[發(fā)明專利]一種主動(dòng)式井下儀表熱管理系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710375593.3
• 申請(qǐng)日: 2017-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107178930B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭波濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 彭波濤
• 主分類號(hào): F25B21/02
• 分類號(hào): F25B21/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開(kāi)一種主動(dòng)式井下儀表熱管理系統(tǒng)及方法，包括承壓腔、保溫腔、翅片、芯片盒、半導(dǎo)體制冷片、導(dǎo)熱銅塊和半圓弧銅瓦；保溫腔靠近頂部的位置有設(shè)有一個(gè)缺口；芯片盒安裝于所述缺口中；芯片盒內(nèi)部依次裝有半導(dǎo)體制冷片、導(dǎo)熱銅塊和半圓弧銅瓦；半導(dǎo)體制冷片的冷端緊貼芯片盒；半導(dǎo)體制冷片熱端緊貼導(dǎo)熱銅塊，導(dǎo)熱銅塊緊貼半圓弧銅瓦；半圓弧銅瓦位于保溫腔的外表面；翅片設(shè)置于保溫腔內(nèi)；翅片頂部固定在芯片盒外部；保溫腔的兩端設(shè)有密封端蓋；保溫腔安裝于承壓腔內(nèi)部，半圓弧銅瓦與不銹鋼承壓腔的內(nèi)表面相接觸。本發(fā)明通過(guò)內(nèi)置冷卻裝置將常溫電子器件保護(hù)起來(lái)，對(duì)測(cè)井儀表內(nèi)部的溫度場(chǎng)實(shí)現(xiàn)持續(xù)的冷卻和熱管理，利用常溫芯片實(shí)現(xiàn)高溫測(cè)井。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石油勘探與開(kāi)采中井下高溫儀表技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種主動(dòng)式井下儀表熱管理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在石油鉆井行業(yè)中，經(jīng)常要對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和油藏資源等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和分析。通常需要把專門的電子儀器儀表伸入到井眼里進(jìn)行相關(guān)物理量的測(cè)量，對(duì)井下各個(gè)深度的地層參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。這就是所謂的測(cè)井。在石油鉆探和開(kāi)采過(guò)程中，經(jīng)常需要進(jìn)行大量的測(cè)井活動(dòng)。此外，地下水，地?zé)岷偷V物勘探等活動(dòng)中也經(jīng)常用到測(cè)井。

通常井口越深，井下環(huán)境溫度就越高，壓力也越大。一般地，井下溫度隨著井深的增加以大約25℃/km的梯度升高，個(gè)別地區(qū)溫度梯度還會(huì)更大些。井下的高溫高壓環(huán)境對(duì)測(cè)井儀表是巨大的考驗(yàn)。特別是高溫問(wèn)題，很容易造成儀表的信號(hào)失真以及電子元器件的過(guò)熱損壞。對(duì)于井下高壓?jiǎn)栴}，一般可以采用外加承壓鋼筒，將測(cè)井儀表包裹在足夠具有壁厚的承壓腔內(nèi)。然而，針對(duì)井下高溫問(wèn)題，目前還沒(méi)有特別成熟耐用的產(chǎn)品。目前工業(yè)界有的采用相變材料包裹電子元器件，利用相變吸熱的原理來(lái)延緩電子元器件溫度的升高。當(dāng)相變材料的相變過(guò)程徹底完成后便喪失了繼續(xù)對(duì)電子元器件進(jìn)行高溫保護(hù)的能力，所以這種方案僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)小時(shí)的暫態(tài)保護(hù)，尚不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)井下高溫作業(yè)。國(guó)際上也有人致力于研發(fā)耐高溫的電子材料，開(kāi)發(fā)耐高溫的電子元器件。問(wèn)題是高溫芯片的價(jià)格一般特別昂貴，壽命一般也較短。更重要的是，在國(guó)際上高溫芯片通常屬于保護(hù)產(chǎn)品，其出口受到嚴(yán)格的管制，購(gòu)買難度很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種主動(dòng)式井下儀表熱管理系統(tǒng)及方法，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)內(nèi)置冷卻裝置將市場(chǎng)上容易獲得的常溫電子器件保護(hù)起來(lái)，對(duì)測(cè)井儀表內(nèi)部的溫度場(chǎng)實(shí)現(xiàn)持續(xù)的冷卻和熱管理，利用常溫芯片去實(shí)現(xiàn)高溫芯片的高溫測(cè)井功能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種主動(dòng)式井下儀表熱管理系統(tǒng)，包括承壓腔、保溫腔、翅片、芯片盒、半導(dǎo)體制冷片、導(dǎo)熱銅塊和半圓弧銅瓦；保溫腔靠近頂部的位置有設(shè)有一個(gè)缺口；芯片盒安裝于所述缺口中；芯片盒內(nèi)部依次裝有半導(dǎo)體制冷片、導(dǎo)熱銅塊和半圓弧銅瓦；半導(dǎo)體制冷片的冷端緊貼芯片盒；半導(dǎo)體制冷片熱端緊貼導(dǎo)熱銅塊，導(dǎo)熱銅塊緊貼半圓弧銅瓦；半圓弧銅瓦位于保溫腔的外表面；翅片設(shè)置于保溫腔內(nèi)；翅片頂部固定在芯片盒外部；保溫腔的兩端設(shè)有密封端蓋；保溫腔安裝于承壓腔內(nèi)部，半圓弧銅瓦與不銹鋼承壓腔的內(nèi)表面相接觸。

進(jìn)一步的，翅片為銅制波紋多孔翅片；翅片的長(zhǎng)度方向與安裝于保溫腔內(nèi)的測(cè)井儀表PCB主板的方向一致。

進(jìn)一步的，承壓腔的底部有一階梯狀結(jié)構(gòu)，將保溫腔與保溫腔的底端密封端蓋在軸向固定。

進(jìn)一步的，保溫腔的底端密封端蓋為有機(jī)耐高溫絕熱材料制成，其中心開(kāi)有用于導(dǎo)線引出的通孔；底端密封端蓋的內(nèi)側(cè)開(kāi)有一圓槽，翅片底部設(shè)有一個(gè)尖嘴，尖嘴插入圓槽中。

進(jìn)一步的，保溫腔的頂端密封端蓋包括與保溫腔內(nèi)壁配合的小圓周面和與承壓腔的內(nèi)壁配合的大圓周面；溫腔的頂端密封端蓋為有機(jī)耐高溫絕熱材料制成；熱膨脹時(shí)，頂端密封端蓋的膨脹量大于金屬制成承壓腔的熱膨脹量，保證承壓腔內(nèi)壁周向密封。