CN210919025U - 一种抗压筒、随钻测量仪和钻井设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种抗压筒、随钻测量仪和钻井设备。该抗压筒的内部设有热电材料层，所述热电材料层设置且连接在所述抗压筒的内壁上，用以利用帕尔帖效应对所述抗压筒进行放热、对所述抗压筒的内部进行制冷形成温差，以给所述抗压筒内部的零部件提供预设工作温度。本实用新型通过在抗压筒的内壁上添加的添加热电材料层利用利用帕尔帖效应对连接在热电材料层的抗压筒进行放热，且对抗压筒内的空气进行制冷，以使抗压筒的内部空气降温，进而控制抗压筒的内部温度，给所述抗压筒内部的不耐高温的零部件提供相对低温的适宜工作温度，确保抗压筒内部的零部件的正常工作，提高了其在井下高温环境的使用寿命。

Description

一种抗压筒、随钻测量仪和钻井设备

技术领域

本实用新型涉及钻井技术领域，具体而言，涉及一种抗压筒、随钻测量仪和钻井设备。

背景技术

现阶段在石油开发钻探、煤层气、地热井等定向井市场中对无线随钻测斜仪的应用越来越广泛，尤其是在石油勘探开发领域定向井中随钻测斜仪（Measurement WhileDrilling，MWD仪器）的应用尤为突出，其中在定向井的逐渐改进及发展过程中起到了重要的推动作用，尤其是对于定向井的轨迹控制与监测的发展做出很大的贡献。

随着深海、深地、地热能源的陆续开发，深井超深井数量逐步增多，对于MWD仪器的要求也越来越高，主要是由于井深的增加，出现了井底温度高问题。为了保证井眼质量、最大限度地发现油气藏、煤层气、地热等能源需要提高MWD仪器的耐高温能力。

现有耐高温手段主要通过循环冷却系统进行降温和采用耐高温的材料，费用昂贵，但效果不显著，一般国内外MWD仪器最大额定抗温175℃，实际耐温在150℃以下，在高温下出现循环降温次数多，纯钻时效低，分段循环降温效率低，异常次数多等问题导致MWD仪器使用异常，另外，抗175℃以上的MWD仪器较少且成本较高。

发明内容

鉴于此，本实用新型提出了一种抗压筒、随钻测量仪和钻井设备，旨在解决现有MWD仪器通过循环冷却系统进行降温，其降温效果不显著出现异常限制了其使用范围的问题。

一方面，本实用新型提出了一种抗压筒，该抗压筒包括：筒本体；其中，所述筒本体的内部设有热电材料层，所述热电材料层设置且连接在所述抗压筒的内壁上，用以利用帕尔帖效应对所述筒本体进行放热、对所述筒本体的内部进行制冷形成温差，以给所述抗压筒内部的零部件提供预设工作温度。

进一步地，上述抗压筒，所述热电材料层包括：间隔设置的低温侧绝缘板和高温侧绝缘板；其中，所述低温侧绝缘板靠近所述高温侧绝缘板的侧壁上设有若干个低温侧电极片，并且，所述高温侧绝缘板靠近所述低温侧绝缘板的侧壁上设有若干个高温侧电极片；每个所述低温侧电极片均通过热电材料件与其中两个所述高温侧电极片串联组合为若干个串联的第一单元，或，每个所述高温侧电极片通过热电材料与其中两个所述低温侧电极片串联组合为若干个串联的第二单元。

进一步地，上述抗压筒，所述热电材料件包括：成对设置的P型电腿或N型电腿；其中，在所述第一单元中，所述P型电腿连接在所述低温侧电极片和其中一个所述高温侧电极片之间，所述N型电腿连接在所述低温侧电极片和另一个所述高温侧电极片之间；或，在所述第二单元中，所述P型电腿连接在所述高温侧电极片和其中一个所述低温侧电极片之间，所述N型电腿连接在所述高温侧电极片和另一个所述低温侧电极片之间。

进一步地，上述抗压筒，所述低温侧绝缘板和所述高温侧绝缘板均为环形板，并且，所述高温侧绝缘板套设在所述抗压筒的内壁上，所述低温侧绝缘板套设在所述高温侧绝缘板的内部。

进一步地，上述抗压筒，所述低温侧绝缘板和所述高温侧绝缘板均为多个平板结构，并且，所述高温侧绝缘板设置在所述抗压筒的内壁上且沿所述抗压筒的内壁整周设置。

进一步地，上述抗压筒，所述热电材料层连接有供电单元，用以对所述热电材料层进行供电以形成温差。

另一方面，本实用新型还提出了一种随钻测量仪，该随钻测量仪的井下仪器系统设置有上述抗压筒。

进一步地，上述随钻测量仪，所述井下仪器系统还包括：设置在所述抗压筒内的脉冲发生器、驱动器、定向测量器和供电系统，以通过所述抗压筒的热电材料层给所述脉冲发生器、所述驱动器、所述定向测量器和所述供电系统提供预设工作温度。

再一方面，本实用新型还提出了一种钻井设备，该钻井设备设置有上述随钻测量仪。

进一步地，上述钻井设备，所述随钻测量仪的井下仪器系统设置在所述钻井设备的钻具内，并且，所述钻具内设置有钻井液，作为所述井下仪器系统的抗压筒上热量的传输介质

本实用新型提供的抗压筒、随钻测量仪和钻井设备，通过在抗压筒的内壁上添加的添加热电材料层利用帕尔帖效应对连接在热电材料层的抗压筒进行放热，且对抗压筒内的空气进行制冷，以使抗压筒的内部空气降温，进而控制抗压筒的内部温度，给抗压筒内部的不耐高温的零部件提供相对低温的预设工作温度，确保抗压筒内部的零部件的正常工作，提高了其在井下高温环境的使用寿命，即使得该抗压筒内的零部件可在外部高温环境下可正常工作，相当于扩大了该抗压筒的耐高温性能，从而扩大了随钻测量仪的使用范围。与现有技术中通过更换抗压筒内的零部件的耐高温元器件、电路、传感器等相比，成本大幅度降低；尤其是，即使更换抗压筒内的零部件的耐高温元器件、电路、传感器等，其耐高温性能依然受限，而本实用新型中通过热电材料层给抗压筒内部的不耐高温的零部件提供相对低温相对适宜的工作温度，使得抗压筒内部的不耐高温的零部件可在外部高温环境下正常工作，填补了国内在高温下尤其是175-200℃井下温度作业的随钻测量仪使用的空白。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的抗压筒的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的抗压筒的又一结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的热电材料层的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的热电材料层的又一结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的随钻测量仪的井下仪器系统的结构示意图；

图6为图5中A-A处的截面图；

图7为本实用新型实施例提供的钻井设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

抗压筒实施例：

参见图1至图2，其示出了本实用新型实施例提供的抗压筒的优选结构。如图所示，该抗压筒包括：筒本体1；其中，

筒本体1的内部设有热电材料层2，热电材料层2设置且连接在筒本体1的内壁上，用以利用帕尔帖效应对筒本体1进行放热、对筒本体1的内部进行制冷形成温差，以对筒本体1内部的零部件进行冷却。

具体地，筒本体1为内部中空的筒状结构，可设置有密封盖等结构，以确保其密封性，当然亦可为两端密封的中空筒状结构，本实施例中对其不做任何限定。筒本体1内壁上设置的热电材料层2，外侧壁连接在筒本体1的内壁，内侧壁设置在筒本体1内，以利用帕尔帖效应对连接在热电材料层2的筒本体1进行放热，且对筒本体1内的空气进行制冷，以使筒本体1的内部空气降温，进而控制筒本体1的内部温度，给筒本体1内部的零部件提供预设工作温度，例如给筒本体1内部的零部件例如MWD仪器的脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和/或供电系统6提供相对适宜的工作温度，从而确保抗压筒内部的零部件的正常工作，即使得该抗压筒内的零部件可在外部高温环境下可正常工作，相当于扩大了该抗压筒的耐高温性能，从而扩大了MWD仪器的使用范围。热电材料层2对筒本体1进行放热使得筒本体1的温度升高，可通过热量传输的方式进行释放，本实施例中对其不做任何限定。其中，抗压筒内的预设工作温度即抗压筒内部的零部件的相对适宜的工作温度可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定。为实现热电材料层2对筒本体1进行放热、对筒本体1的内部进行制冷形成温差，热电材料层2连接有供电单元（图中未示出），用以对热电材料层2提供电能，以使热电材料层2将电能转化为热能，实现对筒本体1进行放热、对筒本体1的内部进行制冷。

参见图3和图4，其示出了本实用新型实施例提供的热电材料层的优选结构。如图所示，热电材料层2包括：间隔设置的低温侧绝缘板21和高温侧绝缘板22；其中，低温侧绝缘板21靠近高温侧绝缘板22的侧壁（如图3所示的下侧壁）上设有若干个低温侧电极片23，并且，高温侧绝缘板22靠近低温侧绝缘板21的侧壁（如图3所示的上侧壁）上设有若干个高温侧电极片24，每个低温侧电极片23通过热电材料件25与其中两个高温侧电极片24串联组合为若干个串联的第一单元26，或，每个高温侧电极片24通过热电材料件25与其中两个低温侧电极片23串联组合为若干个串联的第二单元27。具体地，为实现对筒本体1进行的放热，高温侧绝缘板22可以设置且连接在筒本体1的内壁上，低温侧绝缘板21可以设置在筒本体1的内部且与高温侧绝缘板22之间间隔不接触，以便通过低温的低温侧绝缘板21对筒本体1内部的空气进行降温，从而确保筒本体1内的温度可维持在适宜的工作温度。其中，低温侧绝缘板21和/或高温侧绝缘板22可以为陶瓷绝缘板。在本实施例中，高温侧绝缘板22远离低温侧绝缘板21的侧壁（如图3所示的下侧壁）的温度在180-200℃，低温侧绝缘板21远离高温侧绝缘板22的侧壁（如图3所示的上侧壁）的温度维持在100-120℃，一般电子元件设置在低温侧，其均可在该环境温度下正常工作，尤其是对于脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和供电系统6而言。其中，为便于低温侧绝缘板21和高温侧绝缘板22之间的连接，第一单元26中的两个高温侧电极片24均与该第一单元26中的低温侧电极片23相邻，第二单元27中的两个低温侧电极片23均与该第二单元27中的高温侧电极片24相邻，以避免零部件之间的干涉。

也就是说，在上述实施例中有两种实施方式，其中一种实施方式为：

如图3所示，高温侧绝缘板22设置在低温侧绝缘板21的下方，低温侧绝缘板21的下侧壁上设置有若干个低温侧电极片23，高温侧绝缘板22的上侧壁设置有若干个高温侧电极片24，以便实现电能的输入，并且，高温侧电极片24与低温侧电极片23之间通过热电材料件25串联，三者之间组合成若干个串联的第一单元26，第一单元26包含一个低温侧电极片23和两个高温侧电极片24，且一个低温侧电极片23的两端（如图3所示的左右两端）均通过热电材料件25与两个高温侧电极片24串联，以便热电材料件25利用电能对高温侧绝缘板22进行放热、对低温侧绝缘板21进行制冷，从而使得低温侧绝缘板21和高温侧绝缘板22之间形成温差，并通过高温侧绝缘板22将热量传导至筒本体1上，并通过低温侧绝缘板21对筒本体1内的空气进行降温，以使抗压筒内维持在适宜抗压筒内零部件工作的温度。

继续参见图3，热电材料件25包括：成对设置的P型电腿251和N型电腿252；其中，

在第一单元26中，P型电腿251连接在低温侧电极片23和其中一个高温侧电极片24之间，N型电腿252连接在低温侧电极片23和另一个高温侧电极片24之间。具体地，各个第一单元26中，低温侧电极片23和其中一个高温侧电极片24之间连接有P型电腿251，低温侧电极片23和另一个高温侧电极片24之间连接有N型电腿252。

上述实施例中的另一种实施方式为：

如图4所示，高温侧绝缘板22设置在低温侧绝缘板21的上方，低温侧绝缘板21的上侧壁上设置有若干个低温侧电极片23，高温侧绝缘板22的下侧壁设置有若干个高温侧电极片24，以便实现电能的输入，并且，高温侧电极片24与低温侧电极片23之间通过热电材料件25串联，三者之间组合成若干个串联的第二单元27，第二单元27包含两个低温侧电极片23和一个高温侧电极片24，且一个高温侧电极片24的两端（如图4所示的左右两端）均通过热电材料件25与两个低温侧电极片23串联，以便热电材料件25利用电能对高温侧绝缘板22进行放热、对低温侧绝缘板21进行制冷，从而使得低温侧绝缘板21和高温侧绝缘板22之间形成温差，并通过高温侧绝缘板22将热量传导至筒本体1上，并通过低温侧绝缘板21对筒本体1内的空气进行降温，以使筒本体1内维持在适宜筒本体1内零部件工作的温度。

继续参见图4，热电材料件25包括：成对设置的P型电腿251和N型电腿252；其中，在第二单元27中，P型电腿251连接在高温侧电极片24和其中一个低温侧电极片23之间，N型电腿252连接在高温侧电极片24和另一个低温侧电极片23之间。具体地，各个第二单元27中，高温侧电极片24和其中一个低温侧电极片23之间连接有P型电腿251，高温侧电极片24和另一个低温侧电极片23连接有N型电腿252。

在上述实施例中，热电材料层2可以有两种实施方式，一种热电材料层2为整体式结构，如图1所示，热电材料层2的低温侧绝缘板21和高温侧绝缘板22均为环形板，并且，高温侧绝缘板22套设在筒本体1的内壁上，低温侧绝缘板21同轴套设在高温侧绝缘板22的内部，并且，两者之间不接触，也就是说，图3和图4可以为热电材料层2的展开示意图；另一种热电材料层2由多个热电材料模块组成，如图2所示，热电材料层2的低温侧绝缘板21和高温侧绝缘板22均为多个平板结构，两两一对组合为热电材料模块，并且，高温侧绝缘板22设置在筒本体1的内壁上且沿筒本体1的内壁整周设置，低温侧绝缘板21和高温侧绝缘板22并排且间隔设置。

综上，本实施例中提供的抗压筒，通过在筒本体1的内壁上添加的热电材料层2利用利用帕尔帖效应对连接在热电材料层2的筒本体1进行放热，且对筒本体1内的空气进行制冷，以使筒本体1的内部空气降温，进而控制筒本体1的内部温度，给筒本体1内部的不耐高温的零部件例如MWD仪器的脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和供电系统6提供相对低温相对适宜的工作温度，确保抗压筒内部的零部件的正常工作，提高了其在井下高温环境的使用寿命，即使得该抗压筒内的零部件可在外部高温环境下可正常工作，相当于扩大了该抗压筒的耐高温性能，从而扩大了MWD仪器的使用范围。与现有技术中通过更换抗压筒内的零部件的耐高温元器件、电路、传感器等相比，成本大幅度降低，本实施例中热电材料层2的成本约为耐高温元件成本的1/5；尤其是，即使更换抗压筒内的零部件的耐高温元器件、电路、传感器等，其耐高温性能依然受限，而本实施例中通过热电材料层2，给抗压筒内部的不耐高温的零部件提供相对低温相对适宜的工作温度，使得抗压筒内部的不耐高温的零部件可在外部高温环境下尤其是175-200℃时正常工作，填补了国内在175-200℃井下温度作业的MWD仪器使用的空白。

随钻测量仪实施例：

该随钻测量仪即MWD仪器用于定向钻井、水平井的无线随钻测量技术仪器。在钻井过程中，MWD仪器可以随时对井眼的倾斜度、工作面和方位进行精准的测量，并将数据传送到地表，经地表采集系统处理后得出井的倾斜角度、工作面以及方位等具体数据。MWD仪器主要由井下仪器系统、地面系统组成。井下仪器系统、地面系统通过钻柱内泥浆通道中的压力脉冲信号进行通信，并协调工作，实现钻井过程中井下工具的状态（包括井斜、方位、工具面等定向参数）的实时监测。

参见图5和图6，其示出了本实施例中提供的随钻测量仪的井下仪器系统的优选结构。如图所示，井下仪器系统包括：上述抗压筒、脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和供电系统6；其中，脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和供电系统6设置在抗压筒内，以避免钻具8内的钻井液与脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和供电系统6之间的接触，即对脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和供电系统6进行密封和保护。为实现筒本体1内热电材料层2对筒本体1内部低温的维持，优选地，供电系统6与抗压筒的热电材料层2相连接，即供电系统6作为热电材料层2的供电单元，用以对热电材料层2进行供电，以通过热电材料层2给在抗压筒内部的脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和/或供电系统6提供预设工作温度例如适宜脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和/或供电系统6工作的温度，进而确保脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和供电系统6可以在外部高温环境下正常工作，从而提高脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和供电系统6的使用寿命。脉冲发生器3、驱动器4、定向测量器5和/或供电系统6可以通过基底7固定在筒本体1内壁设置的热电材料层2上。图6中，实线箭头表示冷量的传输方向，虚线箭头表示热量的传输方向。

其中，抗压筒的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

由于抗压筒具有上述效果，所以具有该抗压筒的随钻测量仪也具有相应的技术效果。

钻井设备实施例：

参见图7，其为本实施例中提供的钻井设备的结构示意图。如图所示，钻井设备包括钻具8和上述随钻测量仪；其中，

上述随钻测量仪的井下仪器系统设置在钻具8的内部，并且，抗压筒与钻具8可以同轴设置，以使抗压筒与钻具8之间围设成环形的钻井液腔体。钻具8内设置有钻井液，作为筒本体1上热量的传输介质，即钻具8内设置的钻井液自上至下流动，并通过钻具8底部设置的钻头9喷出后，在钻具8和井筒10之间的环形通道内自下至上流动，以便通过钻具8内流动的钻井液将筒本体1上的热量携带出井筒10外，即钻具8内的钻井液，不仅作为钻井液，进行井底清洁携带岩屑、润滑、对井壁和井底零部件降温等，还可以作为筒本体1上热量的传输介质，以便将筒本体1上的热量传输至井筒10外，以形成外部热量平衡。其中，随钻测量仪的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。图7中，实线箭头表示钻井液的流动方向。

由于随钻测量仪具有上述效果，所以具有该随钻测量仪的钻井设备也具有相应的技术效果。

进一步地，钻具8内的钻井液还可作为井下仪器系统的筒本体1上热量的传输介质，以便实现筒本体1上的热电材料层2的高温侧放出的热量的传输，减少了钻井液的循环次数，降低了能耗，也节约了生产成本。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种抗压筒，其特征在于，包括：筒本体（1）；其中，

所述筒本体（1）的内部设有热电材料层（2），所述热电材料层（2）设置且连接在所述筒本体（1）的内壁上，用以利用帕尔帖效应对所述筒本体（1）进行放热、对所述筒本体（1）的内部进行制冷形成温差，以给所述抗压筒内部的零部件提供预设工作温度。

2.根据权利要求1所述的抗压筒，其特征在于，所述热电材料层（2）包括：间隔设置的低温侧绝缘板（21）和高温侧绝缘板（22）；其中，

所述低温侧绝缘板（21）靠近所述高温侧绝缘板（22）的侧壁上设有若干个低温侧电极片（23），并且，所述高温侧绝缘板（22）靠近所述低温侧绝缘板（21）的侧壁上设有若干个高温侧电极片（24）；

每个所述低温侧电极片（23）均通过热电材料件（25）与其中两个所述高温侧电极片（24）串联组合为若干个串联的第一单元（26），或，每个所述高温侧电极片（24）通过热电材料件（25）与其中两个所述低温侧电极片（23）串联组合为若干个串联的第二单元（27）。

3.根据权利要求2所述的抗压筒，其特征在于，所述热电材料件（25）包括：成对设置的P型电腿（251）和N型电腿（252）；其中，

在所述第一单元（26）中，所述P型电腿（251）连接在所述低温侧电极片（23）和其中一个所述高温侧电极片（24）之间，所述N型电腿（252）连接在所述低温侧电极片（23）和另一个所述高温侧电极片（24）之间；或，

在所述第二单元（27）中，所述P型电腿（251）连接在所述高温侧电极片（24）和其中一个所述低温侧电极片（23）之间，所述N型电腿（252）连接在所述高温侧电极片（24）和另一个所述低温侧电极片（23）之间。

4.根据权利要求2所述的抗压筒，其特征在于，

所述低温侧绝缘板（21）和所述高温侧绝缘板（22）均为环形板，并且，所述高温侧绝缘板（22）套设在所述筒本体（1）的内壁上，所述低温侧绝缘板（21）套设在所述高温侧绝缘板（22）的内部。

5.根据权利要求2所述的抗压筒，其特征在于，

所述低温侧绝缘板（21）和所述高温侧绝缘板（22）均为多个平板结构，并且，所述高温侧绝缘板（22）设置在所述筒本体（1）的内壁上且沿所述筒本体（1）的内壁整周设置。

6.根据权利要求1至5任一项所述的抗压筒，其特征在于，所述热电材料层（2）连接有供电单元，用以对所述热电材料层（2）进行供电以形成温差。

7.一种随钻测量仪，其特征在于，所述随钻测量仪的井下仪器系统设置有如权利要求1至6任一项所述的抗压筒。

8.根据权利要求7所述的随钻测量仪，其特征在于，

所述井下仪器系统还包括：设置在所述抗压筒内的脉冲发生器（3）、驱动器（4）、定向测量器（5）和供电系统（6），并且，以通过所述抗压筒的热电材料层（2）给所述脉冲发生器（3）、所述驱动器（4）、所述定向测量器（5）和所述供电系统（6）提供预设工作温度。

9.一种钻井设备，其特征在于，设置有如权利要求7或8所述的随钻测量仪。

10.根据权利要求9所述的钻井设备，其特征在于，

所述随钻测量仪的井下仪器系统设置在所述钻井设备的钻具（8）内，并且，所述钻具（8）内设置有钻井液，作为所述井下仪器系统的抗压筒的筒本体（1）上热量的传输介质。

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