CN110145298A - 一种高导热耐高温的测井仪器用吸热剂封装方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测井技术相关领域，并公开了一种高导热耐高温的测井仪器用吸热剂封装方法，其包括：将熔融石蜡与膨胀石墨按比例进行混合，并进行磁力搅拌和超声处理，获得所需的熔融态复合吸热剂材料；在吸热剂容器的端盖或外壳上钻通灌注孔，然后将熔融态复合吸热剂材料通过该灌注孔注入到吸热剂容器内；将密封销插入灌注孔中执行紧配合密封，最后对配合缝隙继续执行焊接密封。本发明还公开了相应的产品。通过本发明，可获得高热导率、高可靠性、耐高温的吸热剂模块，与现有技术相比可有效解决目前吸热剂模块存在的导热差、不能在高温环境下长时间使用等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于测井技术相关领域，更具体地，涉及一种高导热耐高温的 测井仪器用吸热剂封装方法及设备。
背景技术
测井仪器主要用于地下或者海底石油勘探和开发。由于测井仪工作在 海底或地下几百米至上千米范围，常常面临着高温高压的恶劣环境。高温 外界环境会严重影响测井仪内电子器件的寿命及可靠性，因此目前测井仪 多采用保温瓶之类的器件对其进行隔热保护。保温瓶常常包括真空瓶体、 瓶口处的绝热塞及位于真空瓶内的吸热剂模块等，其中真空瓶体用于阻止 高温环境的热量从瓶体周向流入，绝热塞用于阻止热量从真空瓶口流入保 温瓶内部，但仅凭以上两种措施仅能减弱外界高温环境对测井仪电子器件 的影响，并不能解决保温瓶内电子器件自发热引起的温升，因此主要依赖 吸热剂模块来对保温瓶内部的电子器件实现自发热的吸收功能。
然而，进一步的研究表明，现有技术中的吸热剂模块通常存在导热系 数低、不能耐高温、可靠性不高等技术难题。具体而言，一方面，目前的 很多吸热剂模块多采用水合盐材料，其并不适用于100℃以上的高温环境， 原因在于水合盐在100℃时会气化而且吸热剂模块内压力骤升，存在爆炸的 风险；另一方面，目前常见的吸热剂模块多采用导热率较低的不锈钢封装， 且吸热剂的导热系数也较低，导致吸热剂模块整体的导热率低，吸放热速度慢等技术问题。相应地，本领域亟需对此作出进一步的改进，以便符合 测井仪器之类特定应用场合的高导热耐高温特性等关键需求。
发明内容
针对现有技术的以上不足之处和改进需求，本发明通过紧密结合测井 仪器之类应用工况的特性及需求，不仅对吸热剂的关键组分及相互配合机 理做出了重新设计，而且还针对性对其封装工序做出了优化改进，相应不 仅可有效提高测井仪器用吸热剂模块的热吸收效率、对电子器件提供更好 的控温效果，而且实际测试表明还能够获得优秀的封装效果，确保在高于 100℃的高温环境下也能够长期使用，同时具备便于操控、可靠性高和材料 强度好等特点，因而尤其适用于地下或者海底石油勘探和开发之类的测井 仪器之类场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高导热耐高温 的测井仪器用吸热剂封装方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(i)复合吸热剂材料的制备步骤
将石蜡加热为熔融状态，然后与膨胀石墨进行混合，其中混合比例被 设定为膨胀石墨的质量占石蜡质量的1％～4％；接着，对混合物进行磁力 搅拌并超声处理，在此过程中混合物被持续加热以确保石蜡为熔融状态， 由此获得所需的熔融态复合吸热剂材料；
(ii)吸热剂容器的预加工和灌注步骤
选用外壳、端盖及密封销均采用同种金属材料制成的吸热剂容器，在 该端盖或外壳上钻通灌注孔，然后使得该端盖与该外壳焊接成一体；接着， 将步骤(i)获得的熔融态复合吸热剂材料通过该灌注孔注入到吸热剂容器 内；
(iii)吸热剂容器的封装步骤
将密封销插入所述灌注孔中，执行紧配合密封，接着对该密封销与该 灌注孔之间的配合缝隙继续执行焊接密封，由此完成整体的测井仪器用吸 热剂封装过程。
作为进一步优选地，在步骤(i)中，优选采用以下的工艺参数来执行 磁力搅拌和超声处理：磁力搅拌时间为10分钟～30分钟，超声功率为40W～80W，超声处理时间为2分钟～5分钟。
作为进一步优选地，在步骤(i)中，所述石蜡的质量优选占膨胀石墨 质量的2.5％。
作为进一步优选地，在步骤(ii)中，所述同种金属材料优选采用热传 导率为150W/(m·K))以上的材质。
作为进一步优选地，在步骤(ii)中，所述外壳、端盖的壁厚均优选大 于1mm；所述密封销优选为锥形销。
作为进一步优选地，在步骤(ii)中，所述熔融态复合吸热剂材料的注 入体积优选不超过吸热剂容器内部容积的95％。
作为进一步优选地，在步骤(iii)中，所述焊接方式优选为氩弧焊，并 且在焊接完毕后于焊接位置进行打磨抛光。
按照本发明的另一方面，还提供了相应的测井仪器用保温瓶产品。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要 具备以下的技术优点：
1、本发明通过对吸热剂的关键组分及相互配合机理做出了重新设计， 其中由于石蜡的沸点相对较高并且掺杂膨胀石墨可获得改性作用，较多的 实际测试表明，这种复合吸热剂材料与现有水合盐材料相比能起到更好的 吸热效果，同时即便长期处于高温条件下也不易气化，避免了爆炸等风险；
2、通过对吸热剂容器的主要组成部件从材料配合与组装、复合吸热剂 的封装方式等多个方面进行改进调整，不仅可确保足够的整体材料强度， 而且可提供更高的热导率，特别是能够更有效地将电子器件的热能高效传 递至复合吸热剂中并予以储存；
3、按照本发明的测井仪器用保温瓶由于同时从壳结构及吸热剂配方两 个方面进行改进和配合，与现有设备相比可显著增大吸热剂模块的整体热 导率，提高吸热剂模块的热吸收速率，进而可对测井仪内的电子器件具有 更好的控温效果；此外，该设备还可有效避免吸热剂模块的破坏，同时采 用紧配合与焊接双重密封的方法，可保证吸热剂模块在高温条件下使用不 泄露，具有高可靠性。
附图说明
图1是按照本发明所构建的测井仪器用吸热剂封装方法的整体工艺流 程示意图；
图2是按照本发明的复合吸热剂材料的配制示意图；
图3是按照本发明优选实施例的方形吸热剂模块的结构示意图；
图4是按照本发明优选实施例的翼型吸热剂模块的结构示意图；
图5是按照本发明优选实施例的柱形吸热剂模块的结构示意图.
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。
图1是按照本发明所构建的测井仪器用吸热剂封装方法的整体工艺流 程示意图，图2是按照本发明的复合吸热剂材料的配制示意图。如图1和 图2所示，本发明通过对整个封装过程的处理方式、以及复合吸热剂的配 方配制等方面进行研究和改进，相应与现有工艺相比可显著提高最终所获 得的吸热剂模块的导热性和耐高温性，同时确保在长期高温环境下也难于 气化，具备高可靠性和高适应性等特点。
按照本发明的基本构思，上述测井仪器用吸热剂封装方法主要包括下 列步骤：
首先，是复合吸热剂材料的制备步骤。
将石蜡加热为熔融状态，然后与膨胀石墨进行混合，其中混合比例被 设定为膨胀石墨的质量占石蜡质量的1％～4％；接着，对混合物进行磁力 搅拌并超声处理，在此过程中混合物被持续加热以确保石蜡为熔融状态， 由此获得所需的熔融态复合吸热剂材料；
在此过程中，按照本发明的优选实施方式，优选采用以下的工艺参数 来执行磁力搅拌和超声处理：磁力搅拌时间为10分钟～30分钟，超声功率 为40W～80W，超声处理时间为2分钟～5分钟。
接着，是吸热剂容器的预加工和灌注步骤。
本发明中优选选用外壳、端盖及密封销均采用同种金属材料制成的吸 热剂容器，在该端盖或外壳上钻通灌注孔，然后使得该端盖与该外壳焊接 成一体；接着，将步骤(i)获得的熔融态复合吸热剂材料通过该灌注孔注 入到吸热剂容器内；
在此过程中，所述同种金属材料优选采用热传导率为150W/(m·K)) 以上的材质。所述外壳、端盖的壁厚均优选大于1mm；所述密封销优选为 锥形销。
此外，所述焊接方式优选为氩弧焊，并且在焊接完毕后于焊接位置进 行打磨抛光。
最后，是吸热剂容器的封装步骤。
将密封销直接插入所述灌注孔中，执行紧配合密封，接着对该密封销 与该灌注孔之间的配合缝隙继续执行焊接密封，由此完成整体的测井仪器 用吸热剂封装过程。
下面将通过一些具体实施例，来更为清楚地解释说明本发明。
实施例1
参看图3，将熔融石蜡与膨胀石墨按前者为后者2％的质量占比的比例 进行混合；对熔融石蜡与膨胀石墨的混合物进行磁力搅拌并超声处理，即 可得掺杂膨胀石墨的复合吸热剂材料。其中，所述磁力搅拌过程中需要持 续加热，搅拌时间为10分钟至30分钟，所述超声过程需要持续加热，超 声时间宜在2至5分钟之间。
对组成吸热剂容器的外壳，端盖分别进行加工，然后在端盖或吸热剂 外壳上钻通孔，并对外壳与端盖进行焊接组成吸热剂容器；在本实施例1 中，其具体过程如下：对组成方形吸热剂容器5的方形吸热剂外壳51及方 形端盖52分别进行加工；在方形吸热剂外壳51上钻通孔，其中第一通孔 54位于方形吸热剂外壳51的加厚侧壁面处，防止紧配合密封过程中薄壁壳 体的变形；对方形吸热剂外壳51及方形端盖52进行焊接组成方形吸热剂 容器5；其中，所述方形吸热剂外壳51壁厚与方形端盖52厚度为2mm。 所述焊接方式为氩弧焊，焊接完毕后需对焊接处进行打磨抛光。
将熔融复合吸热剂材料通过第一通孔54注入方形吸热剂容器5内，然 后将第一金属销53敲入第一通孔54，进行紧配合密封；最后，对第一金属 销53与第一通孔54的配合缝隙进行焊接密封。其中，第一金属销53为锥 形销，其最大外径比第一通孔54的内径大0.05mm至0.2mm，使得第一金 属销53与第一通孔54配合方式为紧配合。
此外，所述方形吸热剂外壳51，方形端盖52，第一金属销53均采用 紫铜制成。
实施例2
参看图4，将熔融石蜡与膨胀石墨按前者为后者4％的质量占比的比例 进行混合；对熔融石蜡与膨胀石墨的混合物进行磁力搅拌并超声处理，即 可得掺杂膨胀石墨的复合吸热剂材料。其中，所述磁力搅拌过程中需要持 续加热，搅拌时间为10分钟至30分钟，所述超声过程需要持续加热，超 声时间宜在2至5分钟之间。
对组成吸热剂容器的外壳，端盖分别进行加工，然后在端盖或吸热剂 外壳上钻通孔，并对外壳与端盖进行焊接组成吸热剂容器；在本实施例2 中，其具体过程如下：对组成翼形吸热剂容器6的翼形吸热剂外壳61及翼 形端盖62分别进行加工；在翼形端盖62上钻第二通孔64，原因在于翼型 端盖62的厚度比翼形吸热剂外壳61壁厚大得多，更有利于后面第二金属 销63与第二通孔64的紧配合密封；对翼形吸热剂外壳61及翼形端盖62 进行焊接组成翼形吸热剂容器6；其中，所述翼形吸热剂外壳61壁厚为 3.5mm，所述翼型端盖厚度为15mm。所述焊接方式为氩弧焊，焊接完毕后 需对焊接处进行打磨抛光。
将熔融复合吸热剂材料通过第二通孔64注入翼形吸热剂容器6内，然 后将将第二金属销63敲入第二通孔64，进行紧配合密封；最后，对第二金 属销63与第二通孔64的配合缝隙进行焊接密封。其中，第二金属销63为 锥形销，其最大外径比第二通孔64的内径大0.05mm至0.2mm，使得第二 金属销63与第二通孔64配合方式为紧配合。所述焊接方式为氩弧焊，焊 接完毕后需要在焊接处进行打磨抛光。
此外，所述翼形吸热剂外壳61，翼形端盖62，第二金属销63均采用 铝合金制成。
实施例3
参看图5，将熔融石蜡与膨胀石墨按前者为后者,1％的质量占比的比例 进行混合；对熔融石蜡与膨胀石墨的混合物进行磁力搅拌并超声处理，即 可得掺杂膨胀石墨的复合吸热剂材料。其中，所述磁力搅拌过程中需要持 续加热，搅拌时间为10分钟至30分钟，所述超声过程需要持续加热，超 声时间宜在2至5分钟之间。
对组成吸热剂容器的外壳，端盖分别进行加工，然后在端盖或吸热剂 外壳上钻通孔，并对外壳与端盖进行焊接组成吸热剂容器；在本实施例3 中，其具体过程如下：对组成柱形吸热剂容器7的柱形吸热剂外壳71，底 部端盖72及顶部端盖73分别进行加工；在顶部端盖73上钻第三通孔75； 先对柱形吸热剂外壳71、底部端盖72进行焊接，随后焊接顶部端盖73与 柱形吸热剂外壳71的另一端，组成柱形吸热剂容器7。其中，所述柱形吸 热剂外壳71壁厚为1.5mm，顶部端盖73厚8mm，底部端盖72厚3mm。 所述焊接方式为氩弧焊，焊接完毕后需对焊接处进行打磨抛光。
将熔融复合吸热剂材料4通过第三通孔75注入柱形吸热剂容器7内， 将第三金属销74敲入第三通孔75，进行紧配合密封；最后，对第三金属销 74与第三通孔75的配合缝隙进行焊接密封。其中，第三金属销74为锥形 销，其最大外径比第三通孔75的内径大0.05mm至0.2mm，使得第三金属 销74与第三通孔75配合方式为紧配合。所述焊接方式为氩弧焊，焊接完 毕后需要在焊接处进行打磨抛光。
此外，所述柱形吸热剂外壳71，底部端盖72，顶部端盖73以及第三 金属销74均采用紫铜制成。
在以上三个优选的实施例中，即使吸热剂容器的形状不同，壁厚不一致， 通孔的位置不同，但核心的封装方法依旧是以高导热率的金属为吸热剂壳 体材料，以高导热率的掺杂膨胀石墨改性的石蜡作为吸热剂，同时采用紧 配合与焊接进行双重密封。测试表明，在高温实验(150℃恒温6h)与高 低温循环测试(10℃～150℃往复循环100次)中，吸热剂模块的质量并未 发生改变，说明采用本发明方法制作的吸热剂模块具有高可靠性，能长时间在高温环境下工作。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高导热耐高温的测井仪器用吸热剂封装方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(i)复合吸热剂材料的制备步骤
将石蜡加热为熔融状态，然后与膨胀石墨进行混合，其中混合比例被设定为膨胀石墨的质量占石蜡质量的1％～4％；接着，对混合物进行磁力搅拌并超声处理，在此过程中混合物被持续加热以确保石蜡为熔融状态，由此获得所需的熔融态复合吸热剂材料；
(ii)吸热剂容器的预加工和灌注步骤
选用外壳、端盖及密封销均采用同种金属材料制成的吸热剂容器，在该端盖或外壳上钻通灌注孔，然后使得该端盖与该外壳焊接成一体；接着，将步骤(i)获得的熔融态复合吸热剂材料通过该灌注孔注入到吸热剂容器内；
(iii)吸热剂容器的封装步骤
将密封销插入所述灌注孔中，执行紧配合密封，接着对该密封销与该灌注孔之间的配合缝隙继续执行焊接密封，由此完成整体的测井仪器用吸热剂封装过程。
2.如权利要求1所述的测井仪器用吸热剂封装方法，其特征在于，在步骤(i)中，优选采用以下的工艺参数来执行磁力搅拌和超声处理：磁力搅拌时间为10分钟～30分钟，超声功率为40W～80W，超声处理时间为2分钟～5分钟。
3.如权利要求1或2所述的测井仪器用吸热剂封装方法，其特征在于，在步骤(i)中，所述石蜡的质量优选占膨胀石墨质量的2.5％。
4.如权利要求1-3任意一项所述的测井仪器用吸热剂封装方法，其特征在于，在步骤(ii)中，所述同种金属材料优选采用热传导率为150W/(m·K))以上的材质。
5.如权利要求1-4任意一项所述的测井仪器用吸热剂封装方法，其特征在于，在步骤(ii)中，所述外壳、端盖的壁厚均优选大于1mm；所述密封销优选为锥形销。
6.如权利要求1-5任意一项所述的测井仪器用吸热剂封装方法，其特征在于，在步骤(ii)中，所述熔融态复合吸热剂材料的注入体积优选不超过吸热剂容器内部容积的95％。
7.如权利要求5所述的测井仪器用吸热剂封装方法，其特征在于，在步骤(iii)中，所述焊接方式优选为氩弧焊，并且在焊接完毕后于焊接位置进行打磨抛光。
8.一种测井仪器用保温瓶产品，其采用权利要求1-6任意一项所述的方法而制得。
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