CN202914038U

CN202914038U - 一种井下半导体制冷装置

Info

Publication number: CN202914038U
Application number: CN 201220547233
Authority: CN
Inventors: 裴晓含; 沈泽俊; 黄鹏; 王新忠; 钱杰; 张卫平
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2022-10-24

Abstract

本实用新型提供了一种井下半导体制冷装置，包括：基管、下接头、保温箱体、导热块、半导体制冷片、散热块、保温箱盖和上接头；所述下接头和上接头，分别从基管的下端和上端套接在基管上；所述下接头和上接头的延伸部相互搭接；所述保温箱体，套接于基管与下接头或上接头之间；在所述保温箱体的外壁开设有与导热块相匹配的导热通孔；在所述导热通孔处，由外至内依次嵌入有所述导热块、半导体制冷片和散热块；所述半导体制冷片，用于在工作状态下，于内表面形成制冷面，于外表面形成散热面。该制冷装置通过在半导体制冷片上形成内外表面的温度差，使得保温箱体在导热通孔处形成由内至外的导热流，从而实现对保温箱体内部所需温度的实时控制。

Description

一种井下半导体制冷装置

技术领域

本实用新型涉及采油工程装备领域，特别是一种井下半导体制冷装置。

背景技术

随着油气田开发逐渐向深层、非常规油藏发展，井下环境越来越恶劣，尤其在深井中，井下温度可达200℃。另外在高温注气、火烧等高温驱油方式的应用中，井下温度将更高，对井下工具的耐温提出了更高的要求。

随着井筒控制技术的不断发展，井下监测和控制系统得到越来越多的应用。在这些控制系统中，不可避免的需要使用电子电路和大规模集成电路（IC）芯片以实现参数监测、控制决策、地面通讯等功能，也是采油技术向模块化、智能化和精细化发展的关键环节之一。另外随着测井技术的不断发展，测井仪器中也存在不同的IC芯片，以完成数据的采集、记录和处理功能。因此，如何实现IC芯片在井下高温环境中的长期稳定使用是需要解决的关键问题。

IC芯片按其性能和可靠性一般分为商用级、工业级和军品级三个等级，其长期稳定工作的环境温度标称值分别为55℃、85℃和125℃，而即使是军品级器件，也难以在高温环境下长期稳定工作。目前在测井领域，一般选用进口军工级器件，再通过严格的高温老化和选片，最终得到能够在不超过125℃环境下短期工作的产品。而在一些温度超过125℃的深井和高温井中，还需要通过使用保温材料和设计保温结构，保证在短时间内（一般小于4小时），测井仪器内部温度升高有限，才能够保证IC器件的正常工作。在其他工业应用领域，对发热量较大的器件进行端面散热，散热方式主要包括对流散热和制冷，其中半导体制冷应用广泛，并有相关的散热结构专利。但其主要针对环境温度为室温的应用领域，且其结构和体积难以应用在井下工具中。

综上所述，目前在深井、高温井、热采井等井下温度较高的应用场合中，尚没有能够实现长期高温应用的电路系统，必须通过保温和制冷结构加以实现。

发明内容

本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种井下半导体制冷装置。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种井下半导体制冷装置，其特征在于，包括：基管、下接头、保温箱体、导热块、半导体制冷片、散热块、保温箱盖和上接头；

所述基管，用于与油管相衔接；

所述下接头和上接头，分别从基管的下端和上端套接在基管的外侧；所述下接头和上接头的延伸部相互搭接，使基管、下接头和上接头构成承压外壳；

所述保温箱体，呈圆环柱形管筒状，套接于基管与下接头或上接头之间；所述保温箱盖盖设于保温箱体的开口端，形成保温空间；在所述保温箱体的外壁开设有与导热块相匹配的导热通孔；在所述导热通孔处，由外至内依次嵌入有所述导热块、半导体制冷片和散热块；

所述导热块，用于将保温箱体内部的热量导出；

所述半导体制冷片，用于在工作状态下，于内表面形成制冷面，于外表面形成散热面；

所述散热块，设置于保温空间内，用于由保温箱体内部吸热。

还设有下管线和上管线；

所述下管线和上管线分别插入所述下接头和上接头的通孔内，用于与保温空间内的电子器件电气连接。

所述导热块、半导体制冷片和散热块之间通过导热胶粘接。

所述导热块通过螺钉与所述下接头或上接头相连接。

所述散热块呈多层片状。

在所述保温箱盖与保温箱体之间采用绝热胶粘接。

在所述基管、下接头和上接头之间的衔接处采用密封圈进行密封。

在所述下接头和上接头的端部设有散热片。

所述保温箱体采用保温材料或隔热材料制成。

本实用新型的有益效果在于：

1、采用半导体制冷，在保温的同时能够长期有效控制腔体温度，适用于井下仪器的长期放置；

2、整体结构采用筒形布置，更适合井下应用，且能够充分利用井筒环空空间；

3、与现有仪器和工具的连接简便，通用性强；

4、仅需一根控制缆线或一组井下电源即可实现温度控制，并能实现与地面的通讯；

5、温度控制简单有效，功率较低；

6、可以实现电缆或光缆的穿越。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为井下半导体制冷装置结构示意图；

图2为井下半导体制冷装置的立体图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

本实用新型所涉及的井下半导体制冷结构通过井下铠装缆线或电源供电，可以提供一个相对温度较低的低温腔体，并可以与其他井下工具连接，将工具内的测控、运算、通讯等电路模块放入低温腔体内，并通过铠装缆线连接被控部件，为井下测控仪器中的电子器件、IC芯片等提供相对低温的环境，保证其能够长期稳定工作。该井下半导体制冷装置能够为井下永久监测系统、井下控制系统、智能注采系统等提供模块化的温控工具，对提高井下电子仪器的可靠性、延长其寿命具有重要意义。

图1为该井下半导体制冷装置结构示意图，图2为该井下半导体制冷装置的立体图。如图所示，该井下半导体制冷装置，包括：基管1、下接头2、保温箱体3、导热块4、半导体制冷片5、散热块6、保温箱盖7和上接头8。

所述基管1，为圆柱形管筒，用于与油管相衔接。

所述下接头2和上接头8，分别从基管1的下端和上端套接在基管1的外侧。所述下接头2和上接头8的延伸部相互搭接，从而使基管1、下接头2和上接头8构成承压外壳，并于其内形成承压空间。其中，所述下接头2和上接头8与基管1可通过螺纹连接。并且，在该基管1、下接头2和上接头8之间的衔接处采用密封圈进行密封。

所述保温箱体3，呈圆环柱形管筒状，套接于基管1与下接头2或上接头8（下接头2与上接头8中内径较小的一个）之间，即容置于所述承压空间中。所述保温箱盖7盖设于保温箱体3的开口端，以使保温箱体3内部形成保温空间。在所述保温箱体3的外壁开设有与导热块4相匹配的导热通孔。在所述导热通孔处，由外至内依次嵌入有所述导热块4、半导体制冷片5和散热块6。

所述导热块4，用于与保温箱体3形成密封，并将保温箱体3内部的热量导出。

所述半导体制冷片5，用于在工作状态下，于内表面形成制冷面，于外表面形成散热面。即该半导体制冷片5在由铠装电缆或电源供电的情况下，在其内表面与外表面之间形成温度差，内表面温度较低，外表面温度较高。

所述散热块6，设置于保温空间内，用于由保温箱体3内部吸热。

上述结构的井下半导体制冷装置的工作方式为：基管1、下接头2和上接头8构成承压外壳，承受地层液体压力并使其内部形成空腔；当空腔温度受地层加热上升，与保温箱体内部形成一定温差后，半导体制冷片5开始工作，在其下表面形成制冷面，通过散热块6由保温箱体内部吸热；同时在其上表面形成散热面，通过导热块4将温度传导至上接头8。由于在半导体制冷片5上形成内外表面的温度差，使得保温箱体3在导热通孔处形成由内至外的导热流。随着地层液体的流动，半导体制冷片5将传导至保温箱体内部的热量搬运至上接头8并由地层液体带走，最终形成热平衡并保持保温箱体内部温度低于地层环境温度。并且，该半导体制冷片5的散热功率和温差可以通过控制电路进行调整，实现保温箱体内部所需温度的实时控制。

相比于现有的测井保温结构和工业用半导体制冷结构，本实用新型的优势主要体现在：1、采用半导体制冷，在保温的同时能够长期有效控制腔体温度，适用于井下仪器的长期放置；2、整体结构采用筒形布置，更适合井下应用，且能够充分利用井筒环空空间；3、与现有仪器和工具的连接简便，通用性强；4、仅需一根控制缆线或一组井下电源即可实现温度控制，并能实现与地面的通讯；5、温度控制简单有效，功率较低；6、可以实现电缆或光缆的穿越。因此，本实用新型所涉及的井下半导体制冷结构能够为需要温度控制的工具提供功能模块，对提高井下设备的可靠性和寿命、降低耐高温器件的温度指标、降低电子电路成本都具有明显的促进作用和重要的实用价值。

如图所示，在该井下半导体制冷装置上还设有下管线9、上管线10。所述下管线9和上管线10分别插入所述下接头2和上接头8的通孔内，用于与保温空间内的电子器件电气连接。通过该下管线9、上管线10可以使置于保温空间内的电子器件与上下级电器相连接。

所述导热块4、半导体制冷片5和散热块6之间通过导热胶粘接。通过该导热胶可以使该导热块4、半导体制冷片5和散热块6之间的热量传递更为高效。

另外，所述导热块4还可通过螺钉与下接头2或上接头8（下接头2与上接头8中内径较小的一个）相连接。

并且，所述散热块6呈多层片状，以增强其吸热能力。

在所述保温箱盖7与保温箱体3之间采用绝热胶粘接，以减少保温空间与外部空间在此处的热传导。

该井下半导体制冷装置还可以在所述下接头2和上接头8的端部设有散热片，以进一步下接头2和上接头8向地层液体的散热能力。由图2可见。

所述保温箱体3采用导热系数很低的保温材料或隔热材料制成，以确保保温箱体内外在一定温差下热流功率最小，降低半导体制冷片5的制冷功率，提高其冷热面的温差。

综上所述，本实用新型提供了一种井下半导体制冷装置。该井下半导体制冷装置通过在半导体制冷片上形成内外表面的温度差，使得保温箱体在导热通孔处形成由内至外的导热流，从而实现对保温箱体内部所需温度的实时控制。该井下半导体制冷装置能够为井下永久监测系统、井下控制系统、智能注采系统等提供模块化的温控工具，对提高井下电子仪器的可靠性、延长其寿命具有重要意义。本领域一般技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造，均应视为在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种井下半导体制冷装置，其特征在于，包括：基管、下接头、保温箱体、导热块、半导体制冷片、散热块、保温箱盖和上接头；

所述基管，用于与油管相衔接；

所述导热块，用于将保温箱体内部的热量导出；

2.如权利要求1所述的井下半导体制冷装置，其特征在于：还设有下管线和上管线；

3.如权利要求1所述的井下半导体制冷装置，其特征在于：所述导热块、半导体制冷片和散热块之间通过导热胶粘接。

4.如权利要求1所述的井下半导体制冷装置，其特征在于：所述导热块通过螺钉与所述下接头或上接头相连接。

5.如权利要求1所述的井下半导体制冷装置，其特征在于：所述散热块呈多层片状。

6.如权利要求1所述的井下半导体制冷装置，其特征在于：在所述保温箱盖与保温箱体之间采用绝热胶粘接。

7.如权利要求1所述的井下半导体制冷装置，其特征在于：在所述基管、下接头和上接头之间的衔接处采用密封圈进行密封。

8.如权利要求1所述的井下半导体制冷装置，其特征在于：在所述下接头和上接头的端部设有散热片。

9.如权利要求1所述的井下半导体制冷装置，其特征在于：所述保温箱体采用保温材料或隔热材料制成。