[發明專利]井下工具用的冷卻系統

無效

• 申請號: 200810083434.7
• 申請日: 2008-03-05
• 公開（公告）號: CN101328800A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 安東尼·古德溫;羅伯特·霍姆斯
• 申請（專利權）人: 普拉德研究及開發股份有限公司
• 主分類號: E21B47/01
• 分類號: E21B47/01;E21B47/12;E21B49/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王新華

技術領域

[0001]本發明通常涉及在高溫環境中用于保持井下工具及其部件在期望的溫度范圍的技術，并且更具體地，涉及與井下工具一起使用的熱聲冷卻系統。

背景技術

[0002]在烴和水開采和生產領域已知多種測井和監控技術。這些技術使用井下工具或儀器，配置適合經橫穿礦井發射能量的源。發射的能量穿過礦井流體(“泥漿”)并進入周圍地層，以產生由一個或多個傳感器探測和測量的信號，其典型地也位于井下工具上。通過處理探測的信號數據，可以取得地層屬性的輪廓。

[0003]井下工具包括多個發射源和用于測量多種參數的傳感器，在線纜、電纜或鉆柱的端部可下降進入礦井。經線纜/電纜，由傳感器收集的數據被送到地面處理中心。利用這種類型的電纜測井，測量作為深度的函數的礦井和地層參數變得可能，例如當工具正向井上拉時。

[0004]作為電纜測井技術的一種選擇是在鉆井過程期間收集井下條件的數據。通過在鉆井過程期間收集和處理信息，操作人員能夠修改或校正操作的關鍵步驟，以使實時性能最優。鉆井操作期間，用于收集礦井條件和鉆井組件的運動的數據的方案稱作隨鉆測量(MWD)技術。比對鉆井組件的運動更關注地層參數的測量的類似技術稱作隨鉆測井(LWD)。

[0005]隨下鉆測井(LWT)是對LWD和MWD技術的另一選擇。在LWT中，剛好在鉆桿被拉出前，在鉆頭運動結束時，小直徑“下入”工具經鉆桿送入井下。隨著鉆柱縮回或從孔起出來，該下入工具用于測量井下物理數量。在起出期間，測量數據被記錄在工具存儲器中，作為時間的函數。在地面，對于起出，第二套設備記錄鉆頭深度與時間的比值，并且它允許深度測量。

[0006]圖1顯示了設置在穿透地下地層10的鉆井11中的傳統測井工具12。經由電纜控制機構14，該測井工具12可被布置在電纜13上。另外，測井工具12可被連接到可包括計算機(未顯示)的地面設備15。

[0007]井下工具曝露于極端溫度(高達260℃)和壓力(高達30,000psi并且未來可能高達40,000psi)。在深井中可能出現的473K(245℃)或更高的操作溫度已超過多數測井工具的工作溫度。為了鉆得更深，需要開發新的工具。

[0008]井下工具典型地配置敏感部件(例如，電子裝置組件和機械密封件)，其通常未設計用于這種苛刻環境。在電子部件的制造商中的趨勢是滿足大容量商業市場，很難找出井下工具用的部件。同時，隨著更容易開采的資源的耗盡，油田工業正向著更深和更熱的儲層開采。結果，迫切需要允許敏感的電子部件在高溫條件下工作的方法或設備。

[0009]重新設計硅芯片以在高溫時工作成本很高，并且對開發時間具有明顯的影響，并且從而投入市場的時間。可選方案在于具有保護電子部件防止高溫環境的系統。傳統技術包括將敏感部件與炎熱環境隔離，諸如將它置于真空瓶中。這種技術僅能夠有限時間地保護工具，并且真空瓶的屬性使其固有地易碎。

[0010]可選地，現有設備能夠進行改造以包括主動冷卻系統。不僅電子裝置需要冷卻，而且系統中的一些機械部件也需要，或者用于儲層烴取樣。能夠為井下工具中的熱保護電子部件提供多瓦特制冷的冷卻系統將使得能夠使用以其它方式不適合高溫應用的電子和傳感器技術。這將減小有關高溫電子裝置的開發和應用的不斷增加的成本，并且使得可以將新技術引入地下開采和生產。井下工具使用的冷卻系統需要裝配在工具中的有限空間中。井下工具中使用主動冷卻的實例可在Revellat等人的美國專利應用發布第20050097911號找出，其公開了具有Stirling冷卻系統的井下工具。

[0011]雖然已提出了一些用于井下工具中的冷卻系統，仍然需要改進的用于井下工具的冷卻/制冷技術。

發明內容

[0012]本發明的一個方面涉及井下工具用的冷卻系統。根據本發明的一個實施例的冷卻系統，包括：設置在井下工具中的絕熱腔，其中：絕熱腔適于容納將冷卻的物體；設置在井下工具中的熱聲冷卻器，其中：熱聲冷卻器具有配置以去除來自絕熱腔的熱量的冷端和配置以消散熱量的熱端；和能量源，用于在熱聲冷卻器中產生聲波。

[0013]本發明的一個方面涉及用于構造井下工具的方法。根據本發明的一個實施例的方法，包括：將要冷卻的物體放置在井下工具中的絕熱腔中；和將熱聲制冷器放置在井下工具中，接近絕熱腔，以便：熱聲制冷器被配置以從絕熱腔去除熱量。