CN117119758A - 一种内嵌管道的测井仪热管理骨架 - Google Patents

Abstract

本发明属于测井相关技术领域，其公开了一种内嵌管道的测井仪热管理骨架，测井仪热管理骨架包括开槽电路骨架、高导热铜管以及储热模块，其中：所述开槽电路骨架用于设置测井仪芯片，所述开槽电路骨架内部设有贯通的槽道；所述储热模块设于所述开槽电路骨架的端部，所述高导热铜管贯穿所述槽道和所述储热模块；所述高导热铜管用于将所述测井仪芯片的热量传递至所述储热模块，以及在工作完毕后提供流道供流体将所述储热模块中的热量导出。本申请解决了现有的测井仪在工作过程中的热量累积以及工作完毕后的散热困难问题。

Description

一种内嵌管道的测井仪热管理骨架

技术领域

本发明属于测井相关技术领域，更具体地，涉及一种内嵌管道的测井仪热管理骨架。

背景技术

随着人类对石油资源的需求不断增长，地底深层的油田成为了石油勘探和开发的热点，测井仪是用于勘探地层中各种物理量的仪器，在地底高温环境和电路自发热的双重作用下，探测过程中测井仪内部的电子器件面临超温失效的风险，业界常用被动式热管理系统对测井仪电子器件进行热保护，即采用保温瓶和隔热塞隔绝高温环境的漏热，通过金属骨架将电路自发热传导至相变材料中进行临时储存。

被动式热管理系统优异的隔热效果在隔绝高温漏热的同时，也在测井仪工作完毕后阻止内部热量向低温环境散失，导致测井仪面临散热困难的问题，不利于快速转井作业。而将测井仪从保温瓶中抽出冷却会出现冷却热应力过大和水蒸气冷凝的问题，造成电子器件的损坏，针对该问题，中国专利CN114845514公开了一种测井仪器循环散热装置，在测井仪壳体内部空间中设置散热导管并通过循环泵抽取冷却池内的散热介质在散热导管内循环流动，带走热量并降低仪器内的温度。这种设置流道并采用对流冷却的方法能够大幅缩短测井仪工作完毕后的散热时间，提高测井作业效率，可有效解决测井仪工作完毕后的散热困难问题，但是该方式仅针对沿测井仪壳体内壁周向布置吸热剂的情况，而对于轴向布置储热模块的被动式测井仪热管理系统，由于空间结构的限制，无法如上述专利所述布置散热管道，测井仪在工作完毕后仍面临散热困难的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种内嵌管道的测井仪热管理骨架，可以解决现有的测井仪在工作过程中的热量累积以及工作完毕后的散热困难问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种内嵌管道的测井仪热管理骨架，所述测井仪热管理骨架包括开槽电路骨架、高导热铜管以及储热模块，其中：所述开槽电路骨架用于设置测井仪芯片，所述开槽电路骨架内部设有贯通的槽道；所述储热模块设于所述开槽电路骨架的端部，所述高导热铜管贯穿所述槽道和所述储热模块；所述高导热铜管用于将所述测井仪芯片的热量传递至所述储热模块并增强储热模块的均温性，以及将所述储热模块中的热量导出。

优选地，所述储热模块包括储热模块壳体、金属管以及设于所述储热模块壳体两端的储热模块端盖，所述金属管贯穿所述储热模块端盖，所述金属管外壁与所述储热模块壳体内壁之间设有储热材料。

优选地，所述储热材料为相变材料，所述金属管的外壁与所述储热模块端盖密封连接。

优选地，所述金属管为不锈钢管。

优选地，所述金属管的一端设有凸起，所述凸起与所述储热模块端盖焊接连接，以实现所述金属管的定位与密封。

优选地，所述金属管的一端设有螺纹，螺纹的端部设有凸台，所述金属管与所述储热模块端盖螺纹连接，且所述凸台处套设有高温橡胶圈。

优选地，所述金属管包括第一金属管和第二金属管，所述第一金属管端部设有凸台，凸台的一侧与第二金属管焊接，凸台的另一侧与所述储热模块端盖焊接，以使所述第一金属管固定于所述储热模块端盖内。

优选地，所述储热模块为两个，分别设于所述开槽电路骨架的两端。

优选地，所述高导热铜管为U型管，所述测井仪热管理骨架还包括隔热套，所述隔热套设于所述储热模块的端部，所述U型管的底部设于所述隔热套内。

优选地，所述隔热套包括PEEK材料的外壳以及硅酸铝棉填充物。

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，本发明提供的一种内嵌管道的测井仪热管理骨架主要具有以下有益效果：

1.本申请在传统的被动式热管理骨架中嵌入了可能流体流动的管道，并且在热管理骨架的端部设置了储热模块，通过高导热铜管将两者串联，所以在测井仪芯片测量过程中，通过高导热铜管将热量传输至储热模块进行存储避免了热量在芯片处的堆积，在测量结束后，可以在高导热铜管中加入冷却介质，进而及时将热量带走，显著了提高了测井仪的冷却速度，解决了测井仪在工作完毕后面临的散热困难的问题。

2.本申请的储热模块内部采用相变材料吸热，吸热量大，结构上通过金属管、储热模块壳体和储热模块端盖一体封装保证不泄露，在运行过程中具有极高的可靠性，能够胜任各种复杂的工况。

3.开槽电路骨架的两端均设置储热模块，保证了吸热和冷却的及时性，提高了吸热和冷却效率。

附图说明

图1是本申请实施例所示的内嵌管道的测井仪热管理骨架的结构示意图；

图2是储热模块的结构示意图；

图3是储热模块端盖的结构示意图；

图4是开槽电路骨架的三维结构示意图；

图5是是本申请实施例所示的内嵌管道的测井仪热管理骨架的三维装配图；

图6是内嵌管道骨架和传统骨架的热源温度曲线对比图；

图7实验测试所得利用内嵌管道进行主动冷却的散热效果与传统自然对流冷却的散热效果对比。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

100-开槽电路骨架；110-测井仪电路板；120-槽道；130-布线槽；140-装配沉头孔；200-高导热铜管；210-U形段；300-储热模块；310-储热模块壳体；320-储热模块端盖；330-金属管；340-储热材料；321-装配螺纹孔；322-端盖通孔；323-密封接头；324-堵头密封槽；331-第一金属管；332-第二金属管；a-第一焊接点；b-第二焊接点；c-第三焊接点；d-第四焊接点；e-第五焊接点；400-隔热套；500-保温瓶；600-隔热管；610-截止阀；620-流量控制阀；630-冷却介质缓冲装置；640-驱动装置。

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，对本发明进行进一330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。

本发明提供的一种内嵌管道的测井仪热管理骨架，如图1和图5所示，所述测井仪热管理骨架主要包括开槽电路骨架100、高导热铜管200以及储热模块300。

所述开槽电路骨架100用于设置测井仪电路板110，所述开槽电路骨架100内部设有贯通的槽道120，如图4所示，该槽道120用于穿过高导热铜管200，槽道120的内径与高导热铜管200的外径相同，装配完成后，高导热铜管200的外壁紧密贴合槽道内壁，起到强化传热的作用。

所述开槽电路骨架100上还加工有布线槽130和装配沉头孔140，用于布置电路电线以及与其他结构连接。所述开槽电路骨架100的材料优选为金属材质，进一步优选为铝合金。

高导热铜管200的壁厚优选为2mm～6mm，这样高导热铜管具有较大的壁厚，通过铜管管壁的高导热特性减少热管理系统各部分间的传热热阻。

该高导热铜管200的形状优选为U形。进一步优选的方案中，高导热铜管包括U形段210和两根直段铜管，U形段连接两根直段形成U型管。

进一步优选的方案中，测井仪热管理骨架还包括隔热套400，所述隔热套400设于所述储热模块300的端部，所述U形段设于所述隔热套400内，所述隔热套包括隔热套壳体420和隔热套填充物410。优选的方案中，隔热套包括PEEK材料的外壳以及硅酸铝棉填充物。

高导热铜管200的非U形端连接隔热管600，隔热管外连接有截止阀610和流量控制阀620，用于冷却介质的输入和输出。进而高导热铜管200穿过开槽电路骨架100中的槽道，将开槽电路骨架100上的热量带走，同时高导热铜管200内部可以通入冷却介质，及时将热量带走。进一步优选的方案中，所述隔热管600与冷却介质缓冲装置630相连，并通过驱动装置640使得冷却介质在高导热铜管200中流动，带走热量。该冷却介质可以为空气、导热油、水等常见的散热介质。

所述储热模块300设于所述开槽电路骨架100的端部，所述高导热铜管200贯穿所述槽道和所述储热模块300，进而在开槽电路骨架100工作时高导热铜管200可以将开槽电路骨架100上的热量输入储热模块300进行存储，当开槽电路骨架100停止工作时，可以将储热模块300储存的热量带出。

在进一步优选的方案中，如图2所示，所述储热模块300包括储热模块壳体310、金属管330以及设于所述储热模块壳体310两端的储热模块端盖320，所述金属管330贯穿所述储热模块端盖320，所述金属管330外壁与所述储热模块壳体310内壁之间设有储热材料340。该金属管330优选为耐高温耐腐蚀且导热性能好的不锈钢。

如图3所示，储热模块端盖320上设有装配螺纹孔321，以用于与骨架其他部分连接，端盖通孔322的内径与金属管330的外径相匹配，储热模块端盖320的端面偏心处加工有灌注孔325，用于灌注储热材料340，储热材料340优选为相变材料，灌注后采用密封接头323进行密封处理，密封接头设有堵头密封槽324，可装配密封圈和灌注孔内壁形成过盈配合。储热材料340为测井仪管理系统常用的石蜡、水合盐和低熔点合金等固液相变材料。

在进一步优选的方案中，所述金属管330的一端设置有凸起，所述凸起与所述储热模块端盖320焊接连接，以实现金属管330的定位与密封。

在另一优选的方案中，所述金属管330的一端设有螺纹，螺纹的端部设有凸台，所述金属管330与所述储热模块端盖320螺纹连接，且所述凸台处套设有高温橡胶圈。

在再一优选的方案中，所述金属管330包括第一金属管331和第二金属管332，所述第一金属管331端部外壁加工有圆台结构用于轴向定位，同时第一金属管331的外壁与第二金属管332的内壁相配合，以定位第二金属管332。此时，该储热模块300的焊接顺序如下：

步骤1：将第一金属管装配至底部端盖贯穿孔中，并于第一焊接点a处将两者焊接在一起；

步骤2：将第二金属管嵌套装配至第一金属管后，并于第二焊接点b处将两者焊接相连；

步骤3：将储热模块壳体与储热模块端盖通过端面预留的凸台定位装配，并于第三焊接点c将两者焊接相连；

步骤4：将另一储热模块端盖的贯穿孔对第二金属管装配，该储热模块端盖与储热模块壳体相接触，再与第四焊接点d将二者焊接在一起；

步骤5：最后在第五焊接点e处将第二金属管与储热模块端盖连接。

完成了特殊储热模块壳体的焊接后，可在两端盖的端面处进行抛光铣削，打磨因装配公差带来的不平整端面并抛光焊缝，使壳体更加美观。

该测井仪热管理骨架还包括保温瓶500，开槽电路骨架100、高导热铜管200、储热模块300以及隔热套400设于保温瓶500内，

本申请高导热铜管内嵌于开槽电路骨架内加工好的槽道中，在穿过储热模块时不直接与储热模块壳体内的相变材料接触，保证了储热模块壳体的密封性。同时，开槽电路骨架内部也形成了可供流体流动的通道，在测井仪工作完毕后可向通道中通入冷却介质，介质在流动过程中通过管道与骨架各部分充分换热，实现测井仪工作完毕后的快速散热，该内嵌管道的测井热管理骨架极大限度的利用了测井仪内狭小的空间结构，以解决测井作用时的芯片控温问题和测井完毕后的设备散热问题。

测量过程中，在井下工作时，热管理骨架通过保温瓶和隔热塞(包括隔热套和内部的隔热填充物构成)隔绝高温环境漏热，同时内部电路工作时不断发热，热量通过开槽电路骨架快速传导进储热模块的储热材料中进行存储，而骨架内嵌的高导热铜管具有较大的壁厚能有效降低热源到储热材料间的传热热阻，避免了热量在电路发热源处堆积，令热管理系统起到了更好的温度控制效果。同时，高导热铜管穿过储热模块，使得储热单元能够充分吸收热量，温度更加均匀，提高了储热模块的储热效率。

测井仪工作完毕后，可向内嵌管道通入冷却介质实现测井仪骨架的快速冷却。例如，当冷却介质为压缩空气时，在常温环境下打开截止阀，并将冷却介质缓冲装置通过流量控制阀与隔热管相连，接着打开驱动装置将压缩空气泵入内嵌的高导热铜管中并通过流量控制阀调节适宜的流量以控制散热速率。

图6为内嵌高导热铜管的热管理骨架和传统骨架的热源温度曲线对比图，可以看出本申请在令内嵌的高导热铜管穿过储热模块，占用一定相变材料体积的情况下，利用铜管管壁的高导热系数降低了热源至相变材料的传热热阻，在满足热管理系统的控温需求前提下，其热源工作温度低于传统的热管理骨架体现了本申请的有效性和优越性。

图7为实测的利用内嵌管道进行主动冷却的散热效果与传统自然对流冷却的散热效率对比图，可以看出，传统自然对流冷却受限于保温瓶优异的隔热效果，在数十小时后其内部电子器件仍处在较高的温度下，在加快电子器件老化的同时不利于快速转井作业，而通气主动冷却能在数小时后将测井仪骨架充分冷却，综上，本申请的测井仪骨架内部内嵌高导热铜管并形成流道，在满足了热管理系统控温需求的前提下解决了测井仪工作完毕后散热困难的问题。

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 (10)

1.一种内嵌管道的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述测井仪热管理骨架包括开槽电路骨架(100)、高导热铜管(200)以及储热模块(300)，其中：

所述开槽电路骨架(100)用于设置测井仪芯片，所述开槽电路骨架(100)内部设有贯通的槽道；

所述储热模块(300)设于所述开槽电路骨架(100)的端部，所述高导热铜管(200)贯穿所述槽道和所述储热模块(300)；

所述高导热铜管(200)用于将所述测井仪芯片的热量传递至所述储热模块(300)，以及将所述储热模块(300)中的热量导出。

2.根据权利要求1所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述储热模块(300)包括储热模块壳体(310)、金属管(330)以及设于所述储热模块壳体(310)两端的储热模块端盖(320)，所述金属管(330)贯穿所述储热模块端盖(320)，所述金属管(330)外壁与所述储热模块壳体(310)内壁之间设有储热材料(340)。

3.根据权利要求2所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述储热材料(340)为相变材料，所述金属管(330)的外壁与所述储热模块端盖(320)密封连接。

4.根据权利要求2或3所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述金属管(330)为不锈钢管。

5.根据权利要求2或3所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述金属管(330)的一端设有凸起，所述凸起与所述储热模块端盖(320)焊接连接，以实现所述金属管(330)的定位与密封。

6.根据权利要求2或3所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述金属管(330)的一端设有螺纹，螺纹的端部设有凸台，所述金属管(330)与所述储热模块端盖(320)螺纹连接，且所述凸台处套设有高温橡胶圈。

7.根据权利要求2或3所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述金属管(330)包括第一金属管(331)和第二金属管(332)，所述第一金属管(331)端部设有凸台，凸台的一侧与第二金属管(332)焊接，凸台的另一侧与所述储热模块端盖(320)焊接，以使所述第一金属管(331)固定于所述储热模块端盖(320)内。

8.根据权利要求1所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述储热模块(300)为两个，分别设于所述开槽电路骨架(100)的两端。

9.根据权利要求1所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述高导热铜管(200)为U型管，所述测井仪热管理骨架还包括隔热套(400)，所述隔热套(400)设于所述储热模块(300)的端部，所述U型管的底部设于所述隔热套(400)内。

10.根据权利要求9所述的测井仪热管理骨架，其特征在于，所述隔热套包括PEEK材料的外壳以及硅酸铝棉填充物。