CN111425187A - 一种石油井下偏心隔热承压结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种石油井下偏心隔热承压结构，包括：金属外管，内部设置有轴向偏心通道和多个相互独立且沿轴向贯穿的通道；降温内管，安装在所述偏心通道内，且通过两端的端头与所述偏心通道的内壁密封固定，使外管壁与所述偏心通道的内侧壁之间形成环形密封隔热腔；测量仪器，用于测量井下状况，安装在所述降温内管内部；降温材料，安装在所述降温内管内部且将所述测量仪器密封在所述降温内管内部。本发明既能够保证本体上的测量仪器在低温下工作，同时还能够使串联的其它测量仪器的输油管路、线缆等正常通过，使多个测量仪器能够实现同时下井，独自完成各自的测量，大大提高了工作效率。

Description

一种石油井下偏心隔热承压结构

技术领域

本发明涉及地下石油勘探领域，特别是涉及一种可提高井下石油仪器隔热效果和承压能力同时不影响其它仪器管线通过的偏心隔热承压结构。

背景技术

井下石油仪器在井下工作时，通常要承受井下流体的高温高压，因此井下石油仪器一般采用能够经受外部压力的金属厚壁管，和采用耐高温的电路系统，以保护内部电路系统的正常使用。

但耐高温电路会随着耐温等级的提高，价格同步上升，大大增加了石油仪器的制造成本。针对这个状况，目前有采用在石油仪器的金属后壁管孔内部放置金属绝热瓶，金属绝热瓶可以在一定时间范围内使其内部处于较低的温度，这样可以降低放置在金属绝热瓶内部的电路系统的温度，且成本较低。但是，使用这种结构会导致金属保温瓶内部的可利用空间降低且结构复杂，同时还增加了石油仪器的长度，提高了作业风险。

此外，现有具备保温结构的石油仪器都是作为一个独立的短节安装在钻杆上，当同时随钻串联有其它石油仪器时，其无法提供供线缆通过的空间，限制了使用范围。

发明内容

本文发明的目的是提供一种可提高井下石油仪器隔热效果和承压能力同时不影响其它仪器管线通过的偏心隔热承压结构。

具体地，本发明提供一种石油井下偏心隔热承压结构，包括：

金属外管，内部设置有轴向偏心通道，且在壁厚的一侧设置有多个相互独立且沿轴向贯穿的通道；

降温内管，为空心管体，安装在所述偏心通道内，且通过两端的端头与所述偏心通道的内壁密封固定，使外管壁与所述偏心通道的内侧壁之间形成环形密封隔热腔；

测量仪器，用于测量井下状况，安装在所述降温内管内部；

降温材料，安装在所述降温内管内部且将所述测量仪器密封在所述降温内管内部。

在本发明的一个实施方式中，所述通道包括线缆通道，分别输送液压油的注油通道和回油通道，以及输送液体样品的样品通道。

在本发明的一个实施方式中，在所述线缆通道的开口两端分别固定有接线插头，两个接线插头之间通过位于所述线缆通道内的线缆连接。

在本发明的一个实施方式中，所述偏心通道和所述通道是在一根实心金属柱上直接钻孔形成的。

在本发明的一个实施方式中，在所述降温内管的内部安装有固定架，所述固定架包括两片间隔且垂直固定在的述降温内管内侧壁上的散热板，所述散热板的中间留有穿线孔，所述测量仪器为带有电子器件的电路板，所述电路板通过两端水平固定在两片所述散热板上。

在本发明的一个实施方式中，所述降温材料包括位于两片所述散热板之间且粘附在所述降温内管内侧壁上的导热灌封胶，所述导热灌封胶与所述测量仪器之间留有空气对流空间；

及分别设置在所述散热板远离所述测量仪器的一面的吸热剂段，所述吸热剂段的轴心处设置有与所述空气对流空间连通的空心通道。

在本发明的一个实施方式中，在所述降温内管的内侧壁与所述导热灌封胶和所述吸热剂段之间设置有石墨烯导热膜套。

在本发明的一个实施方式中，在所述降温内管的两端内分别设置有与所述吸热剂段接触的隔热段，所述隔热段包括固定在所述降温内管内侧壁上的绝缘隔热套，以及密封填充在所述绝缘隔热套内的隔热密封填充剂，两端的所述绝缘隔热套同时将所述石墨烯导热膜套夹持在中间。

在本发明的一个实施方式中，在所述金属外管上设置有对所述环形密封隔热腔进行抽真空的抽气孔，所述抽气孔在完成抽真空作业后利用焊接进行封闭。

在本发明的一个实施方式中，还包括与所述金属外管连接的偏心转接头，所述偏心转接头与所述金属外管连接一端的结构与所述金属外管的结构相同，另一端与连接的其它管道结构相同。

本发明在金属外管内设置偏心通道用于安装测量仪器和降温材料，同时利用一侧的通道供串联的其它测量仪器使用，既能够保证本体上的测量仪器在低温下工作，同时还能够使串联的其它测量仪器的输油管路、线缆等正常通过，使多个测量仪器能够实现同时下井，独自完成各自的测量，大大提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的偏心隔热承压结构示意图；

图2是本发明一个实施方式的金属外管右视图；

图3是本发明一个实施方式的通道剖面结构示意图。

具体实施方式

为方便理解，以下以具体实施例的方式详细描述本方案的实现过程。

如图1所示，在本发明的一个实施方式中公开一种石油井下偏心隔热承压结构，该承压结构能够在对本身安装的测量仪器实现降温的同时，不影响同时串联的其它测量仪器的管线通过。

其具体包括与钻杆同样尺寸的金属外管1，安装在金属外管1内的降温内管2、测量仪器7和降温材料。

如图2所示，在金属外管1的内部设置有轴向的偏心通道11，且在金属外管1的壁厚一侧设置有多个相互独立且沿轴向贯穿的通道12；偏心通道11的直径大于各通道12的直径，本实施方式中偏心通道11的位置是对称偏置，而各通道12则位于偏心通道11壁厚的一侧。偏心通道11和通道12的尺寸不能影响其壁厚的抗压能力。

通道12的数量以其串联的其它测量仪器需求而定，可以是三个、五个或是七个。如本实施方式中设置了五个通道12，包括一个用于通过线缆的线缆通道121，两个分别输送液压油的注油通道122和回油通道123，以及两个用于输送液体样品的样品通道124。其中线缆通道121位于中间，而其它通道则在其两侧对称分布，这样的布置便于设计输油线路并方便连接。

在其它的实施方式中，线缆通道121可以直接作为通过串联设备线缆的通道，也可以采用插接的方式，在线缆通道121的两端开口处分别固定一个接线插头125，两个接线插头125之间通过位于线缆通道121内的线缆连接。接线插头125可以根据连接方式设置成两个母插头，或两个公插头或一公一母的结构。接线插头125可以通过螺纹或固定座的方式安装在线缆通道121的开口处，使线缆通道121内部实现密封，以防止液压油进入。

如图3所示，注油通道122和回油通道123分别用于液压油的往复循环管路上，使串联的其它测量仪器的液压油可以通过金属外管1形成往复循环。在连接时，可以在通道122、123口处安装接头126与相应的输油管路连接。样品通道124则用于供串联的井下样品采集装置采集的液体样品通过，样品通道124的数量可根据采集要求设置。金属外管1的结构能够满足不同深度分别采样的要求，在不影响串联的各测量仪器原有功能的前提下，同时满足各自的测量要求，大大提高了测量效率。

当某个通道12不需要使用时，可以通过堵头进行密封。

该降温内管2为空心管体，外径小于偏心通道11的内径，两者的比例一般为0.8～0.9：1。降温内管2安装在偏心通道11内后，通过两端的端头与偏心通道11的内壁密封固定，使外管壁与偏心通道11的内侧壁之间形成环形密封隔热腔3，环形密封隔热腔3为真空腔，用于隔绝由金属外管1传递的热量，避免增加降温内管2内的温度，因此环形密封隔热腔3的轴向长度至少要大于其内部设备的安装长度。

该测量仪器7用于测量井下状况，包括井下温度、压力、流体等参数，因此需要随钻下到井下，但由于井下温度较高，且根据开采方式的不同温度变化很大，利用钻杆开采至5000米左右时地下温度大约为130度，采用蒸汽开采方式则会达到350度左右，而测量仪器7的工作环境温度不能高于某个设定值，否则会增大测量误差，因此需要通过降温材料将测量仪器在测量期间的温度稳定在某个范围内，以便获得精确的测量数据。

本实施方式中的降温材料安装在降温内管2内部且将测量仪器7密封在降温内管2内部，使测量仪器7与其它部分隔绝，既防止降低的低温空气泄露，同时又可以保持测量仪器7的工作温度稳定。

为方便安装测量仪器7，在降温内管2的内部安装有固定架，固定架包括两片间隔且垂直固定在的降温内管2内侧壁上的散热板6，散热板6可以是一个圆周与降温内管2内侧壁接触的圆片，中间留有气孔61，测量仪器7为带有电子元件72的电路板71，电路板71通过两端固定在两片散热板6上，固定后的电路板71相对地水平位于降温内管2的中部。散热板6的外圆周上可设置与降温内管2内侧壁贴合的折边，然后通过穿过折边拧入降温内管2的螺栓固定。

上述电路板71的固定结构，可以减少电路板71与降温内管2的接触点，同时保证其本身的散热不受影响。

具体的降温材料包括位于两片散热板6之间且粘附在降温内管2内侧壁上的导热灌封胶9，导热灌封胶9与电路板71之间留有空气对流空间8，在散热板6远离电路板71的一面分别设置有吸热剂段5，吸热剂段5的轴心处设置有与空气对流空间8连通的空心通道51。

电路板71上电子元件72产生的热量直接散发至空气对流空间8内，并传递至吸热剂段5的空心通道51内，然后由吸热剂段51吸收，而环绕电路板71分布的导热灌封胶9同样能够吸收空心对流空间8内的热量，并通过散热板6传递给导热剂段5。导热剂段5采用相变材料制成，其能够吸收热量并在一定时间内减缓当前温度变化，使空气对流空间8的温度保持在低温状态，从而使电路板71上的电子元件72能够在工作期间始处于预定温度范围内。

在本实施方式中，导热灌封胶9的厚度与空气对流空间8的高度相同，该设置既不影响空气对流空间8的散热，同时又能够尽量吸附空气对流空间8内的热量，当导热灌封胶9过厚时，远离空气对流空间8的外层不能吸收到热量，起不到传导的作用，而过薄时，增大的空气对流空间8容纳了更多的热量，使得吸热剂段5不能及时相变，进而导致电子元件72的低温工作时间缩短，影响测量过程。

两侧的吸热剂段5的相加长度需要大于或等于中间安装测量仪器7的长度，以保证吸热剂段5能够及时吸收所有热量，并通过相变使降温内管2内的温度维持在预定范围和预定时间内。吸热剂段5中的空心通道51同时还作为测量仪器7的线缆73的通道。

本实施方式在金属外管1内设置偏心通道11用于安装测量仪器7和降温材料，同时利用一侧的通道12供串联的其它测量仪器使用，既能够保证本体上的测量仪器7在低温下工作，同时还能够使串联的其它测量仪器的输油管路、线缆等正常通过，使多个测量仪器能够实现同时下井，独自完成各自的测量，大大提高了工作效率。

本方案利用真空的环形密封隔热腔3隔绝井下液体传递至金属外管1上的热量，降温材料使降温内管2内部保持在预定温度下，形成一个独立于井下温度的低温工作环境，确保了测量仪器7的测量精度。

在本发明的一个实施方式中，金属外管1上的偏心通道11和通道12是在一根实心金属柱上直接钻孔形成的，该方式能够保证各通道11、12的壁厚满足井下承压要求。

在本发明的一个实施方式中，为提高热传导效果，在降温内管2的内侧壁与导热灌封胶9和吸热剂段5之间设置有石墨烯导热膜套10，即将石墨烯导热膜套10先贴附在降温内管2的内侧壁上，然后再进行导热灌封胶9和吸热剂段5的封装。石墨烯导热膜套10具备优良的热传递功能，能够更快且更完全地将导热灌封胶9吸收的热量传递至吸热剂段5，相比于导热灌封胶9仅通过一端与散热板6接触传热的方式，石墨烯导热膜套10是全覆盖方式的吸热和传热，效率更高，降温更快。

在本发明的一个实施方式中，为避免降温内管2与串联的其它测量仪器出现空气对流或液压油接触，在降温内管2的两端内分别设置有与吸热剂段5接触的隔热段4，隔热段4包括固定在降温内管2内侧壁上的绝缘隔热套41，以及密封填充在绝缘隔热套41内的隔热密封填充剂42，两端的绝缘隔热套41同时将石墨烯导热膜套10夹持在中间。

隔热段4完全将降温内管2内部封闭在内，不但隔绝内部低温空气泄露，同时防止外部的液压油进入降温内管2内部影响降温材料和测量仪器7，此外还能够隔绝内部低温空气与外部液压油之间的热传导。绝缘隔热套41和隔热密封填充剂42都是柔性材料制成，能够提高密封效果。绝缘隔热套41可通过螺栓与降温内管2固定。而隔热密封填充剂42可以采用常规的发泡剂、发泡胶一类材料，其既可以实现密封隔绝，同时又不会影响内部测量仪器7的线缆73穿出。

隔热段4的宽度可以小于吸热剂段5的宽度，其宽度需要满足隔绝热量传导同时承受液压油的压力即可。此外，绝缘隔热套41本身也不传热，其还能够限制石墨烯导热膜套10的移动。

在本发明的一个实施方式中，在金属外管1上可设置对环形密封隔热腔3进行抽真空的抽气孔31，抽气孔31在完成抽真空作业后利用焊接进行封闭，以提高其在井下的抗压能力。

在本发明的一个实施方式中，为方便金属外管1与其它测量仪器连接，可以设置独立的偏心转接头(图中未示出)，偏心转换头的外尺寸与金属外管1、钻杆的尺寸相同，两端结构依据连接的对象不同而采用不同的结构，偏心转接头与金属外管1连接一端结构与金属外管1的结构相同，即同样设置有尺寸一致位置相同的偏心管道11，和与通道12数量位置对应的通道，而另一端则与连接的其它管道结构相同，内部根据两端的结构进行转换。

如另一端连接的其它管道只有注油管道122、回油管道123和线缆通道121，则在金属外管1一端将其中的样品通道124封闭，同时将偏心转接头上的偏心通道11封闭，使偏心转接头的另一端仅引出注油管道122、回油管道123和线缆通道121三个管口或接头126与其它管道连接。

偏心转接头的两端分别通过螺纹与金属外管1和其它管道连接，连接时可通过人工或自动使端口的各通道相互接通。偏心转接头可以根据不同的连接管道设置多个，依据每次测量连接的测量仪器选择对应的偏心转接头。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，包括：

金属外管，内部设置有轴向偏心通道，且在壁厚的一侧设置有多个相互独立且沿轴向贯穿的通道；

降温内管，为空心管体，安装在所述偏心通道内，且通过两端的端头与所述偏心通道的内壁密封固定，使外管壁与所述偏心通道的内侧壁之间形成环形密封隔热腔；

测量仪器，用于测量井下状况，安装在所述降温内管内部；

降温材料，安装在所述降温内管内部且将所述测量仪器密封在所述降温内管内部。

2.根据权利要求1所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，

所述通道包括线缆通道，分别输送液压油的注油通道和回油通道，以及输送液体样品的样品通道。

3.根据权利要求2所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，

在所述线缆通道的开口两端分别固定有接线插头，两个接线插头之间通过位于所述线缆通道内的线缆连接。

4.根据权利要求1所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，所述偏心通道和所述通道是在一根实心金属柱上直接钻孔形成的。

5.根据权利要求1所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，

在所述降温内管的内部安装有固定架，所述固定架包括两片间隔且垂直固定在的述降温内管内侧壁上的散热板，所述散热板的中间留有穿线孔，所述测量仪器为带有电子器件的电路板，所述电路板通过两端水平固定在两片所述散热板上。

6.根据权利要求5所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，

所述降温材料包括位于两片所述散热板之间且粘附在所述降温内管内侧壁上的导热灌封胶，所述导热灌封胶与所述测量仪器之间留有空气对流空间；

及分别设置在所述散热板远离所述测量仪器的一面的吸热剂段，所述吸热剂段的轴心处设置有与所述空气对流空间连通的空心通道。

7.根据权利要求6所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，

在所述降温内管的内侧壁与所述导热灌封胶和所述吸热剂段之间设置有石墨烯导热膜套。

8.根据权利要求7所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，

在所述降温内管的两端内分别设置有与所述吸热剂段接触的隔热段，所述隔热段包括固定在所述降温内管内侧壁上的绝缘隔热套，以及密封填充在所述绝缘隔热套内的隔热密封填充剂，两端的所述绝缘隔热套同时将所述石墨烯导热膜套夹持在中间。

9.根据权利要求1所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，

在所述金属外管上设置有对所述环形密封隔热腔进行抽真空的抽气孔，所述抽气孔在完成抽真空作业后利用焊接进行封闭。

10.根据权利要求1所述的石油井下偏心隔热承压结构，其特征在于，

还包括与所述金属外管连接的偏心转接头，所述偏心转接头与所述金属外管连接一端的结构与所述金属外管的结构相同，另一端与连接的其它管道结构相同。

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