[发明专利]一种主动式井下仪表热管理系统及方法

说明书

本发明公开一种主动式井下仪表热管理系统及方法，包括承压腔、保温腔、翅片、芯片盒、半导体制冷片、导热铜块和半圆弧铜瓦；保温腔靠近顶部的位置有设有一个缺口；芯片盒安装于所述缺口中；芯片盒内部依次装有半导体制冷片、导热铜块和半圆弧铜瓦；半导体制冷片的冷端紧贴芯片盒；半导体制冷片热端紧贴导热铜块，导热铜块紧贴半圆弧铜瓦；半圆弧铜瓦位于保温腔的外表面；翅片设置于保温腔内；翅片顶部固定在芯片盒外部；保温腔的两端设有密封端盖；保温腔安装于承压腔内部，半圆弧铜瓦与不锈钢承压腔的内表面相接触。本发明通过内置冷却装置将常温电子器件保护起来，对测井仪表内部的温度场实现持续的冷却和热管理，利用常温芯片实现高温测井。

技术领域

本发明涉及石油勘探与开采中井下高温仪表技术领域，特别涉及一种主动式井下仪表热管理系统及方法。

背景技术

在石油钻井行业中，经常要对地质结构和油藏资源等参数进行测量和分析。通常需要把专门的电子仪器仪表伸入到井眼里进行相关物理量的测量，对井下各个深度的地层参数进行详细记录。这就是所谓的测井。在石油钻探和开采过程中，经常需要进行大量的测井活动。此外，地下水，地热和矿物勘探等活动中也经常用到测井。

通常井口越深，井下环境温度就越高，压力也越大。一般地，井下温度随着井深的增加以大约25℃/km的梯度升高，个别地区温度梯度还会更大些。井下的高温高压环境对测井仪表是巨大的考验。特别是高温问题，很容易造成仪表的信号失真以及电子元器件的过热损坏。对于井下高压问题，一般可以采用外加承压钢筒，将测井仪表包裹在足够具有壁厚的承压腔内。然而，针对井下高温问题，目前还没有特别成熟耐用的产品。目前工业界有的采用相变材料包裹电子元器件，利用相变吸热的原理来延缓电子元器件温度的升高。当相变材料的相变过程彻底完成后便丧失了继续对电子元器件进行高温保护的能力，所以这种方案仅能实现数小时的暂态保护，尚不能实现长时间的持续井下高温作业。国际上也有人致力于研发耐高温的电子材料，开发耐高温的电子元器件。问题是高温芯片的价格一般特别昂贵，寿命一般也较短。更重要的是，在国际上高温芯片通常属于保护产品，其出口受到严格的管制，购买难度很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主动式井下仪表热管理系统及方法，以解决上述技术问题。本发明通过内置冷却装置将市场上容易获得的常温电子器件保护起来，对测井仪表内部的温度场实现持续的冷却和热管理，利用常温芯片去实现高温芯片的高温测井功能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种主动式井下仪表热管理系统，包括承压腔、保温腔、翅片、芯片盒、半导体制冷片、导热铜块和半圆弧铜瓦；保温腔靠近顶部的位置有设有一个缺口；芯片盒安装于所述缺口中；芯片盒内部依次装有半导体制冷片、导热铜块和半圆弧铜瓦；半导体制冷片的冷端紧贴芯片盒；半导体制冷片热端紧贴导热铜块，导热铜块紧贴半圆弧铜瓦；半圆弧铜瓦位于保温腔的外表面；翅片设置于保温腔内；翅片顶部固定在芯片盒外部；保温腔的两端设有密封端盖；保温腔安装于承压腔内部，半圆弧铜瓦与不锈钢承压腔的内表面相接触。

进一步的，翅片为铜制波纹多孔翅片；翅片的长度方向与安装于保温腔内的测井仪表PCB主板的方向一致。

进一步的，承压腔的底部有一阶梯状结构，将保温腔与保温腔的底端密封端盖在轴向固定。

进一步的，保温腔的底端密封端盖为有机耐高温绝热材料制成，其中心开有用于导线引出的通孔；底端密封端盖的内侧开有一圆槽，翅片底部设有一个尖嘴，尖嘴插入圆槽中。

进一步的，保温腔的顶端密封端盖包括与保温腔内壁配合的小圆周面和与承压腔的内壁配合的大圆周面；温腔的顶端密封端盖为有机耐高温绝热材料制成；热膨胀时，顶端密封端盖的膨胀量大于金属制成承压腔的热膨胀量，保证承压腔内壁周向密封。