发热，仪器仓2内温度升高，当温度升高到设定温度80-100度时，当仪器仓2内超过设定温度时，温度感应片7向控制电路发出仪器仓2内温度电信号，由控制电路协调控制所有制冷片3启动，由第一级制冷装置的制冷片3将仪器仓2的热量从下向上单向转移到第一级制冷装置的热管4内，第一级制冷装置的热管4内的酒精挥发后带着热量进入第一级制冷装置的冷凝管6内，第一级制冷装置的冷凝管6内的热量再由第二级制冷装置的制冷片3传导给第二级制冷装置的热管4内，第二级制冷装置的热管4内的酒精挥发后再带着热量进入第二级制冷装置的冷凝管6内，第二级制冷装置的冷凝管6内热量再依次向上传递直至传到散热片5，并最终将热量传递到外部泥浆，随泥浆将热量带走。由此仪器仓2的热量由下向上单向将仪器仓2的热量转移走。当仪器仓2内温度降到设定的范围内时，由控制电路协调控制所有制冷片3关闭，制冷片3停止工作，这时由仪器仓2的保温桶5进行保温。外部热量由于没有蒸发液，所以不能逆向传入仪器舱中。此过程周而复始。

该项制冷片3温度承受范围为230度，按此温度计算能达到井下7000米左右。

综上所述，该钻井井下测试仪单向冷却装置利用制冷片3的吸热及放热特性和热管4的导热性及良好的等温性，将仪器仓2内的热量逐级移出，使仪器仓2内的温度始终保持在设计温度要求内，由于是热管4，只要蒸发液不流到冷凝端，外部的热量就无法反向传回给仪器仓2，从而达到单项传热的目的。因而增大了测试仪电路模块温度承受范围大，也就增加了钻井深度，而且结构和操作简单，成本低，安全可靠。

Claims (5)

1.一种钻井井下测试仪单向冷却装置，包括：

真空管(1)，仪器仓(2)设置在真空管(1)下部内，仪器仓(2)用于放置测试仪器(11)模块；

依次串接在仪器仓(2)上端外的两级或更多级制冷装置；

连接在末级制冷装置上方的散热片(5)；

温度感应片(7)和控制电路；其特征在于，

所述的制冷装置包括制冷片(3)、热管(4)和冷凝管(6)，制冷片(3)的热面上端与热管(4)相粘连，热管(4)内填充有制冷剂，热管(4)上端通过螺纹连接有隔热套(10)，隔热套(10)上端通过螺纹连接有冷凝管(6)；

所述串接具体为：第一制冷装置的制冷片(3)的冷面与仪器仓(2)上端外相粘连，上级制冷装置的冷凝管(6)上端与下级制冷装置的制冷片(3)的冷面相连，末级制冷装置的冷凝管(6)穿出真空管(1)后外套有散热片(5)；

仪器仓(2)内和冷凝管(6)外置有温度感应片(7)，制冷片(3)和温度感应片(7)通过导线与控制电路相连接。

2.根据权利要求1所述的钻井井下测试仪单向冷却装置，其特征在于：位于仪器仓(2)外套有仪器保温桶(8)。

3.根据权利要求2所述的钻井井下测试仪单向冷却装置，其特征在于：位于仪器仓(2)外设置有保温桶扶正块(9)。

4.根据权利要求1所述的钻井井下测试仪单向冷却装置，其特征在于：仪器仓(2)通过螺纹连接在内抽真空的真空管(1)下部内。

5.根据权利要求1所述的钻井井下测试仪单向冷却装置，其特征在于：所述制冷剂为酒精。

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