CN105952440B - 井下电子仪器强制冷却保温舱 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种油气钻采过程中在井下高温、高压环境中长时间工作的电子仪器保温舱。井下电子仪器强制冷却保温舱，包括保温瓶、电子仪器短节、瓶口隔热体、半导体制冷装置；电子仪器短节、瓶口隔热体和半导体制冷装置顺序安装于保温瓶内。本发明将制冷短节设计成内热‑外冷的结构形式，并在制冷短节两端分别设计隔热装置，避免了具有较高温度的热端固定架与保温瓶内胆之间的直接接触热传递，可以有效提高强制冷却保温舱的工作效率，从而有效的为井下电子仪器提供一个低温环境；在半导体制冷装置的吸热短节与制冷短节之间采用单向热管，大大减少了热量的反向传递，可进一步提高强制冷却保温舱的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种油气钻采过程中在井下高温、高压环境中长时间工作的电子仪器保温舱。
背景技术
在油气钻采过程中，井底温度随着深度的增加而增加，地温梯度一般在3℃/100m，深度为3000m的井，其井底温度一般在100摄氏度以上。我国中西部地区的油气资源大都埋藏在深部地层，随着油气勘探开发目标层位深度的增加，井底温度也在不断增加，如塔里木盆地的东河塘油田，油层深度5700m～6100m，井底温度在140℃～160℃。对于地温梯度异常的地区，在井深较浅的情况下，井底温度便可达到180℃以上。要对这些高温地层进行其物理性质的探测，应该有专门的、能在高温环境中连续工作的地球物理测井仪器。
测井仪器可分为随钻测量/测井(MWD/LWD)工具和电缆测井工具，电缆测井是在钻井过程完成之后下入井底进行各种参数的测量，为了使测井仪器的电子线路能在高温环境中连续正常工作，电缆测井仪器中一般采用保温瓶或者选择耐温指标高的元器件。选择耐温指标高的元器件，将增加仪器成本，工作寿命难以保证。耐温指标高的测井仪器多使用保温瓶，通过在保温瓶瓶塞中加入熔点适中、熔解热高的吸热剂，可在较长时间内保持保温瓶内的温度低于60℃。由于电缆测井一次工作时间较短，一般不超过24小时，因此采用常规的保温瓶可以满足电缆测井的温度需求。但是随钻测量/测井(MWD/LWD)工具往往需要在井下连续工作100小时以上，如果继续采用吸热剂保温瓶，需要大剂量的吸热剂，保温瓶的体积相应的也要增大很多。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种可以在井下高温、高压环境中长期稳定工作的电子仪器强制冷却保温舱，该井下电子仪器强制冷却保温舱，采用半导体制冷装置进行强制冷却，在不需要增加吸热剂剂量的条件下，即可在井下高温、高压环境中为电子器件提供长期稳定的低温环境。从而保证油气钻采过程中井下电子仪器能够在高温、高压环境中长时间稳定工作。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
井下电子仪器强制冷却保温舱，包括：保温瓶、电子仪器短节、瓶口隔热体、半导体制冷装置；其中：电子仪器短节、瓶口隔热体和半导体制冷装置顺序安装于保温瓶内。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：将制冷短节设计成内热-外冷的结构形式，并在制冷短节两端分别设计隔热装置，避免了具有较高温度的热端固定架与保温瓶内胆之间的直接接触热传递，可以有效提高强制冷却保温舱的工作效率，从而有效的为井下电子仪器提供一个低温环境；在半导体制冷装置的吸热短节与制冷短节之间采用单向热管，大大减少了热量的反向传递，可进一步提高强制冷却保温舱的工作效率；采用与钻井液流动方向相同的翅片布置方式，可以提高散热效率，再次提高了强制冷却保温舱的工作效率。
附图说明
图1为井下电子仪器强制冷却保温舱的示意性透视图；
图2为保温瓶的示意性分解透视图；
图3为电子仪器短节示意性分解透视图；
图4为隔热短节与半导体制冷装置的示意性分解透视图；
图5为隔热短节与半导体制冷装置的示意性纵向剖视图；
图6为图5的A-A向剖视图。
具体实施方式
如图1至图6所示，井下电子仪器强制冷却保温舱，包括：保温瓶1、电子仪器短节2、瓶口隔热体3、半导体制冷装置4；其中：电子仪器短节2、瓶口隔热体3和半导体制冷装置4顺序安装于保温瓶1内。
所述的保温瓶1，包括：保温瓶套101、尾部护帽102、端部堵头103；保温瓶套101为双开口保温瓶套，保温瓶套101为高真空器件，采用保温瓶套101作为电子仪器短节2的隔热装置，可有效降低进入电子仪器舱内的热功率，相应地也降低了所需的半导体制冷装置4的制冷功率；尾部护帽102通过螺纹拧紧在保温瓶套101尾部，端部堵头103通过螺纹拧紧在保温瓶套101端部，尾部护帽102、端部堵头103将电子仪器短节2、瓶口隔热体3和半导体制冷装置4压紧在保温瓶套101内。
所述的电子仪器短节2，包括：隔震垫块201、仪器骨架202、电子线路板203；电子线路板203安装在仪器骨架202上，隔震垫块201安装仪器骨架202尾端，隔震垫块201与尾部护帽102相接触。
所述的瓶口隔热体3，包括：内隔热体301、外隔热体302；内隔热体301位于半导体制冷装置4的吸热短节410和制冷短节430之间，外隔热体302位于半导体制冷装置4的制冷短节430与散热短节450之间。
所述的半导体制冷装置4，包括：吸热短节410、单向热管420、制冷短节430、外热管440、散热短节450；吸热短节410与仪器骨架201的顶端通过法兰紧密连接，结合处涂有导热硅脂，保证吸热短节410与仪器骨架201之间有良好的热接触；吸热短节410和内隔热体301均设有中心孔用于穿设导线；除中心孔外，吸热短节410和内隔热体301在轴向均设有多个热管安装孔，吸热短节410与内隔热体301的热管安装孔大小、位置对应，单向热管420穿过内隔热体301和吸热短节410的热管安装孔，单向热管420的绝热段位于内隔热体301的热管安装孔中，单向热管420的蒸发段紧配合的插入吸热短节410的热管安装孔中；由于单相热管420的作用，热量只能从吸热短节410向制冷短节430单向传递，反方向的热传递十分微弱，因此可以提高电子仪器强制冷却保温舱的工作效率。
所述的制冷短节430，包括：四个冷端固定架431、四个隔热垫432、四个半导体制冷片433、一个热端固定架434；四个冷端固定架431、隔热垫432、半导体制冷片433分别均布安装在热端固定架434的四个侧面上，组装好之后的制冷短节430为一圆柱体；半导体制冷片433安装在冷端固定架431与热端固定架434之间，半导体制冷片433的冷面与冷端固定架431接触，半导体制冷片433的热面与热端固定架434接触，接触面上涂有导热硅脂，保证良好的热接触；隔热垫432有一定的弹性，安装在冷端固定架431与热端固定架434之间，阻隔冷端固定架431与热端固定架434之间的热传递，提高制冷装置的效率，隔热垫432中间有方孔，可将半导体制冷片套在中间；冷端固定架431与热端固定架434通过螺钉连接，从而把半导体制冷片433和隔热垫432压紧，保证半导体制冷片433与冷端固定架431和热端固定架434有良好的热接触；制冷短节430安装在内隔热体301与外隔热体302之间；冷端固定架431的轴向钻有多个孔，四个冷端固定架431上钻孔的总数目与吸热短节410钻孔数目相同，单向热管420的冷凝段紧配合的插入冷端固定架431的钻孔中；热端固定架434除中心孔外在轴向还钻有多个孔，外热管440的蒸发段紧配合的插入热端固定架434的钻孔中；安装完成后的制冷短节430为一圆柱体，其中热端固定架434位于圆柱体的内部，冷端固定架431位于圆柱体的外围；制冷短节430安装于保温瓶套101上开口处真空腔段的端部，冷端固定架431与保温瓶套101内胆的内壁接触，热端固定架434被包围在冷端固定架431、隔热垫432、半导体制冷片433的内部，不直接与保温瓶套101内胆接触，避免了具有较高温度的热端固定架434与保温瓶套101内胆之间的热传导，可以有效提高强制冷却保温舱的工作效率。
所述的半导体制冷片433所需的电力来源随工作环境的不同而不同，对于电缆测井，半导体制冷片433的电力由电缆供给；对于随钻测量，半导体制冷片433的电力由井下发电机供给。
所述的散热短节450，参见图5，包括：散热体451、散热片452；散热体451顶端直径较小，端部堵头103内径与散热体451顶端直径相同，端部堵头103可套入散热体451直径较小段，却被散热体451直径较大段与直径较小段之间的台阶阻隔，通过该台阶端部堵头将散热体451、外隔热体302、制冷短节430、内隔热体301、吸热短节410、仪器骨架201、隔震垫块202按顺序从外到内压紧在保温瓶1内；散热体451一部分安装于保温瓶1内部，一部分位于保温瓶1外部暴露于钻井液中；散热体451外径与端部堵头103内径之间通过O形圈密封，防止外部钻井液进入保温瓶1内；散热体451除中心孔外在轴向还钻有多个孔，外热管440的冷凝段紧配合的插入散热体451的钻孔中；散热体451位于保温瓶1外部的部分在圆周方向上铣有多个平面，散热片452通过螺钉压紧在散热体451的平面上，从而保证散热片452与散热体451之间有良好的热接触，散热片452的翅片方向顺着钻井液流动的方向，钻井液可在翅片间隙中流动，提高散热效率，降低散热体与周围钻井液之间的温差，进而提高电子仪器强制冷却保温舱的工作效率。
井下电子仪器强制冷却保温舱，工作原理如下：
所述的一种井下电子仪器强制冷却保温舱，最初下入井底时，保温瓶1内部温度低于井下环境温度。一段时间后，由于从外到内热传递和井下电子仪器工作产生的热量，使得保温瓶内部的温度不断升高。由于半导体制冷装置4的存在，其吸热短节410吸收通过仪器骨架202的热传导作用传递过来的井下电子仪器工作时产生的热量，然后通过吸热短节410—单向热管420—制冷短节430—外热管440—散热短节450形成的热流回路向外部钻井液环境中强制散热，从而延缓保温瓶1内部的温度升高速率，最终使保温瓶1内的温度稳定在较低的水平；制冷短节430设计成外冷内热的结构形式，有效的减少了半导体制冷片433的热端对保温瓶1内温度的影响，提高了系统的工作效率。
Claims (3)
1.一种井下电子仪器强制冷却保温舱，包括：保温瓶、电子仪器短节、瓶口隔热体、半导体制冷装置；其特征在于：电子仪器短节、瓶口隔热体和半导体制冷装置顺序安装于保温瓶内；
所述的保温瓶，包括：保温瓶套、尾部护帽、端部堵头；保温瓶套为双开口保温瓶套，尾部护帽通过螺纹拧紧在保温瓶套尾部，端部堵头通过螺纹拧紧在保温瓶套端部，尾部护帽、端部堵头将电子仪器短节、瓶口隔热体和半导体制冷装置压紧在保温瓶套内；
所述的电子仪器短节，包括：隔震垫块、仪器骨架、电子线路板；电子线路板安装在仪器骨架上，隔震垫块安装仪器骨架尾端，隔震垫块与尾部护帽相接触；
所述的瓶口隔热体，包括：内隔热体、外隔热体；内隔热体位于半导体制冷装置的吸热短节和制冷短节之间，外隔热体位于半导体制冷装置的制冷短节与散热短节之间；
所述的半导体制冷装置，包括：吸热短节、单向热管、制冷短节、外热管、散热短节；吸热短节与仪器骨架的顶端通过法兰紧密连接，结合处涂有导热硅脂，吸热短节和内隔热体均设有中心孔用于穿设导线；除中心孔外，吸热短节和内隔热体在轴向均设有多个热管安装孔，吸热短节与内隔热体的热管安装孔大小、位置对应，单向热管穿过内隔热体和吸热短节的热管安装孔，单向热管的绝热段位于内隔热体的热管安装孔中，单向热管的蒸发段紧配合的插入吸热短节的热管安装孔中。
2.根据权利要求1所述的井下电子仪器强制冷却保温舱，其特征在于：所述的制冷短节，包括：四个冷端固定架、四个隔热垫、四个半导体制冷片、一个热端固定架；四个冷端固定架、隔热垫、半导体制冷片分别均布安装在热端固定架的四个侧面上，组装好之后的制冷短节为一圆柱体；半导体制冷片安装在冷端固定架与热端固定架之间，半导体制冷片的冷面与冷端固定架接触，半导体制冷片的热面与热端固定架接触，接触面上涂有导热硅脂；隔热垫有弹性，安装在冷端固定架与热端固定架之间，隔热垫中间有方孔，将半导体制冷片套在中间；冷端固定架与热端固定架通过螺钉连接，从而把半导体制冷片和隔热垫压紧；制冷短节安装在内隔热体与外隔热体之间；冷端固定架的轴向钻有多个孔，四个冷端固定架上钻孔的总数目与吸热短节钻孔数目相同，单向热管的冷凝段紧配合的插入冷端固定架的钻孔中；热端固定架除中心孔外在轴向还钻有多个孔，外热管的蒸发段紧配合的插入热端固定架的钻孔中；安装完成后的制冷短节为一圆柱体，其中热端固定架位于圆柱体的内部，冷端固定架位于圆柱体的外围；制冷短节安装于保温瓶套上开口处真空腔段的端部，冷端固定架与保温瓶套内胆的内壁接触，热端固定架被包围在冷端固定架、隔热垫、半导体制冷片的内部，不直接与保温瓶套内胆接触。
3.根据权利要求1所述的井下电子仪器强制冷却保温舱，其特征在于：所述的散热短节，包括：散热体、散热片；散热体顶端直径较小，端部堵头内径与散热体顶端直径相同，端部堵头可套入散热体直径较小段，却被散热体直径较大段与直径较小段之间的台阶阻隔，通过该台阶端部堵头将散热体、外隔热体、制冷短节、内隔热体、吸热短节、仪器骨架、隔震垫块按顺序从外到内压紧在保温瓶内；散热体一部分安装于保温瓶内部，一部分位于保温瓶外部暴露于钻井液中；散热体外径与端部堵头内径之间通过O形圈密封；散热体除中心孔外在轴向还钻有多个孔，外热管的冷凝段紧配合的插入散热体的钻孔中；散热体位于保温瓶外部的部分在圆周方向上铣有多个平面，散热片通过螺钉压紧在散热体的平面上，散热片的翅片方向顺着钻井液流动的方向。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |