FR2862081A1 - DOWNHOLE TOOLS WITH STIRLING CYCLE COOLING SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Un système de refroidissement pour un outil de fond de trou (20) comprend une chambre isolante (24) agencée dans l'outil, dans lequel la chambre (24) est adaptée pour loger un objet à refroidir ; et un refroidisseur à cycle de Stirling (22) est disposé dans l'outil (20), le refroidisseur (22) comprend une extrémité froide configurée pour évacuer la chaleur de la chambre (24) et une extrémité chaude configurée pour dissiper la chaleur. Un procédé de refroidissement d'un composant agencé dans un outil de fond de trou (20), y compris la provision d'un refroidisseur à cycle de Stirling (22) dans l'outil de fond de trou (20) à proximité du composant ; et l'excitation du refroidisseur à cycle de Stirling (22) de manière à ce que la chaleur soit évacuée du composant.A cooling system for a downhole tool (20) includes an insulating chamber (24) arranged in the tool, wherein the chamber (24) is adapted to house an object to be cooled; and a Stirling cycle cooler (22) is disposed in the tool (20), the cooler (22) includes a cold end configured to remove heat from the chamber (24) and a hot end configured to dissipate heat. A method of cooling a component arranged in a downhole tool (20), including providing a Stirling cycle cooler (22) in the downhole tool (20) near the component ; and energizing the Stirling cycle cooler (22) so that heat is removed from the component.
Description
OUTILS DE FOND DE TROU DOTE D'UN SYSTEME DEDOWNHOLE TOOLS WITH A SYSTEM OF
REFROIDISSEMENT A CYCLE DE STIRLINGSTIRLING CYCLE COOLING
Arrière-plan de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne de manière générale des techniques permettant de maintenir des outils de fond de trou et leurs composants à l'intérieur d'une fourchette souhaitée dans des environnements à haute température, et, de manière plus spécifique, un système de refroidissement à cycle de Stirling destiné à être utilisé avec des outils de fond de trou. BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention generally relates to techniques for maintaining downhole tools and their components within a desired range in high temperature environments, and , more specifically, a Stirling cycle cooling system for use with downhole tools.
Art antérieur Différentes techniques de diagraphie et de contrôle des puits sont connues dans le domaine de l'exploration et de la production d'hydrocarbure et d'eau. Ces techniques emploient des outils de fond de trou ou des instruments équipés de sources adaptées pour émettre de l'énergie à travers un trou de forage traversant la formation souterraine. L'énergie émise passe à travers le fluide du trou de forage ( boue ), puis dans les formations avoisinantes afin de produire des signaux qui sont détectés et mesurés par un ou plusieurs capteurs, qui sont généralement également disposés sur les outils de fond de trou. Le traitement des données des signaux détectés permet d'obtenir un profil des propriétés de la formation. Prior Art Various well logging and well control techniques are known in the field of hydrocarbon and water exploration and production. These techniques use downhole tools or instruments equipped with suitable sources to emit energy through a borehole passing through the subterranean formation. The energy emitted passes through the fluid of the borehole (mud) and then into the surrounding formations to produce signals that are detected and measured by one or more sensors, which are generally also disposed on the downhole tools. . The processing of the data of the detected signals makes it possible to obtain a profile of the properties of the formation.
Un outil de fond de trou, comprenant un certain nombre de sources d'émission et de capteurs afin de mesurer différents paramètres, peut être abaissé dans un trou de forage sur l'extrémité d'un câble, d'un câble métallique ou d'un train de tiges. Le câble/câble métallique, qui est attaché à une forme de centre de traitement mobile à la surface, offre les moyens permettant de remonter les données à la surface. Ce type de diagraphie par câbles permet de mesurer les paramètres d'un trou de forage et d'une formation en fonction de la profondeur, c'est à dire pendant que l'outil est tiré vers le haut du trou. A downhole tool, including a number of emission sources and sensors for measuring different parameters, can be lowered into a borehole on the end of a cable, wire rope or a train of stems. The cable / wire rope, which is attached to a form of mobile processing center on the surface, provides the means to trace the data to the surface. This type of wireline logging makes it possible to measure the parameters of a borehole and a formation as a function of the depth, that is to say while the tool is pulled up the hole.
La récupération de données sur les conditions du fond du trou pendant le procédé de forage est une variante aux techniques de diagraphie par câbles. La récupération et le traitement de ces informations pendant le procédé de forage permet au foreur de modifier ou de corriger des étapes clés de l'opération afin d'optimiser les performances. Des projets de récupération de données sur les conditions au fond du trou et le mouvement de l'ensemble de forage pendant l'opération de forage sont connus sous le nom de techniques de mesure pendant le forage. Des techniques similaires se concentrant davantage sur la mesure des paramètres de formation que sur le mouvement de l'ensemble de forage sont connues sous le nom de diagraphie pendant le forage. La diagraphie pendant la remontée est une variante des techniques de diagraphie pendant le forage ou de mesure pendant le forage. Pour la diagraphie pendant la remontée, un outil de rodage de petit diamètre est envoyé dans le fond du trou à travers la tige de forage, à l'extrémité de la course d'un trépan, juste avant que la tige de forage ne soit retirée. L'outil d'insertion est utilisé pour mesurer les quantités physiques au fond du trou au fur et mesure que le train de tiges est extrait ou remonté hors du trou. Les données mesurées sont enregistrées dans la mémoire de l'outil en fonction du temps pendant la remontée. A la surface, une seconde série d'équipements enregistre la profondeur du trépan en fonction du temps pour la remontée, et cela permet aux mesures d'être positionnées par rapport à la profondeur. La figure 1 présente un outil de diagraphie classique 12 disposé dans un trou de forage 11, qui pénètre dans une formation souterraine 10. L'outil de diagraphie 12 peut être déployé sur un câble métallique 13 via un mécanisme de contrôle de câbles métalliques 14. De plus, l'outil de diagraphie 12 peut être connecté à l'équipement de surface 15, qui peut comprendre un ordinateur (non représenté). The recovery of downhole condition data during the drilling process is an alternative to cable logging techniques. The recovery and processing of this information during the drilling process allows the driller to modify or correct key steps of the operation to optimize performance. Data recovery projects on downhole conditions and the movement of the drill assembly during the drilling operation are known as measurement techniques during drilling. Similar techniques focusing more on the measurement of formation parameters than on the motion of the drill assembly are known as logging during drilling. Logging during ascent is a variation of logging techniques during drilling or measurement during drilling. For logging during ascent, a small-diameter lapping tool is sent down the hole through the drill pipe at the end of a bit's stroke just before the drill pipe is removed. . The insertion tool is used to measure the physical quantities at the bottom of the hole as the drill string is pulled out of the hole. The measured data is stored in the tool memory as a function of time during the ascent. On the surface, a second set of equipment records the depth of the trephine as a function of time for the ascent, and this allows the measurements to be positioned relative to the depth. Figure 1 shows a conventional logging tool 12 disposed in a borehole 11, which enters a subterranean formation 10. The logging tool 12 may be deployed on a wire rope 13 via a wire rope control mechanism 14. In addition, the logging tool 12 may be connected to the surface equipment 15, which may include a computer (not shown).
Les outils de fond de trou sont exposés à des températures (jusqu'à 260 C) et à des pressions (allant jusqu'à 2067 bars (30 000 psi) et éventuellement jusqu'à 2756 bars (40 000 psi) dans certains cas) extrêmes. Ces outils sont généralement équipés de composants sensibles (par exemples des ensembles électroniques) qui sont rarement conçus pour des environnements aussi difficiles. La tendance parmi les fabricants de composants électroniques consiste à cibler le marché commercial de gros volume, ce qui complique la tâche consistant à trouver des composants pour des outils de fond de trou qui fonctionnent de manière efficace à ces températures élevées. Downhole tools are exposed to temperatures (up to 260 C) and pressures (up to 2067 psi (30,000 psi) and possibly up to 2756 bar (40,000 psi) in some cases) extremes. These tools are usually equipped with sensitive components (eg electronic assemblies) that are rarely designed for such challenging environments. The trend among electronic component manufacturers is to target the large volume commercial market, which complicates the task of finding components for downhole tools that operate efficiently at these high temperatures.
Simultanément, l'industrie des gisements pétrolifères évolue vers l'exploration de réservoirs de plus en plus profonds et chauds. Par conséquent, il existe un besoin urgent de procédés ou dispositifs qui permettent aux composants électroniques sensibles d'être utilisés à des températures élevées. Revoir la conception des puces de silicium pour un fonctionnement à des températures élevées (par exemple supérieures à 150 C) est onéreux, a un impact significatif sur le temps de développement et donc sur la période jusqu'à la commercialisation. L'alternative consiste à avoir des systèmes protégeant les composants électroniques des environnements à température élevée. Les techniques classiques comprennent celles qui isolent les composants sensibles des environnements chauds, par exemple en les mettant dans des flasques Dewar. Cette technique protège uniquement l'outil pendant une certaine durée, et la nature des flasques les rend intrinsèquement fragiles. Une meilleure approche consiste à utiliser un système de refroidissement actif. At the same time, the oilfield industry is moving towards the exploration of increasingly deep and hot reservoirs. Therefore, there is an urgent need for methods or devices that enable sensitive electronic components to be used at elevated temperatures. Revisiting the design of silicon chips for operation at high temperatures (eg above 150 C) is expensive, has a significant impact on development time and therefore on the period up to commercialization. The alternative is to have systems protecting the electronic components of high temperature environments. Conventional techniques include those that isolate sensitive components from hot environments, for example by placing them in Dewar flanges. This technique only protects the tool for a certain duration, and the nature of the flanges makes them intrinsically fragile. A better approach is to use an active cooling system.
Un système de refroidissement capable de fournir une réfrigération multiwatt pour des composants électroniques thermiquement protégés dans des outils de fond de trou permettrait l'utilisation de systèmes électroniques et de technologies de capteurs qui ne sont pas autrement appropriées pour des applications à température élevée. Cela réduirait les coûts sans cesse croissants associés au développement et à la mise en uvre des systèmes électroniques à température élevée, et permettrait d'introduire de nouvelles technologies pour l'exploration et la production souterraine. A cooling system capable of providing multiwatt refrigeration for thermally protected electronic components in downhole tools would allow the use of electronic systems and sensor technologies that are not otherwise suitable for high temperature applications. This would reduce the ever-increasing costs associated with the development and implementation of high temperature electronic systems, and introduce new technologies for exploration and underground production.
Un système de refroidissement destiné à être utilisé dans un outil de fond de trou doit pouvoir être logé dans l'espace limité à l'intérieur de l'outil. Plusieurs systèmes de refroidissement miniatures appropriés pour une utilisation dans des outils de fond de trou ont été proposés. Voir par exemple Aaron Flores, Active Cooling for Electronics in a Wireline Oi1-Exploration Tool, thèse de doctorat (Ph.D), MIT, 1996. Cette technique se fondait sur cycle de compression de la vapeur à passage unique. Cependant, cette approche nécessite une étanchéité et une lubrification très soignée étant donné la forte pression dans la partie de condenseur. A cooling system for use in a downhole tool must be accommodated in the limited space inside the tool. Several miniature cooling systems suitable for use in downhole tools have been proposed. See, for example, Aaron Flores, Active Cooling for Electronics in a Wireline Oi1-Exploration Tool, Ph.D. thesis, MIT, 1996. This technique was based on a once-through vapor compression cycle. However, this approach requires very careful sealing and lubrication given the high pressure in the condenser part.
Gloria Bennett a proposé un système de refroidissement actif pour des outils de fond de trou s'appuyant sur un réfrigérateur thermo-accoustique miniature, Active Cooling for Downhole Instrumentation: Miniature Thermoacoustic refrigerator, , 1991, Université du Nouveau Mexique, thèse de doctorat (Ph.D.), UMI 1991 921 5048. Cette approche est prometteuse mais les composants utilisés sont relativement encombrants et les performances d'un réfrigérateur thermo-accoustique miniature sont incertaines. Gloria Bennett has proposed an active cooling system for downhole tools based on a miniature thermo-acoustic refrigerator, Active Cooling for Downhole Instrumentation: Miniature Thermoacoustic Refrigerator,, 1991, University of New Mexico, PhD Thesis .D.), UMI 1991 921 5048. This approach is promising but the components used are relatively bulky and the performance of a miniature thermo-acoustic refrigerator are uncertain.
Même si des systèmes de refroidissement destinés à être utilisés dans des outils de fond de trou ont été proposés, il subsiste un besoin de techniques améliorées de refroidissement/réfrigération pour les outils de fond de trou. Although cooling systems for use in downhole tools have been proposed, there remains a need for improved cooling / refrigeration techniques for downhole tools.
Exposé de l'invention Un aspect de l'invention concerne des systèmes de refroidissement pour des outils de fond de trou. Un système de refroidissement conformément à un mode de réalisation de l'invention comprend une chambre isolante agencée dans l'outil de fond de trou, dans lequel la chambre isolante est adaptée pour loger un objet devant être refroidi; et un refroidisseur à cycle de Stirling agencé dans l'outil de fond de trou, dans lequel le refroidisseur à cycle de Stirling comprend une extrémité froide configurée pour évacuer la chaleur de la chambre isolante et une extrémité chaude configurée pour dissiper la chaleur. SUMMARY OF THE INVENTION One aspect of the invention relates to cooling systems for downhole tools. A cooling system according to an embodiment of the invention comprises an insulating chamber arranged in the downhole tool, wherein the insulating chamber is adapted to house an object to be cooled; and a Stirling cycle cooler arranged in the downhole tool, wherein the Stirling cycle cooler comprises a cold end configured to remove heat from the insulating chamber and a hot end configured to dissipate heat.
Un aspect de l'invention concerne un procédé de refroidissement d'un composant disposé dans un outil de fond de trou. Le procédé prévoit d'agencer un refroidisseur à cycle de Stirling dans l'outil de fond de trou à proximité du composant; et de fournir de l'énergie au refroidisseur à cycle de Stirling de manière à ce que la chaleur soit évacuée du composant. One aspect of the invention relates to a method of cooling a component disposed in a downhole tool. The method provides for arranging a Stirling cycle cooler in the downhole tool near the component; and supplying energy to the Stirling cycle cooler so that heat is removed from the component.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the description below, made with reference to the appended drawings, in which:
Brève description des figuresBrief description of the figures
la figure 1 présente un outil de fond de trou 25 classique agencé dans un trou de forage. Figure 1 shows a conventional downhole tool arranged in a borehole.
la figure 2 présente un outil de fond de trou comprenant un refroidisseur à cycle de Stirling conformément à un mode de réalisation de l'invention. Figure 2 shows a downhole tool including a Stirling cycle cooler according to an embodiment of the invention.
la figure 3 présente un schéma illustrant le transfert de chaleur utilisant un refroidisseur à cycle de Stirling conformément à un mode de réalisation de l'invention. Figure 3 is a schematic diagram illustrating the heat transfer using a Stirling cycle cooler according to an embodiment of the invention.
la figure 4 présente un refroidisseur à cycle de Stirling sans piston conformément à un mode de réalisation de l'invention. Figure 4 shows a Stirling cycle cooler without piston according to an embodiment of the invention.
la figure 5 présente un schéma illustrant un cycle 5 de Stirling. Figure 5 shows a diagram illustrating a Stirling cycle.
la figure 6 présente un schéma illustrant différents états des pistons du refroidisseur à cycle de Stirling dans un cycle de Stirling. Figure 6 shows a diagram illustrating different states of the pistons of the Stirling cycle cooler in a Stirling cycle.
la figure 7 présente un schéma d'un système de 10 refroidissement à flux d'air actif conformément à un mode de réalisation de l'invention. Figure 7 is a schematic diagram of an active airflow cooling system according to an embodiment of the invention.
la figure 8 présente un schéma d'un système de refroidissement à fluide liquide conformément à un mode de réalisation de l'invention. Figure 8 is a schematic diagram of a liquid fluid cooling system according to an embodiment of the invention.
la figure 9 illustre un procédé de fabrication d'un outil de fond de trou conformément à un mode de réalisation de l'invention. Figure 9 illustrates a method of manufacturing a downhole tool according to an embodiment of the invention.
la figure 10 illustre un procédé destiné à des capteurs de refroidissement ou à des systèmes électroniques à l'intérieur d'outils de fond de trou conformément à l'invention. Figure 10 illustrates a method for cooling sensors or electronic systems within downhole tools in accordance with the invention.
Description détailléedetailed description
Des modes de réalisation de l'invention concernent des systèmes de refroidissement destinés à être utilisés dans des outils de fond de trou. Ces systèmes de refroidissement se basent sur des cycles de Stirling qui peuvent fonctionner de manière efficace dans un système fermé, qui ne requièrent aucune lubrification et qui peuvent fonctionner à des pressions relativement plus basses par rapport au système de compression à vapeur. Un moteur ou un refroidisseur à cycle de Stirling s'appuie sur le cycle de Stirling (également appelé Sterling ), qui est un cycle thermodynamique bien connu. Un moteur Stirling utilise de la chaleur (différence de température) comme source d'énergie pour fournir un travail mécanique. Un refroidisseur à cycle de Stirling fonctionne de manière inverse; il utilise de l'énergie mécanique pour produire une différence de température - par exemple en tant que refroidisseur ou réfrigérateur. Embodiments of the invention relate to cooling systems for use in downhole tools. These cooling systems are based on Stirling cycles that can operate effectively in a closed system, require no lubrication and can operate at relatively lower pressures than the steam compression system. A Stirling cycle engine or cooler is based on the Stirling cycle (also called Sterling), which is a well-known thermodynamic cycle. A Stirling engine uses heat (temperature difference) as a source of energy to provide mechanical work. A Stirling cycle cooler works in reverse; it uses mechanical energy to produce a temperature difference - for example as a cooler or a refrigerator.
Différentes configurations des moteurs/refroidisseurs à cycle de Stirling ont été mises au point. Elles peuvent être classées en types cinématiques et types exempts de piston. Les moteurs Stirling cinématiques utilisent des pistons fixés sur des mécanismes d'entraînement afin de transformer les mouvements linéaires des pistons en des mouvements rotatifs. Les moteurs Stirling cinématiques peuvent être en outre classés en tant que type alpha (deux pistons), type beta (piston et plongeur dans un cylindre) et type gamma (piston et plongeur dans des cylindres séparés). Les moteurs Stirling exempts de piston utilisent des mécanismes de mouvement harmonique, qui peuvent utiliser des ressorts planaires ou des oscillations de champ magnétique pour fournir le mouvement harmonique. Different configurations of Stirling engines / chillers have been developed. They can be classified into kinematic types and piston-free types. Kinetic Stirling engines use pistons attached to drive mechanisms to convert the linear movements of the pistons into rotating movements. Stirling kinematic engines can be further classified as alpha type (two pistons), beta type (piston and plunger in a cylinder) and gamma type (piston and plunger in separate cylinders). Piston-free Stirling engines use harmonic motion mechanisms, which can use planar springs or magnetic field oscillations to provide harmonic motion.
En raison des défis impressionnants au niveau de l'ingénierie, les moteurs Stirling sont rarement utilisés dans des applications pratiques et les refroidisseurs à cycle de Stirling ont été limités au domaine de spécialisation de la cryogénie et de l'utilisation militaire. Le développement de moteurs/refroidisseurs à cycle de Stirling implique des considérations pratiques telles que l'efficacité, la vibration, la durée de vie et le coût. L'utilisation de moteurs/refroidisseurs à cycle de Stirling sur des outils de fond de trou pose des difficultés supplémentaires en raison de l'espace limité disponible dans un outil de fond de trou (généralement 7,5-15 cm [3-6 pouces] de diamètre) et des environnements difficiles au fond du trou (par exemple des températures allant jusqu'à 260 C, des pressions allant jusqu'à 2067 bars (30 000 psi) ou plus, et des chocs allant jusqu'à 250 g ou plus). Les moteurs Stirling ont été proposés pour une utilisation en tant que générateurs d'électricité pour des outils de fond de trou (voir le brevet U.S. n 4 805 407 délivré à Buchanan). Due to the impressive engineering challenges, Stirling engines are rarely used in practical applications and Stirling cycle coolers have been limited to the field of specialization of cryogenics and military use. The development of Stirling cycle engines / coolers involves practical considerations such as efficiency, vibration, service life and cost. The use of Stirling cycle engines / coolers on downhole tools poses additional challenges because of the limited space available in a downhole tool (typically 7.5-15 cm [3-6 inches] diameter) and harsh environments at the bottom of the hole (eg temperatures up to 260 C, pressures up to 2067 psi (30,000 psi) or more, and shocks up to 250 g or more). Stirling engines have been proposed for use as electricity generators for downhole tools (see U.S. Patent No. 4,805,407 issued to Buchanan).
Les modes de réalisation de la présente invention peuvent utiliser toute conception de refroidisseur à cycle de Stirling. Certains modes de réalisation utilisent des refroidisseurs à cycle de Stirling exempts de piston. Un mode de réalisation de refroidisseur à cycle de Stirling exempt de piston selon la présente invention utilise un moteur linaire à aimant mobile. Embodiments of the present invention may utilize any Stirling cycle cooler design. Some embodiments use piston-free Stirling cycle coolers. One embodiment of a piston-free Stirling cycle cooler according to the present invention utilizes a linear motor with a moving magnet.
La figure 2 présente un outil de fond de trou (par exemple le numéro de référence 12 sur la figure 1) conformément à un mode de réalisation de l'invention. Fig. 2 shows a downhole tool (e.g., reference numeral 12 in Fig. 1) according to an embodiment of the invention.
Comme illustré, un outil de fond de trou 20 comprend un logement allongé 21 qui protège différents composants 23 de l'instrument. Ces composants 23 peuvent inclure des systèmes électroniques qui doivent être protégés contre les températures élevées. Les composants sont agencés dans une enceinte ou une chambre isolante 24 et ils sont connectés à un refroidisseur à cycle de Stirling 22. D'autres composants 25 de l'outil de fond de trou 20 peuvent être prévus au niveau de l'autre extrémité du refroidisseur à cycle de Stirling 22. Les composants 25 peuvent comprendre d'autres systèmes électroniques afin de commander le refroidisseur à cycle de Stirling 22 ou des mécanismes permettant d'évacuer la chaleur de l'extrémité chaude du refroidisseur à cycle de Stirling 22. As illustrated, a downhole tool 20 includes an elongate housing 21 which protects various components 23 of the instrument. These components 23 may include electronic systems that must be protected against high temperatures. The components are arranged in an enclosure or an insulating chamber 24 and are connected to a Stirling cycle cooler 22. Other components 25 of the downhole tool 20 may be provided at the other end of the Stirling cycle cooler 22. The components may comprise other electronic systems for controlling the Stirling cycle cooler 22 or mechanisms for removing heat from the hot end of the Stirling cycle cooler 22.
La figure 3 présente un schéma d'un système d'évacuation de la chaleur utilisant un refroidisseur à cycle de Stirling selon un mode de réalisation de l'invention. Comme montré, un refroidisseur à cycle de Stirling 22 fonctionne comme une pompe à chaleur, évacuant la chaleur de la cartouche du réservoir froid 33 vers le flux de boue (réservoir chaud) 31. De cette manière, la chaleur évacuée de l'objet à refroidir (la cartouche froide 33) est effectivement pompée vers l'autre extrémité (l'extrémité chaude) du refroidisseur à cycle de Stirling et dissipée dans le flux de boue 31, par exemple. Il convient de noter que le refroidisseur à cycle de Stirling 22 peut être en contact direct avec l'objet à refroidir. En guise de variante, le refroidisseur à cycle de Stirling 22 peut être placé à distance de l'objet à refroidir grâce à un mécanisme de transport de chaleur 35 disposé entre les deux afin de transférer la chaleur. L'homme du métier comprendra que le mécanisme de transport de la chaleur 35 peut être tout dispositif de transport de chaleur approprié (par exemple un conduit calorique), y compris tout dispositif mis en uvre avec des fluides en circulation. Des modes de réalisation de l'invention peuvent également être mis en uvre avec des mécanismes de transport de chaleur situés sur le côté froid et le côté chaud (non représentés). Figure 3 shows a schematic of a heat dissipation system using a Stirling cycle cooler according to one embodiment of the invention. As shown, a Stirling cycle cooler 22 operates as a heat pump, discharging heat from the cold reservoir cartridge 33 to the mud flow (hot reservoir) 31. In this manner, the heat discharged from the object to cool (the cold cartridge 33) is actually pumped to the other end (the hot end) of the Stirling cycle cooler and dissipated in the mud stream 31, for example. It should be noted that the Stirling cycle cooler 22 may be in direct contact with the object to be cooled. Alternatively, the Stirling cycle cooler 22 may be placed away from the object to be cooled by a heat transport mechanism 35 disposed between the two to transfer heat. It will be understood by those skilled in the art that the heat transport mechanism 35 may be any suitable heat transporting device (e.g., a caloric duct), including any device used with circulating fluids. Embodiments of the invention may also be implemented with heat transport mechanisms located on the cold side and the hot side (not shown).
La figure 4 présente un schéma d'un refroidisseur à cycle de Stirling exempt de piston qui peut être utilisé avec des modes de réalisation selon l'invention. Figure 4 shows a schematic of a piston-free Stirling cycle cooler that can be used with embodiments according to the invention.
Comme montré, le refroidisseur à cycle de Stirling 40 est fixé sur un objet 47 à refroidir,. Comme indiqué ci-dessus, dans certains modes de réalisation, un dispositif de transport de la chaleur peut être utilisé pour transporter de la chaleur entre l'objet 47 et le refroidisseur à cycle de Stirling 40. Le refroidisseur à cycle de Stirling 40 comprend deux pistons 42, 44 disposés dans un cylindre 46. Le cylindre 46 est rempli avec un gaz de travail, généralement de l'air, de l'hélium ou de l'hydrogène à une pression équivalente à plusieurs fois (par exemple 20 fois) la pression atmosphérique. Le piston 42 est couplé à un aimant permanent 45 qui est situé à proximité d'un électro- aimant 48 fixé sur le logement. Lorsque l'électro- aimant 48 est excité, son champ magnétique interagit avec celui de l'aimant permanent 45 afin d'entraîner un mouvement linéaire (dans les directions de gauche et de droite si l'on regarde la figure) du piston 42. As shown, the Stirling cycle cooler 40 is attached to an object 47 to be cooled. As indicated above, in some embodiments, a heat transporting device may be used to transport heat between the object 47 and the Stirling cycle cooler 40. The Stirling cycle cooler 40 comprises two pistons 42, 44 arranged in a cylinder 46. The cylinder 46 is filled with a working gas, generally air, helium or hydrogen at a pressure equivalent to several times (for example 20 times) the atmospheric pressure. The piston 42 is coupled to a permanent magnet 45 which is located near an electromagnet 48 fixed to the housing. When the electromagnet 48 is energized, its magnetic field interacts with that of the permanent magnet 45 in order to cause a linear movement (in the left and right directions as seen in the figure) of the piston 42.
L'aimant permanent 45 et l'électro-aimant 48 offrent donc un moteur linéaire à aimant mobile. Les tailles et formes spécifiques des aimants présentés sur la figure 4 sont uniquement indiquées à titre illustratif et ne sont pas destinées à limiter la portée de l'invention. L'homme du métier comprendra également que les emplacements de l'électro-aimant et de l'aimant permanent peuvent être inversés, c'est à dire que l'électro-aimant peut être fixé sur le piston et l'aimant permanent peut être fixé sur le logement (non représenté). The permanent magnet 45 and the electromagnet 48 thus provide a linear motor with a moving magnet. The specific sizes and shapes of the magnets shown in FIG. 4 are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention. Those skilled in the art will also understand that the locations of the electromagnet and the permanent magnet can be reversed, ie that the electromagnet can be attached to the piston and the permanent magnet can be fixed on the housing (not shown).
L'électro-aimant 48 et l'aimant permanent 45 peuvent être fabriqués à partir de tous matériaux appropriés. Les bobinages et la lamination de l'électro-aimant sont de préférence sélectionnés pour résister à des températures élevées (par exemple allant jusqu'à 2600C). Dans certains modes de réalisation, les aimants permanents des moteurs linaires sont fabriqués avec un alliage de samarium-cobalt (Sm-Co) afin de fournir de bonnes performances à des températures élevées. L'électricité requise pour faire fonctionner l'électro-aimant peut être fournie par la surface, par des batteries classiques situées dans l'outil de fond de trou, par des générateurs situés au fond du trou ou par tout autre moyen connu dans l'art. The electromagnet 48 and the permanent magnet 45 may be made from any suitable materials. The coils and the lamination of the electromagnet are preferably selected to withstand high temperatures (for example up to 2600C). In some embodiments, the permanent magnets of linear motors are made of a samarium-cobalt alloy (Sm-Co) to provide good performance at elevated temperatures. The electricity required to operate the electromagnet may be provided by the surface, conventional batteries in the downhole tool, generators located at the bottom of the hole or by any other means known in the art. art.
Le déplacement du piston 42 engendre des variations du volume de gaz du cylindre 46. Le piston 44 peut se déplacer dans le cylindre 46 comme un plongeur dans les moteurs Stirling de type cinématique. The displacement of the piston 42 causes variations in the gas volume of the cylinder 46. The piston 44 can move in the cylinder 46 as a plunger in the kinematic type Stirling engines.
Le mouvement du piston 44 est déclenché par une différence de pression sur les deux côtés du piston 44. The movement of the piston 44 is triggered by a pressure difference on both sides of the piston 44.
La différence de pression provient du mouvement du piston 42. Le mouvement du piston 44 dans le cylindre 46 déplace le gaz de travail depuis la gauche du piston 44 vers la droite du piston 44, et vice-versa. Ce mouvement du gaz couplé aux processus de compression et de décompression engendre le transfert de chaleur depuis l'objet 47 jusqu'au dispositif de dissipation de la chaleur 43. Par conséquent, la température de l'objet 47 diminue. Dans certains modes de réalisation, le refroidisseur à cycle de Stirling 40 peut comprendre une masse ressort 41 afin d'aider à réduire les vibrations du refroidisseur provenant des mouvements du piston et du moteur à aimant. The pressure difference is from the movement of the piston 42. The movement of the piston 44 in the cylinder 46 moves the working gas from the left of the piston 44 to the right of the piston 44, and vice versa. This movement of the gas coupled to the compression and decompression processes causes the heat transfer from the object 47 to the heat dissipating device 43. As a result, the temperature of the object 47 decreases. In some embodiments, the Stirling cycle cooler 40 may include a spring mass 41 to help reduce chiller vibrations from piston and magnet motor movements.
Si la figure 4 présente un refroidisseur à cycle de Stirling ayant un moteur à aimant qui utilise de l'électricité pour faire fonctionner le refroidisseur à cycle de Stirling, l'homme du métier comprendra que d'autres sources d'énergie (ou mécanismes d'excitation) peuvent également être utilisées. Par exemple, le fonctionnement du refroidisseur à cycle de Stirling (par exemple les mouvements de va-et-vient du piston 42 sur la figure 4) peut être mis en oeuvre par des moyens mécaniques, par exemple un système alimenté par un fluide qui utilise l'énergie située dans le flux de boue couplé à un système de soupape et/ou à un ressort (non représenté). La pression hydraulique du flux de boue pourrait être utilisée pour pousser le piston dans une direction, alors que le ressort est utilisé pour déplacer le piston dans l'autre direction. Un système de soupape classique est utilisé pour contrôler le flux de boue vers le piston Stirling de manière intermittente. L'action coordonnée d'un système hydraulique, d'un ressort et d'un système de soupape conduit ainsi à un mouvement de va-et-vient du piston 42. If FIG. 4 shows a Stirling cycle cooler having a magnet motor that uses electricity to operate the Stirling cycle cooler, those skilled in the art will appreciate that other energy sources (or timing mechanisms) can be used. excitation) can also be used. For example, the operation of the Stirling cycle cooler (for example the reciprocating movements of the piston 42 in FIG. 4) can be carried out by mechanical means, for example a system powered by a fluid which uses the energy located in the sludge flow coupled to a valve system and / or a spring (not shown). The hydraulic pressure of the mud flow could be used to push the piston in one direction, while the spring is used to move the piston in the other direction. A conventional valve system is used to control the flow of sludge to the Stirling piston intermittently. The coordinated action of a hydraulic system, a spring and a valve system thus leads to a reciprocating movement of the piston 42.
Le mouvement du gaz vers la droite et vers la gauche du piston 44, couplé à la compression et la décompression du gaz dans le cylindre 46 par le piston 42, crée quatre états différents dans un cylindre de Stirling. La figure 5 décrit ces quatre états et les transitions entre ces états sur un schéma présentant la pression et le volume. La figure 6 illustre les autres états et la direction des mouvements des pistons 42 et 44 dans un cycle de Stirling. The movement of the gas to the right and to the left of the piston 44, coupled with the compression and decompression of the gas in the cylinder 46 by the piston 42, creates four different states in a Stirling cylinder. Figure 5 describes these four states and the transitions between these states in a diagram showing pressure and volume. Figure 6 illustrates the other states and direction of movement of the pistons 42 and 44 in a Stirling cycle.
Dans le procédé a (de l'état 1 à l'état 2), le piston 44 se déplace de la gauche vers la droite sur la figure 6, alors que le piston 42 reste stationnaire. In process a (from state 1 to state 2), piston 44 moves from left to right in FIG. 6, while piston 42 remains stationary.
Par conséquent, le volume dans le cylindre 46 (voir figure 4) reste inchangé. Le gaz de travail dans le cylindre est basculé d'un côté à l'autre du piston 44. Therefore, the volume in the cylinder 46 (see Figure 4) remains unchanged. The working gas in the cylinder is tilted from one side to the other of the piston 44.
Dans le deuxième procédé b (de l'état 2 à l'état 3), le piston 42 se déplace vers la droite, augmentant le volume dans le cylindre (représenté par le numéro de référence 46 sur la figure 4). Le moteur à aimant entraîne le mouvement du piston 42. Suite à l'augmentation du volume dans le cylindre, le gaz se dilate et absorbe la chaleur. In the second method b (from state 2 to state 3), the piston 42 moves to the right, increasing the volume in the cylinder (represented by reference numeral 46 in FIG. 4). The magnet motor drives the piston 42. As the volume in the cylinder increases, the gas expands and absorbs heat.
Dans le procédé c (de l'état 3 à l'état 4), le piston 44 se déplace vers la gauche, forçant le gaz de travail à se déplacer vers sa droite. Le volume de gaz reste inchangé. In process c (from state 3 to state 4), piston 44 moves to the left, forcing the working gas to move to its right. The volume of gas remains unchanged.
Dans le procédé d (de retour à l'état 1 depuis l'état 4), le piston 42 se déplace vers la gauche, entraîné par le moteur à aimant. Cette opération comprime le gaz de travail; la compression conduit à la libération de chaleur du gaz de travail. La chaleur libérée est dissipée depuis le dispositif de dissipation de la chaleur 43 dans la source froide ou l'environnement (par exemple la boue excavée). Cette opération termine le cycle de Stirling. Le résultat net est le transport de chaleur d'une extrémité à l'autre du dispositif. Si le dispositif Stirling est en contact thermique (soit directement ou via un mécanisme de transport) avec l'objet à refroidir (représenté par le numéro de référence 47 sur la figure 4), la chaleur peut alors être évacuée de l'objet. Par conséquent, la température de l'objet est abaissée ou la chaleur générée au niveau de l'objet peut être évacuée. In the method d (returning to state 1 from state 4), the piston 42 moves to the left, driven by the magnet motor. This operation compresses the working gas; compression leads to the release of heat from the working gas. The heat released is dissipated from the heat sink 43 into the cold source or environment (eg excavated sludge). This operation completes the Stirling cycle. The net result is the heat transport from one end to the other of the device. If the Stirling device is in thermal contact (either directly or via a transport mechanism) with the object to be cooled (represented by reference numeral 47 in FIG. 4), heat can then be removed from the object. As a result, the temperature of the object is lowered or the heat generated at the object can be evacuated.
La figure 7 présente un schéma d'un système d'évacuation de la chaleur utilisant un refroidisseur à cycle de Stirling conformément à un autre mode de réalisation de l'invention. Comme montré, un refroidisseur à cycle de Stirling 22 est couplé à une enceinte ou une chambre isolante 24. La chambre 24 est configurée avec une cavité interne 26 formée à l'intérieur et adaptée pour fournir une trajectoire d'écoulement d'air audessus du composant/des composants 23 logés à l'intérieur. La cavité 26 peut être formée en utilisant tout matériau classique connu dans l'art. Un ventilateur 27 est disposé à l'intérieur de la chambre 24 afin de faire circuler l'air autour du composant 23 à refroidir, transférant ainsi de manière active la chaleur se dissipant du composant/des composants jusqu'au côté froid du refroidisseur à cycle de Stirling 22. Le ventilateur 27 peut être actionné par l'alimentation électrique alimentant le refroidisseur à cycle de Stirling ou par un réseau d'énergie indépendant (par exemple une batterie séparée) comme connu dans l'art. Ce mode de réalisation particulier est en outre équipé d'un échangeur de chaleur 28 disposé à une extrémité de la chambre 24 afin d'augmenter l'efficacité de refroidissement sur l'interface refroidisseur/chambre et afin de refroidir l'air recyclé. L'échangeur de chaleur 28 peut être une source froide classique ou tout autre dispositif approprié tel que connu dans l'art. D'autres modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre avec des ventilateurs multiples 27 afin d'augmenter le débit d'air de refroidissement. Figure 7 shows a schematic of a heat dissipation system using a Stirling cycle cooler in accordance with another embodiment of the invention. As shown, a Stirling cycle cooler 22 is coupled to a chamber or insulating chamber 24. The chamber 24 is configured with an internal cavity 26 formed therein and adapted to provide an air flow path above the chamber. component / components 23 housed therein. The cavity 26 may be formed using any conventional material known in the art. A fan 27 is disposed within the chamber 24 to circulate air around the component 23 to be cooled, thereby actively transferring dissipating heat from the component / components to the cold side of the cycle cooler. The fan 27 may be powered by the power supply supplying the Stirling cycle cooler or by an independent power grid (eg a separate battery) as known in the art. This particular embodiment is further equipped with a heat exchanger 28 disposed at one end of the chamber 24 to increase the cooling efficiency on the chiller / chamber interface and to cool the recirculated air. The heat exchanger 28 may be a conventional heat sink or other suitable device as known in the art. Other embodiments may be implemented with multiple fans 27 to increase the cooling air flow rate.
La figure 8 présente un schéma d'un autre système d'évacuation de la chaleur utilisant un refroidisseur à cycle de Stirling conformément à un autre mode de réalisation de l'invention. Comme montré, un refroidisseur à cycle de Stirling 22 est couplé à une enceinte ou une chambre isolante 24. La chambre 24 est configurée avec un système de liquide de refroidissement 29 disposé à l'intérieur. Le système de liquide de refroidissement 29 est doté d'une boucle d'écoulement qui permet au liquide de s'écouler selon une boucle fermée depuis le composant/les composants 23 logé(s) jusqu'à un échangeur de chaleur 28 attaché sur le côté froid du refroidisseur à cycle de Stirling 22. Le système de liquide de refroidissement 29 peut être construit en utilisant des matériaux classiques connus dans l'art (par exemple, via des tubes multiples). L'échangeur de chaleur 28 peut être une source froide classique ou tout autre dispositif approprié connu dans l'art. Le liquide de refroidissement, qui peut être soit de l'eau, soit toute variante appropriée, est transporté dans la boucle d'écoulement via une pompe 30 couplée aux conduites d'écoulement et actionnée par le réseau d'énergie du refroidisseur à cycle de Stirling 22 ou en utilisant des moyens énergétiques indépendants. Fig. 8 shows a diagram of another heat dissipation system using a Stirling cycle cooler according to another embodiment of the invention. As shown, a Stirling cycle cooler 22 is coupled to an enclosure or insulating chamber 24. The chamber 24 is configured with a coolant system 29 disposed therein. The coolant system 29 is provided with a flow loop that allows the liquid to flow in a closed loop from the component (s) 23 housed to a heat exchanger 28 attached to the Cold side of the Stirling cycle cooler 22. The coolant system 29 can be constructed using conventional materials known in the art (e.g., via multiple tubes). The heat exchanger 28 may be a conventional heat sink or other suitable device known in the art. The coolant, which may be either water or any suitable variant, is conveyed in the flow loop via a pump coupled to the flow lines and actuated by the energy network of the cycle cooler. Stirling 22 or using independent energy means.
Le système de refroidisseur à cycle de Stirling de la figure 8 est présenté avec le système de liquide de refroidissement 29 agencé de manière centrale à l'intérieur de la chambre 24, de façon à ce que le composant/les composants 23 à refroidir entourent le système de liquide de refroidissement. L'homme du métier comprendra que d'autres modes de réalisation de l'invention peuvent être mis en oeuvre avec le système de liquide de refroidissement 29 ayant différentes configurations et longueurs en fonction des contraintes d'espace. Par exemple, des modes de réalisation de l'invention peuvent être mis en uvre avec le système de liquide de refroidissement configuré à l'intérieur des, ou formant les, parois de la chambre isolante (non représentée). Dans ces modes de réalisation, le système de liquide de refroidissement ne serait pas agencé de manière centrale à l'intérieur de la chambre 24. Les modes de réalisation comprenant le système de liquide de refroidissement 29 ont une efficacité de refroidissement accrue dans la mesure où le liquide récupère la chaleur dissipée dans la chambre du composant 23 et la transfert jusqu'au côté froid du refroidisseur à cycle de Stirling 22 via l'échangeur de chaleur 28. De plus, l'utilisation du liquide de refroidissement et, si souhaité dans certains modes de réalisation, de conduites de liquide de refroidissement isolées, permet une plus grande séparation spatiale entre le refroidisseur à cycle de Stirling et le composant à refroidir. The Stirling cycle cooler system of Figure 8 is shown with the coolant system 29 centrally arranged within the chamber 24, so that the component / components 23 to be cooled surround the coolant system. Those skilled in the art will understand that other embodiments of the invention can be implemented with the coolant system 29 having different configurations and lengths depending on space constraints. For example, embodiments of the invention may be implemented with the coolant system configured within, or forming the walls of, the insulating chamber (not shown). In these embodiments, the coolant system would not be centrally arranged within the chamber 24. Embodiments including the coolant system 29 have increased cooling efficiency as far as the liquid recovers the heat dissipated in the chamber of the component 23 and the transfer to the cold side of the Stirling cycle cooler 22 via the heat exchanger 28. In addition, the use of the coolant and, if desired in some embodiments of insulated coolant lines allow greater spatial separation between the Stirling cycle cooler and the component to be cooled.
Si la description ci-dessus utilise un refroidisseur à cycle de Stirling exempt de piston pour illustrer les modes de réalisation de l'invention, l'homme du métier comprendra que d'autres types de refroidisseurs à cycle de Stirling peuvent également être utilisés, y compris ceux s'appuyant sur des mécanismes cinématiques - par exemple des refroidisseurs à cycle de Stirling à double piston et des refroidisseurs à cycle de Stirling à piston et plongeur. If the above description uses a piston-free Stirling cycle cooler to illustrate the embodiments of the invention, those skilled in the art will understand that other types of Stirling cycle coolers may also be used, including including those based on kinematic mechanisms - for example, double piston Stirling cycle coolers and piston and plunger Stirling cycle coolers.
Conformément aux modes de réalisation de l'invention, les refroidisseurs à cycle de Stirling sont utilisés pour refroidir des systèmes électroniques, des sources, des capteurs ou autres parties sensibles à la chaleur qui ont besoin de fonctionner dans l'environnement difficile du fond du trou. Dans ces modes de réalisation, le composant/les composants à refroidir est/sont agencé(s) dans une chambre isolante (par exemple une flasque Dewar) etl'extrémité froide du refroidisseur à cycle de Stirling est couplée (soit directement, soit via un mécanisme de transport de la chaleur) à un côté de la chambre. Il s'est avéré qu'une quantité importante de chaleur (par exemple 150 W) pouvait être évacuée grâce aux modes de réalisation des refroidisseurs selon la présente invention. Il est ainsi possible de maintenir un environnement inférieur à 125 C pour le composant logé, même lorsque la température dans le trou de forage peut être de 175 C. Des modèles scientifiques indiquent également que les modes de réalisation de refroidisseur à cycle de Stirling selon la présente invention sont capables d'évacuer la chaleur selon un taux allant jusqu'à 400 W. Certains aspects de l'invention concernent des procédés de fabrication d'un outil de fond de trou ayant un système de refroidissement conformément à la l'invention. Un schéma d'une partie d'un outil de fond de trou comprenant un mode de réalisation de refroidisseur à cycle de Stirling selon l'invention est illustré sur la figure 2. L'homme du métier comprendra que les modes de réalisation de l'invention ne sont pas limités à un type particulier d'outils de fond de trou. L'invention peut donc être mise en oeuvre avec tout outil ou instrument adapté pour une installation souterraine, y compris des outils pour câble métallique, des outils de diagraphie pendant le forage, de mesure pendant le forage, de diagraphie pendant la remontée, des outils de tubage à serpentin, des outils de forage de sonde et avec des matériels tubulaires utilisés pour le contrôle des réservoirs. In accordance with the embodiments of the invention, Stirling cycle coolers are used to cool electronic systems, sources, sensors or other heat sensitive parts that need to operate in the difficult downhole environment. . In these embodiments, the component / components to be cooled is / are arranged in an insulating chamber (for example a Dewar flange) and the cold end of the Stirling cycle cooler is coupled (either directly or via a heat transport mechanism) to one side of the chamber. It has been found that a substantial amount of heat (e.g. 150 W) can be removed by the chiller embodiments of the present invention. It is thus possible to maintain an environment below 125 C for the component housed, even when the temperature in the borehole can be 175 C. Scientific models also indicate that the embodiments of Stirling cycle cooler according to the The present invention is capable of removing heat at a rate of up to 400 W. Aspects of the invention relate to methods of manufacturing a downhole tool having a cooling system in accordance with the invention. A diagram of a portion of a downhole tool including a Stirling cycle cooler embodiment according to the invention is illustrated in FIG. 2. Those skilled in the art will appreciate that the embodiments of the The invention is not limited to a particular type of downhole tool. The invention can therefore be implemented with any tool or instrument adapted for an underground installation, including tools for wire rope, logging tools during drilling, measurement during drilling, logging during ascent, tools of serpentine tubing, probe drilling tools and with tubular materials used for reservoir control.
La figure 9 présente un procédé de fabrication d'un outil de fond de trou selon un mode de réalisation de l'invention. Comme montré, le procédé 70 comprend l'agencement d'une chambre isolante dans un outil de fond de trou (étape 72). La chambre isolante peut être une flasque Dewar ou une chambre constituée d'un matériau isolant approprié pour une utilisation au fond d'un trou. Dans certains modes de réalisation, la chambre isolante peut être formée par une découpe sur le corps de l'outil isolant (non représentée). Les systèmes électroniques qui doivent fonctionner à des températures relativement basses sont alors placés dans la chambre isolante (étape 74). En guise de variante, les systèmes électroniques, les sources ou les capteurs peuvent être placés dans la chambre isolante avant que cette dernière ne soit placée dans l'outil de fond de trou. Un refroidisseur à cycle de Stirling est alors agencé dans l'outil de fond de trou (étape 76). Il convient de noter que l'ordre relatif du placement du refroidisseur à cycle de Stirling et de la chambre isolante n'est pas important, c'est-à-dire que le refroidisseur à cycle de Stirling peut être placé dans l'outil avant la chambre isolante. De préférence, le refroidisseur à cycle de Stirling est placé à proximité de la chambre isolante. Cependant, si des contraintes de place ne permettent pas le placement du refroidisseur à cycle de Stirling à proximité de la chambre isolante, le refroidisseur à cycle de Stirling peut être placé à une certaine distance de la chambre isolante et un mécanisme de transport de la chaleur peut être interposé entre les deux pour conduire la chaleur depuis la chambre jusqu'au refroidisseur à cycle de Stirling. Figure 9 shows a method of manufacturing a downhole tool according to one embodiment of the invention. As shown, the method 70 includes arranging an insulating chamber in a downhole tool (step 72). The insulating chamber may be a Dewar flange or a chamber made of an insulating material suitable for use at the bottom of a hole. In some embodiments, the insulating chamber may be formed by a cut-out on the body of the insulating tool (not shown). Electronic systems that must operate at relatively low temperatures are then placed in the insulating chamber (step 74). Alternatively, the electronic systems, sources or sensors may be placed in the insulating chamber before it is placed in the downhole tool. A Stirling cycle cooler is then arranged in the downhole tool (step 76). It should be noted that the relative order of placement of the Stirling cycle cooler and the insulating chamber is not important, i.e., the Stirling cycle cooler can be placed in the front tool the insulating chamber. Preferably, the Stirling cycle cooler is placed near the insulating chamber. However, if space constraints do not permit placement of the Stirling cycle cooler near the insulating chamber, the Stirling cycle cooler can be placed at a distance from the insulating chamber and a heat transport mechanism. can be interposed between the two to conduct heat from the chamber to the Stirling cycle cooler.
La figure 10 présente un procédé permettant de refroidir un capteur ou un système électronique agencé dans un outil de fond de trou conformément à l'invention. Le procédé 100 comprend la prévision d'un refroidisseur à cycle de Stirling dans l'outil de fond de trou à proximité du capteur ou du système électronique (étape 105) ; et l'excitation du refroidisseur à cycle de Stirling de manière à ce que la chaleur soit évacuée du capteur ou du système électronique (étape 110). Figure 10 shows a method for cooling a sensor or an electronic system arranged in a downhole tool according to the invention. Method 100 includes providing a Stirling cycle cooler in the downhole tool near the sensor or electronic system (step 105); and energizing the Stirling cycle cooler such that heat is removed from the sensor or electronic system (step 110).
Les avantages de la présente invention comprennent l'amélioration des techniques de refroidissement/réfrigération pour des outils de fond de trou. Un système de refroidissement selon les modes de réalisation de l'invention peut maintenir les composants au fond du trou à des températures significativement plus basses, permettant à ces composants d'obtenir de meilleures performances et des durées de vie plus longues. Les systèmes de refroidissement selon les modes de réalisation de l'invention ont des systèmes fermés, avec des parties effectuant un déplacement minimal, assurant ainsi un fonctionnent sans heurt et tranquille et offrant un avantage majeur en qualifiant les instruments pour les chocs et les vibrations. The advantages of the present invention include the improvement of cooling / refrigeration techniques for downhole tools. A cooling system according to the embodiments of the invention can keep the downhole components at significantly lower temperatures, allowing these components to achieve better performance and longer service lives. The cooling systems according to the embodiments of the invention have closed systems, with minimal displacement parts, thus ensuring a smooth and quiet operation and offering a major advantage in qualifying the instruments for shock and vibration.
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