一种用于井下仪器的发热部件散热的冷却装置及方法与流程

本发明涉及井下工具冷却领域，特别是一种用于井下仪器的发热部件散热的冷却装置及方法。

背景技术：

在钻井操作时或钻井操作后，可以使用下井仪器串或井下仪器等不同的仪器去评估地层或执行其他任务。这些仪器的电子或可移动部分会散发热量。在一些案例中，这种散热可能会导致仪器检测性能下降或检测失败。当在高温井中使用仪器，会加剧这种情况。

因此，亟待研究用于井下仪器的发热部件散热的冷却装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种用于井下仪器的发热部件散热的冷却装置及方法，利用井下工具中的管线中的流体来对发热部件进行热交换散热冷却。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种用于井下仪器的发热部件散热的冷却装置，包括通过连接构件固定在井下仪器的外壳内的由导热材料制成的底盘、安装在底盘上的发热电气部件，以及纵向延伸穿过底盘和连接构件上纵向开设的圆柱形通道的由导热材料制成的管线，管线的外壁与圆柱形通道的内表面相接触，所述管线的末端与设置在井下仪器的外壳底部外侧的探针连通，探针与底盘之间的管线上连接有设于井下仪器外壳内的泵，管线的顶端延伸至井下仪器的外壳上方的出口。

进一步，所述连接构件为圆盘形，其外径与等于井下仪器的外壳的内径，所述连接构件设置于井下仪器的外壳的内表面。

进一步，所述底盘包括由导热材料制成的第一构件和第二构件，第一构件和第二构件通过紧固装置固定在一起，第一构件与第二构件的相对侧沿着纵向对称开设有贯穿第一构件的第一弧形凹槽和第二弧形凹槽，第一弧形凹槽和第二弧形凹槽组成用于安装管线贯穿的圆柱形通道。

进一步，所述管线与圆柱形通道之间填充导热膏。

进一步，所述连接构件设置一个以上。

另外，本发明还提供了一种用于井下仪器的发热部件散热的冷却方法，使用上述用于井下仪器的发热部件散热的冷却装置对发热电气部件冷却，具体步骤如下：通过井下仪器外壳内的泵从地层中抽取流体至管线中，管线中流体通过底盘时与底盘进行热交换，达到对发热电气部件进行散热冷却的目的。

与现有技术相比，本发明结构结构简单，可以直接设置于井下工具外壳内，通过井下仪器外壳内的泵从地层中抽取流体至管线中，管线中流体通过底盘时与底盘进行热交换，达到对发热电气部件进行散热冷却的目的，对井下工具中的发热电器部件的散热冷却速度快，效果好，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例中井下仪器中的用于井下仪器的发热部件散热的冷却装置的示意图。

图2是为图1的剖视图。

图3是为本发明另一种实施例的底盘的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，是从地下地层10采样流体的井下设备的井下地层流体采样仪器50的示例性实施方式，下文中称为井下仪器50。井下仪器50在井筒11内被输送到地下地层10，并且在随后清理操作期间从地层10泵送地层流体，之后在样本容器74中收集地层流体的样本。

在所示的示例中，井下仪器50由电缆52在井筒11中输送，就是从井眼表面12处放下绞盘54缠绕的多芯电缆。井场52可以电场耦合到井场地面设备56，以便在井下仪器50和井场地面设备56之间传递各种控制信号和记录信息。

井下仪器50包括探针模块58，泵出模块60和样品模块62。然而，其他布置和/或模块也可以构成井下仪器50。

探针模块58包括流体连通器，例如探针64，以流体密封并以其他方式接合地层10，用于将流体从地层10传送到井下仪器50中。探针64和/或其他流体连通可以从井下仪器50延伸到与井筒11的侧壁接触。然而，探针模块58也可以由一个或多个机械装置66与筒壁相顶。机械装置66包括活塞和/或其他装置，以改善密封接合性，并以此改善地层10和探头64之间的流体连通。作为探针64的替代或补充，探针模块58可包括一个或多个封隔器元件(图中未示)，其机械和/或液压膨胀或可膨胀以接触井筒11的侧壁，从而隔离一部分井筒11用于取样。探针模块58还可以包括电子器件，电池，传感器和/或液压部件，可用于操作探针64和机械装置66。

泵出模块60包括泵68，使用泵68可产生压差，探针64通过该压差吸入地层流体和推动流体，通过井下仪器50的管线70。泵68产生由机电，液压和/或其他类型的泵形成流体，流体从探针模块58到样品模块62，之后从井下仪器50出来并经由出口76进入井筒11。泵68可使连接到齿轮箱和电动机的滚珠丝杠驱动的活塞做位移单元(du)操作。可以通过位于泵出模块60中的其他部件或者通过单独的发电模块(图中未画出)向泵68供电。

泵68使流体移动经过发热部件320，发热部件320可驱动或控制泵68。发热部件320可以通过连接到底盘330而保持在泵出模块60的壳体61内，底盘330通过一个或多个附件350固定到壳体61。在采样操作期间，泵68使地层流体通过管线70朝向样本模块62移动。

泵出模块60和/或井下仪器50的另一部分还可包括流体分析器72。流体分析器72可以包括光谱仪，其可在地层流体流过管线70时测量地层流体的特性。流体分析器72可位于泵68的下部分(如图所示)或上部分。流体分析器72可以感测地层流体的光密度(od)。通过流体分析器72收集的数据可用于控制井下仪器50。例如，井下工具50可以以泵出或“清理”模式工作，直到地层流体流过管线70(并且经由出口76返回井筒11)呈现清洁地层流体样品的特征，好比当泵送流体基本上包括具有少量钻井液和/或其他污染物的天然地层流体，流体特征可通过流体分析器72和/或井下仪器50的其他传感器检测或以其他方式确定。然后可以开始采样，通过控制阀门63以将管线中的流体重定向至一个或多个样品容器74，而不是通过出口76将流动重定向到井筒。

样品模块62可包括一个或多个样品容器74，用于收集地层流体的样品。可以一次一个地填充样品容器74，并且一旦填充样品容器74，其相应的阀门可以移动到关闭位置以密封样品容器74。

作为本发明的一个实施例，如图2所示，本实施例提供一种用于井下仪器的发热部件散热的冷却装置，包括通过连接构件350固定在井下仪器50的外壳61内的由导热材料制成的底盘330、安装在底盘330上的发热电气部件320，以及纵向延伸穿过底盘330和连接构件350上纵向开设的圆柱形通道332的由导热材料制成的管线70，管线70的外壁与圆柱形通道332的内表面相接触，所述管线70的末端与设置在井下仪器50的外壳61底部外侧的探针64连通，探针64与底盘330之间的管线70上连接有设于井下仪器外壳内的泵68，管线70的顶端延伸至井下仪器50的外壳61上方的出口进入井筒11，流体从探针模块58到样品模块62，之后从井下仪器50出来并经由出口76进入井筒11，流体在管线70中流动过程中经过底盘330时即可将底盘330上的发热电气部件320产生的热量随管线70内的流体带到井筒11。

图1中所示的管线70在图2中由双管线370描绘，每个双管线370纵向延伸穿过底盘330。

外壳61可以是一个或多个由钢和/或其他金属或金属合金形成的基本上为圆柱形的构件。连接构件350大致为盘形，其外径基本上约等于或等于外壳61的内径，并且通过螺纹紧固件和/或其他紧固装置粘合/干涉/摩擦固定到外壳61的内表面。连接构件350沿着底盘330纵向定位在各个位置处。多个连接构件350可以将底盘330固定在壳体61内。

如图2所示，本实施例的底盘330也可由钢、inconel和/或其他导热材料构成，以便将热量从发热部件320传递到双管线370。例如，底盘330由具有至少100w/m/°k的导热率的材料构成。与双管线370一样，底盘330的导热率越高，到双管线370的热传递速率越大，双管线370内的流体流动时的散热速率越大。底盘330包括圆柱形通道332和其接收相应的双管线370。因此，每个双管线370圆柱形的外表面可以与相应的一个圆柱形通道332的圆柱形外表面接触。在每条双管线370和相应圆柱形通道332之间可以使用导热膏(图中未示)，以帮助消除气隙并增加底盘330和双管线370之间的热传导。底盘330还可以包括一个或多个附加通道334，其保持打开以用于布线电缆等。

如上所述，发热电气部件320可包括用于驱动井下仪器50的各种部件的芯片，电气装置和其他电路，例如泵68。如果不使用本实施例的冷却系统，则发热电气部件320可产生足以引起过热和损坏的热量。发热电气部件320可以齐平安装到底盘330，使得在发热电气部件320和底盘330之间不存在间隙。也可以在发热电气部件320和底盘330之间使用导热膏。

由发热电气部件320产生的热量经底盘330传导到双管线370。当流体被泵送过双管线370并经由出口76进入井筒11时，双管线370中的流体散发从发热的电气部件320传导的热量。例如，如果使用一千瓦(kw)功率，以约10立方厘米/秒(cc/sec)的流速操作泵68，则发热部件320产生大约50w的热量。在现有的设计中，发热部件附接到散热器，散热器将热量传递到井下工具的外壳，使得热量在井筒11内的停滞流体中消散，导致井下工具内的温度升高，约37℃，高于停滞的井筒流体的温度。然而，利用本实施例的冷却系统，温度升高可以限制在约18℃。高于停滞的井筒流体的温度。通常，通过双管线370的较高流速的流体可以消散更多的热量。

作为本发明的另一种本实施例，如图3所示，底盘330包括第一构件331和第二构件333，每个构件由导热材料形成，第一构件331和第二构件33通过紧固装置固定在一起，第一构件331与第二构件333的相对侧沿着纵向对称开设有贯穿第一构件331的第一弧形凹槽335和第二弧形凹槽337，因使用的是双管线370，所以第一弧形凹槽335和第二弧形凹槽337均为两个，两个第一弧形凹槽335和两个第二弧形凹槽337组成用于安装双管线370贯穿的圆柱形通道332。为清楚起见，双管线370(其中一个管线从图3中的视图中移除)分别保持在圆柱形通道332内。

例如，在将双管线370固定在第一弧形凹槽335和第二弧形凹槽337之间之后，第一构件331和第二构件333通过螺纹紧固件，粘合剂和/或其他紧固装置彼此固定。因此，每条双管线370基本上与第一弧形凹槽335和第二弧形凹槽337中的一个表面接触。在每个双管线370和第一弧形凹槽335和第二弧形凹槽337之间可使用导热膏(图中未示)，以帮助消除气隙并增加第一构件331和第二构件333与双管线370之间的热传导。在第一弧形凹槽335和第二弧形凹槽337之间和之外，配合表面336和338基本上是相平的，因此基本上是表面接触，但也可以使用导热膏。第一构件331还可以包括一个或多个附加通道334，其保持打开可以用于引导电缆等。

发热电气元件320可以安装在底盘构件331上，如图3所示。然而，一个或多个发热电气部件320也可以与底盘构件333重叠，从而提供用于朝向双管线370热传导的附加路径。发热电气部件320可以齐平安装到第一构件331和第二构件333，使得在发热电气部件320和第一构件331和第二构件333之间不存在间隙。在发热电气元件320和第一构件331和第二构件333之间也可以使用导热膏。

上述示例通常涉及使用导热材料的底盘构件，以及保持在底盘构件的类似圆柱形表面中的管线。然而，在本内容的其他方法中，管线可以不保持在底座构件的类似圆柱形的表面中，例如其中管线保持在底盘构件的表面中，其由平面或非圆柱形部分组成。

使用上述冷却装置对井下仪器内的发热电器部件冷却时，将发热电气部件固定在底盘330上，开启泵68，通过泵68从地层中抽取流体至管线70或双管线370中，管线70或双管线370中流体通过底盘330时与底盘330进行热交换，达到对发热电气部件进行散热冷却的目的。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。