散热装置的制作方法

专利名称：散热装置的制作方法
技术领域：
本公开一般涉及打孔(borehole )工具系统，并且更具体地涉及井下工具 的散热装置。
背景技术：
开采储藏井(reservoir well)涉及钻孔(drilling)地下地层和监视各种地 下地层参数。钻孔和监视典型地涉及使用具有高功率电子设备的井下 (downhole)工具。在操作期间，电子设备产生经常在井下工具中增大(build up)的热量。该增大的热量可能对井下工具的操作有害。用于散热的传统技 术涉及在井下工具中使用散热片。另一个传统的技术涉及使用蒸发-冷凝循环 热管，其使用无源流动毛细管作用(passive flow capillary action),将热量从 热源带走。在蒸发-冷凝循环中，封闭的环形热管中的流体在吸热时蒸发。在 气态，蒸汽使用被动流动毛细管作用将量热带走。冷却时，蒸气冷凝成流体， 其能再次蒸发以便以气态传输另外的热。

实用新型内容
本实用新型所要解决的是如上所述现有技术中问题，提供一种与上述现 有技术的结构不同的用于井下工具的散热装置，可以有效地将井下工具在作 业中产生的热量带走。
根据本实用新型的一个方面，散热装置包括主体，其具有第一外表面、 第一流体入口和第一流体出口；以及村垫，其具有通过其形成的通道，其中 该通道包括配合到主体的第一流体出口的第二流体入口 、配合到主体的第一 流体入口的第二流体出口和具有延伸到通道中的至少 一个突起的第 一 内表 面。
根据本实用新型的另一个方面，散热装置包括主体；第一流入通道，其 沿主体的一部分延伸而将第一流体部分带向第一发热件，其中第一流入通道 包括通道表面和从通道表面延伸到第一流入通道中的至少一个突起；以及连接到第 一流入通道的流出通道，将第 一流体部分从发热件带走。
采用本实用新型的散热装置，可以有效地将井下工具在作业中产生的热
量带走。


图1图示可以配置其以使用此处描述的示例装置的钻机(drilling rig)和
钻柱(drill string )。
图2图示可以配置其以使用此处描述的示例装置的、具有悬挂在井筒 (wellbore)中的钢索(wireline)工具的井筒的剖面图。
图3描述用于从发热组件散热的、可以在图1的钻柱和/或图2的钢索工
具中实现的示例装置的方块图。
图4A描述示例装置的侧面剖视图和图4B描述其剖面端视图(end view),
可以使用该示例装置，以通过将流体朝发热设备移动和从发热设备移走而从
发热设备散热。
图5是图4A和4B的示例装置的立体图(isometric view )。
图6A是图4A、 4B和5的示例装置的底盘衬垫的立体图。
图6B是图4A、 4B、 5和6A的底盘衬垫的剖面端视图。
图6C是图4A、 4B、 5、 6A和6B的底盘衬垫的剖面侧视图。
图7A描述另一个示例装置的剖面侧视图，并且图7B描述其剖面端视图，
该示例装置具有实例热交换器延伸部分(extension)以从发热设备散热。 图8是图7A和7B的实例热交换器延伸部分的立体图。 图9是示出发热设备的温度和通过图4的示例装置的流体流动速率之间
的关系的图。
图IO是代表可以用来利用图4和7的示例装置来散热的实例方法的流程图。
具体实施方式
某些实例示于上述图中，并且在以下详细描述。在描述这些实例中，相 似或相同的参考标号用来识别共同或相似的元素。各图不必符合比例，并且 为了清楚和/或简明，各图的某些特征和某些视图可能在比例上或示意上放大 示出。图1图示实例钻机110和钻柱112,其中在此处描述的示例装置和方法
能够用于从发热元件散热。在图示的实例中，基于陆地的平台和钻架(derrick) 组件110位于穿透地下地层F的井筒W上。在图示的实例中，井筒W由旋 转钻井以众所周知的方式形成。然而，从本公开受益的本领域普通技术人员 将认识到，本实用新型还在连同旋转钻井的定向钻井应用中找到应用，并且 此处描述的示例装置和方法不限于基于陆地的钻机。
钻柱112悬挂在井筒W内并且包括在其下端的钻头115。钻柱112由转 盘116转动，该转盘116在钻柱112的上端啮合方钻杆117。钻柱112从大钩 118悬挂，通过传动钻杆117和旋转水龙头(rotary swivel )119附于滑动块(未 显示)，该滑动块允许钻柱112相对于大钩118旋转。
钻井流体或泥浆126存储在井点处形成的泥浆池127中。提供泵129 以将钻井流体126经在水龙头119中的端口 (未显示)运送到钻柱112的内 部，这导致钻井流体126沿大体由箭头109表示的方向通过钻柱112向下流 动。钻井流体126经在钻头115中的端口 (未显示)退出钻柱112,然后钻 井流体126沿大体由箭头132表示的方向，经在钻柱112的外部和井筒W的 壁之间的环体128向上流动。以此方式，钻井流体126润滑钻头115，并且 随着它返回到循环用的泥浆池127,将地层岩屑带到表面。
钻柱112还包括在钻头115附近的底孔组件100 (例如在距离钻头115 的几钻铤长度内)。底孔组件100包括下述的钻铤，以连同表面/局部通信子 组件140测量、处理和存储信息。
在图示的实例中，钻柱112还装配有稳定器套管134。稳定套管用于处 理钻柱"摇摆"并且随着其在井筒W内旋转而变得分散的的趋势，这导致在 井筒W的方向上与意图的路径(例如铅垂线)的偏差。该偏差能够在钻柱112 的各部分(例如套管)连同钻头115上引起过分的侧力，这产生加速的磨损。 该情况能够通过提供一个或更多的稳定器套管以在井筒W内对中钻头115 (和在一定程度上对中钻柱112)来克服。本领域公知的对中工具的实例除 稳定器外，包括管保护器和其它工具。此处描述的示例装置和方法能够有利 地用于发散由各部件、各设备或发热体(如，例如电气系统)产生的热量。
在图示的实例中，底孔组件100提供有具有可延伸探头152的探头工具 150，以从地层F将地层流体抽取到探头工具150的流动线路中。在例如另一 个工具套管160中提供泵(未示出)以经探头工具150抽取地层流体。在图
6示的实例中，为接通泵，工具套管160带有产生电流的交流发电机(例如发 电机)和相关联的电气部件162。交流发电机162电耦合到泵，并且在工具 套管160中设置由钻井流体126的流动供能的涡轮(未示出)以激励交流发 电机162。随着时间过去，随着交流发电机162产生电流，交流发电机与其 相关联的部件162产生热量。此处描述的示例装置和方法能够有利地用来发 散由交流发电机和/或其相关联的部件162在操作期间产生的热量。另外，可 以使用此处描述的示例装置和方法，以直接从电气部件或其它发热源、或从 耦合到电气部件或发热源的散热片散热。
此处描述的示例装置和方法不限于钻井操作。此处描述的示例装置和方 法还能够有利地在例如测井或修井期间使用。另外，实例方法和装置能够与 在穿透地下地层的井中进行的测试相联系地、并且与由任何已知的方法井下 运送的地层评价工具相关联的应用相联系地实现。
图2图示由地层F的井筒W中的钢索202悬挂的实例钢索工具200。钢 索202可以使用耦合到电气系统206的多芯电缆202实现，该电气系统206 可以包括接收器子系统、处理器、记录器和传输器子系统。钢索工具200包 括具有多个套管的细长体。在图示的实例中，钢索工具200还包括在套管中 之一中的井下电气控制系统208,以控制钢索工具200的操作，并且运送电 力到钢索工具200的不同电气子系统。钢索202可以用于从电气系统206运 送电力到井下电气控制系统208和钢索工具200的其它电气部分。另外，钢 索202可以用于在系统206和208之间传递信息。此处描述的示例装置和方 法能够用于发散由井下电气控制系统208在操作期间产生的热量。
在图示的实例中，钢索工具200是侧壁取芯(coring)工具，其可以根据 转让^^本实用新型的受让人的美国专利号6，412，575实现。在图示的实例中， 钢索工具200带有一个或更多的支持臂210以支撑井筒W，并且配置钢索工 具200以使用从钢索工具200延伸到地层F中的取芯钻头212从地层F提取 样本。然后样本能够由钢索工具200测试并分析，或能够存储在钢索工具200 中并且带到地面用于测试和分析。
为运转取芯钻头212,钢索工具200设置有马达(未示出)，并且为延伸 支持臂210,钢索工具200设置有致动器(actuator)(未示出)。马达和致动 器可以由井下电气控制系统208供电和/或控制。井下电气控制系统208随时 间在供电和/或控制马达和致动器时产生热量。此处描述的示例装置和方法能够有利地用于发散由井下电气控制系统208产生的热量。
尽管实例钢索工具200被示作侧壁取心工具，但是此处描述的示例装置 和方法也能够与任何其它类型的井下工具相联系地实现。
图3描述示例装置300的方块图，该示例装置300可以在图1的钻柱112 和/或图2的钢索工具200中实现，以使用流动感应的对流热传输从发热部件 散热。在图3的图示实例中，示出连接各块的线代表流体或电气连接，该流 体或电气连接可以分别包括一条或更多条流动线(例如液压流体流动线或地 层流体流动线)或一条或更多条线或传导通路。
示例装置300设置有电子设备系统302和供电电子设备系统302的电池 304。在图示的实例中，配置电子设备系统302以控制示例装置300的操作， 以从发热元件散热。另外，还可以配置电子设备系统302以控制钻柱112和/ 或钢索工具200的其它操作，包括例如地层流体样本提取操作、测试和分析 操作、数据通信操作等等。例如，电子设备系统302可以用于实现用于控制 图1的发电机162的部件和/或可以用于实现图2的井下电气控制系统208。 在图示的实例中，电池304连接到-陂配置来传输电力和通信信号的工具总线 306。
电子设备系统302设置有控制器308 (例如CPU和随机存取存储器)以 实现控制例程，如例如控制示例装置300的散热操作的例程、测试和测量例 程等等。在图示的实例中，可以配置控制器308以从示例装置300中的各种 传感器接收数据，并且依赖于接收的数据执行不同指令。为存储当由控制器 308执行时使得控制器308实现控制例程或任何其它处理的机器可访问指令， 电子设备系统302设置有电子可编程只读存储器(EPROM) 310。
为存储、分析、处理和/或压缩由示例装置300获得的测试和测量数据或 任何种类的数据，电子设备系统302设置有闪速存储器312。为实现时间事 件和/或产生时间标记信息，电子设备系统302设置有时钟314。当示例装置 300在井下时为传递信息，电子设备系统302设置有通信地耦合到工具总线 306和子组件140 (图1)的调制解调器316。以此方式，示例装置300可以 经子组件140和调制解调器316传送数据到地面和/或从地面接收数据。
在图示的实例中，配置示例装置300以从发热源322散热。在图示的实 例中，发热源322位于套管内，其可以用于实现图1的钻柱112和/或图2的 钢索工具200。发热源322可以是产生热量(例如作为执行一些其它基本功能或操作的结果)的任何一个或更多部件、设备或系统。例如，发热源322 可以是上面关于图1所述的交流发电机和与其相关联的部件162,或发热源 322可以是上面关于图2所述的井下电气控制系统208。在一些实例实现中， 发热源322可以是电子设备系统302。在任何情况下，发热源322产生热量， 并且在图示的实例中，配置示例装置300以从发热源322散热。
为从发热源322抽取热量，示例装置300设置有底盘326。底盘326有 表面328，其热配合发热源322，使得热能够从发热源322传输到示例底盘 326。为将热量从底盘326和发热源322发散走，底盘326设置有通过其形成 的流体通道330,从而允许流体流过底盘326,以从底盘326抽取热量，并且 将携带热量的流体从底盘326和发热源322运送走。在图示的实例中，流体 流过流入通道322、通过底盘流体入口 334进入底盘326中，并且通过底盘 流体出口 336离开底盘322。为将热量从发热源322散走，进入入口 334的 流体具有比底盘326相对更低的温度，该流体从发热源322抽取热量。如此， 在底盘326中的热量将传输到流过通道330的相对更冷的流体。以此方式， 随着流体流过通道330，流体从底盘326抽取热量，允许底盘326从发热源 322散走更多的热量。然后流体流出底盘326,进入流出通道340中，以将其 热量发散到其它区域。例如，流体中的热量可以发散到包围示例装置300的 井筒W中。
为进一步从发热源322散热，示例装置300设置有散热器344。散热器 344具有热配合底盘326的表面346,以使热能够从底盘326传输到散热器 344。在图示的实例中，散热器344暴露给井筒W,使得散热器344能够将热 量从底盘326发散到井筒W中。例如，散热器344能够将热量发散到井筒W 中的空气、钻井流体和/或地层流体中。在一些实例实现中，散热器344能够 是工具套管的衬套或套筒，因此增加能够从底盘326抽取热量的散热器344 的材料量，并且还增加散热器344的表面积以散热到井筒W。在一些实例实 现中，散热器344能够附加地或可替换地位于或暴露在工具套管的内部孔， 以散热到空气或流过内部孔的钻井流体。图4A、 4B、 5、 6A-6C、 7A、 7B和 8的图示的实例可以用来实现图3的示例装置300。
为通过通道330、 332和340和底盘326移动流体，示例装置300设置有 泵348。泵348可以由电气马达或任何其它适当的设备驱动。在图示的实例 中，泵348的操作由控制器308控制。例如可以配置控制器308以启动和停止泵348和/或改变泵348的泵浦速率。
为检测底盘326的温度，示例装置300设置有温度传感器352。为检测 井筒W的温度，示例装置300设置有另一个温度传感器354。在图示的实例 中，传感器352和354耦合到控制器308。以此方式，控制器308能够从传 感器352和354获得温度信息，并且使用温度信息控制泵348。例如可以配 置控制器308，以当底盘326的温度达到或超过预定的温度阈值时启动泵348, 而当底盘326的温度降到相同的阈值或另 一个阔值以下时停止泵348。另夕卜， 可以配置控制器308,以随着底盘326的温度增加而增加泵浦速率，并且随 着底盘326的温度降低而降低泵浦速率。在一些实例实现中，底盘326的温 度可以指示发热源322的温度。
还可以配置控制器308,以在井筒W的温度(其使用传感器354测量) 超过底盘326的温度或可以基于底盘温度的一些其它温度值时启动泵348。 另外，可以配置控制器308,以基于井筒W的温度停止泵348。以此方式， 当底盘326的温度低于井筒W的温度时，底盘326能够使用散热器344将热 量发散到井筒W中。然而，当底盘326的温度等于或大于井筒W的温度时， 热量将不从底盘326发散到井筒W。替代地，控制器308能够启动和/或增加 泵348的泵浦速率，以增加流体通过底盘326的流动速率，以将热量经流体 从底盘326抽走。
为保持在通道330、332和340中的流体的压力基本上等于在其中实现示 例装置300的工具套管、钻柱或钢索工具内部的气压，示例装置300设置有 补偿器358。在图示的实例中，补偿器358包括弹簧和活塞组件，其协同工 作以调节通道330、 332和340中的流体压力。保持流体的压力基本上等于周 围的气压，这使得能够降低底盘326和通道330、 332和340的结构强度要求， 其因此导致装置300要求的空间更少和在钻井或钢索工具套管中用于其它使 用的可用空间更多。尽管在图3的图示实例中补偿器358用弹簧和活塞组件 实现，但是补偿器358可以替代地使用包括例如一个或更多胆、 一个或更多 气嚢等等的任何其它适当的压力补偿系统来实现。
图4A描述示例装置400的侧面剖视图，而图4B描述其剖面端视图，该 示例装置400可以用来通过将流体经流体通道404向发热设备402a-c移动和 从发热设备402a-c移走，来从发热设备402a-c (例如图3的发热源322 )散 热。在图示的实例中，示例装置400安装在套管406中，该套管406可以与
10钻柱112 (图1)或钢索工具200 (图2)相联系地使用。
在图示的实例中，示例装置400设置有其上安装有底盘衬垫412a-b的主 体或基体408。发热设备402a-b安装在底盘衬垫412a上，而发热设备402c 安装在底盘衬垫412b上。底盘衬垫412a-b的功能基本上与上面关于图3的 底盘326所述的功能近似或相同。底盘衬垫412a包括流体通道414a，而底盘 衬垫412b包括另 一个流体通道414b，以使流体能够通过底盘衬垫412a-b移 动。如所示，流体通道414a-b形成流体通道404的部分，使流体能够通过示 例装置400移动，以将热量从发热设备402a-c散走。在图示的实例中，为增 加热传输性能，底盘村垫412a-b用具有相对高的导热率的材料制成。另外， 流体可以是适于将热量从发热设备402a-b传输走的液压流体或任何其它流 体。
流体使用泵(如，例如图3的泵348 )通过通道404移动。为通过通道 404移动流体，示例装置400的主体408设置有流体入口 416和流体出口 418。 流体入口 416可以连接到通道(未示出)，该通道连接到泵(例如图3的泵 348 )的输出端口，而流体出口 418可以连接到另一个通道(未示出)，该另 一个通道连接到泵的输入端。在图示的实例中，泵强迫相对更冷的流体进入 流体入口 416,流体通过通道404移动，从底盘衬垫412a-b (其从发热设备 402a-c抽取热量)抽取热量，因此提高了流体的温度，然后流体通过流体出 口 418离开主体408以散热。然后流体由泵抽取，并且通过通道404强迫返 回以继续将热量从发热设备402a-c散走。在一些实例实现中，由泵提供的流 体流动速率能够被控制以调整示例装置400的热传输性能。
在图示的实例中，还可以配置底盘衬垫412a-b以向外朝井筒W和地层F 传输热量。在图示的实例中，底盘衬垫412a-b经各个压缩弹簧422a-b和424a-b 安装在主体408上，以对套管406的衬套428(例如套筒)推动底盘衬垫412a-b。 具体地，弹簧422a-b放置在主体408和底盘衬垫412a之间，以对底盘衬垫 412a施加向外的力，使得底盘衬垫412a的外表面432热配合或热接合到衬套 428的内表面434。以近似的方式，弹簧424a-b》文置在主体408和底盘衬垫 412b之间，以对底盘衬垫412b施加向外的力，使得底盘衬垫412b的外表面 436热配合或热接合到衬套428的内表面434。以此方式，村套428能够用作 散热器(例如上面关于图3所述的散热器344),以将热量从底盘衬垫412a-b 发散到井筒W和地层F。在图示的实例中，通道414a-b设置有各自的突起442 (例如障碍)，以随 着流体流过通道404将热量从发热设备402a-c运走，改进从底盘衬垫412a-b 到流过通道414a-b的流体的热传输性能和示例装置400的总体热传输效率。 在图示的实例中，突起442使用挡板实现。为改进热传输性能和效率，随着 流体流过通道414a-b,挡板442干涉流体流动，以增加在流体中发生的混合 量。例如当挡板442阻挡流体流动时，流体如由参考标号444所示混合，引 起更高温度的流体与更低温度的流体混合，由此降低了流体的总体温度，以 使得更多的热量能够从底盘衬垫412a-b传输到流体。如以下联系图6C描述 的，能够选择挡板442的尺寸以改变流体混合效应。例如在一些实例实现中， 可以选择挡板442的尺寸以将混合效应最大化。
图5是图4A和4B的示例装置400的立体图。如图5中所示，主体408 包括具有孔径504以接收压缩弹簧422a-d的凹进式表面502。孔径506在 凹进式表面502中形成以接收发热设备402a-b(图4A)。另外，出口端口 512 和入口端口 514在凹进式表面502中形成，以使流体能够流动到底盘衬垫412a 中和从底盘衬垫412a流出。在图示的实例中，底盘衬垫412a包括流流体连 通到底盘衬垫412a的通道414a的底盘衬垫入口端口 516和底盘衬塾出口端 口 518,如图4A所示。当底盘衬垫412a在凹进式表面502连接到主体408 时，主体408的出口端口 512接收底盘衬垫412a的进口端口 516，而主体408 的入口端口 514接收底盘衬垫412a的出口端口 518。另外，当底盘衬垫412a 连接到主体408时，底盘衬垫412a配合压缩弹簧422a-d。当组装的主体408 和底盘衬垫412a放置到衬套406中或在其中滑动时，压缩弹簧422a-d对底 盘村垫412a施加向外的力，使得底盘衬垫412a热配合衬套406，如上联系图 4A所述，以在衬套406用作散热器(例如图3的散热器344)时将热量发散 到井筒W和地层F。
尽管没有详细示出，但是主体有与联系凹进式表面502所述的特征近似 的另一个凹进式表面522。在图示的实例中，配置主体408以经凹进式表面 522接收底盘衬垫412b (图4A )。
图6A是图4A、 4B和5的示例装置的底盘衬垫412a的立体图。图6A 描述底盘衬垫412a的入口端口 516和出口端口 518。另外，发热设备402a-b 被示为安装(或配合)到底盘衬垫412a。在一些实例实现中，发热设备402a-b 可以固定地连接或可移除地连接到底盘衬垫412a。在其它实例实现中，发热
12设备402a-b可以安装到主体408 (图4A和5 )中，并且当底盘衬垫412a组 装有或安装到主体408时，发热设备402a-b热配合底盘衬垫412a,以将热量 从发热设备402a-b传输到底盘村垫412a。
图6B是图4A、 4B、 5和6A的底盘衬垫412a的C-C剖面端视图。在图 示的实例中，通道414a通过在底盘衬垫412a中形成室(该室占据底盘衬垫 412a的体积的显著部分)来实现。示出延伸到通道414a中的一个突起442(图 4A)。第一底盘衬垫壁602有外表面604，该外表面604被配置来接收发热设 备402a-b,并且其上形成有入口端口 516和出口端口 518。第一底盘村垫壁 602的内表面606暴露在通道414a,并且其上形成有突起442。随着发热设备 402a-b产生热量，热量发散到第一底盘衬垫壁602中，并且从外表面604传 输到内表面606和突起442。随着流体流过通道414a,流体与内表面606和 突起442接触，以从第 一底盘衬垫壁602抽取热量。以此方式，当流体流过 通道414a时，热量从发热设备402a-b传输到流体。
底盘衬垫412a设置有第二底盘衬垫壁608，该第二底盘衬垫壁608可以 与第一底盘衬垫壁602连接(例如焊接、螺栓固定等等)或一体化成形成以 形成通道414a。在图示的实例中，底盘衬垫壁608使用曲形壁实现，以最大 化热啮合衬套406的表面积量(图4A和5)。然而在其它实例实现中，底盘 衬垫壁608可以使用适于特定应用的任何其它形状的壁实现。随着流体流过 通道414a,从发热设备402a-b接收的一些热量由流体带走，而一些热量传输 到第二底盘衬垫壁608。以此方式，底盘衬垫壁608能够经衬套406 (图4A、 4B和5 )将一些热量发散到井筒W和地层F (图4A ),该衬套406能够用作 散热器(例如图3的散热器344 )。
图6C是图4A、 4B、 5、 6A和6B的底盘衬垫的侧面剖视图。示出了相 对于通道高度(H)和通道414a的总尺寸的凸出高度(h)和突起或挡板442 的宽度(w)。另外，挡板442被示出由挡板间距离(d)分隔。在图示的实 例中，挡板442的凸出高度(h)被示为小于总体通道高度(H)。挡板442 的尺寸(h)和(w)以及各挡板442之间的间隔(d)能够选择，以通过修 改将热量从底盘衬垫412a传输到流体可利用的表面积量，和通过修改由挡板 442引起的流体流动干扰量，实现期望的热传输效率或性能。例如，凸出高 度(h)和/或宽度(w)可以增加，以增加暴露给流过通道414a的流体的表 面积，使得每个挡板442的更多表面积可用于将热量从发热设备402a-b传输到流体。然而，增加凸出高度(h)和/或宽度(W)过多，可能妨碍流体流过
通道414a，并且减少流体混合效应。在一些实例实现中，挡^反442相对于通 道414a的高度(H)的高度(h)优选地为尽可能地大，只要可接受的压降将 允许。增加挡板442的高度(h)因此增加了流体混合量，其因此改进了到流 体的热量传输的性能。然而，增加挡板442的高度(h)还增加了流体流动阻 力，由此减少了流体压力。在一些实例实现中，挡板442的宽度(w)优选 地保持为最小，并且由挡板442的可制造性基于例如使用的材料和挡板442 的高度(h)来确定。相对更宽的挡板可以导致在流体压力中不必要的减少。 因此，在一些实例实现中，挡板442可以制作得如特定应用所需的结构整体 性所允许的那样薄。
在一些实例实现中，因为在距挡板的距离等于大约挡板高度(h)的6 倍处，湍流在流体中附流(re-attach)(或减少)，所以各挡板442之间的距离 (d)优选地选择为挡板442的高度(h)的6倍以上但8倍以下。由此，每 个挡板442的高度(h)和宽度(w)可以选择，以实现暴露给流体的底盘衬 垫壁602的表面积的期望数量，同时还获得期望的通过通道414a的流体流动 和在通道414a中的流体混合效应。另外，可以选择通道414a-b的长度，以 改变到流过通道414a-b的流体的热传输的性能。
在图示的实例中，挡板442被示为相等间隔距离的矩形结构。然而，在 其它实例实现中，挡板442能够用不同形状实现，并且每个挡板能够用不同 于其它挡板的形状实现。另外，挡板442能够替代地用每个挡板之间的不同 距离间隔开。在一些实例实现中，挡^^反可以被构造为垂直于流体的流动。然 而，在其它实例实现中，挡板可以不垂直于流体的流动。
图7A描述另一个示例装置700的侧面剖视图，而图7B描述其剖面端视 图，该另一个示例装置700有热交换器延伸部分702，以通过将流体通过多 个流体通道移动而从发热设备704a-c散热。在图示的实例中，示例装置700 设置有主体708和连接到主体708的底盘衬垫712a-b。底盘衬垫712a-b可以 实现为基本上近似于或等同于图4A的底盘衬垫412a-b。每个底盘衬垫712a-b 包括各自的流体通道714a和714b，通过该流体通道714a和714b流体通过示 例装置700循环。
提供热交换器延伸部分702，以通过增加与流体接触的通道(热量能够 从流体传输到该通道)的表面积、和通过增加总体流动路径长度(流体能够相对更有效地在其上混合)，改进从流体到井筒W和地层F的热传输的性能。 热交换器延伸部分702的长度和其中的通道能够选择以增加有效热传输。在 图示的实例中，热交换器延伸部分702包括主体716,该主体716设置有在 主体716中形成的环状流入孔718。环状流入孔718流动连通到底盘村垫712a 的流体通道714a和底盘衬垫712b的流体通道714b。主体716的立体图在图 8中描述，以示出环状流入孔718如何在主体716中形成。
回到图7A，主体716还包括流体入口端口 722和流体出口端口 724。随 着流体进入入口端口 722,流体流过热交换器延伸部分702,在大体由箭头 726 (图7A)指示的方向，经环状流入孔718 (图7A、 7B和8 )流向底盘衬 垫712a-b。然后流体分成两个通道730a和730b (图7A和8 )进入主体708, 并且流过底盘衬垫712a-b的通道714a-b，此时随着其流过底盘衬垫712a-b， 流体从发热设备704a-c抽取热量。
为使流体从主体708流出和离开发热设备704a-c，主体708设置有流出 流体通道732,其流动地连通到通道714a-b,并且热交换器延伸部分702的 主体716设置有另一个流出流体通道734,该另一个流出流体通道734流动 地连通到流出流体通道732。流体通道732和734可以使用中空管实现。随 着流体离开流体通道714a-b,流体合并以流过流出流体通道732和734,并 且经流体出口端口 724流出热交换器延伸部分702。然后在泵浦流体(经例 如图3的泵348 )回到流体入口 722中以前，该流体能够流过其它通道(未 示出)，以通过传输热量到井筒W和地层F来冷却流体。流过环状流入孔718 的流体比流过流出流体通道734的流体相对更冷。然而，环状孔718中相对 更冷的流体还可以具有一些热量，该热量能够通过一个或更多散热器衬垫738 (或主体716的衬套)进一步向井筒W和地层F径向发散。
在图示的实例中，流出流体通道732和734与主体708和716同轴定位。 然而，在其它实例实现中，流出流体通道732和734可以通过主体708和716 不同地安排路径。另外，尽管来自通道714a-b的流体被描述为在流出流体通 道732和734中合并，但是在其它实例实现中，可以为每个通道714a-b提供 各自的流出流体通道，使得来自通道714a-b的流体不在主体708和716中合 并，或在主体708和/或716中的一些其它点合并。
参照连接到主体708的底盘衬垫712a-b,为改进从底盘衬垫712a-b到流 过通道714a-b的流体的热传输的性能、和示例装置700的总体热传输效率，通道714a-b设置有与图4A、 6B和6C的突起442基本上近似或相同的各自 的突起742。另外，热交换器延伸部分702设置有与突起742和442基本上 近似或相同的突起746。图8描述突起746之一的立体图，该突起形成为在 流入环状孔718中的环状突起。
在图7A的图示实例中，底盘衬垫712a-b经各个压缩弹簧752a-b和754a-b 安装到主体708上。具体地，弹簧752a-b放置在主体708和底盘衬垫712a 之间，以对底盘衬垫712a施加向外的力，导致底盘衬垫712a的外表面756 热啮合衬套760的内表面758。以近似的方式，弹簧754a-b放置在主体708 和底盘村垫712b之间，以对底盘衬垫712b施加向外的力，导致底盘衬垫712b 的外表面762热啮合村套760的内表面758。以此方式，村套760能够用作 散热器(例如联系图3上述的散热器344 ),以将热量从底盘衬垫712a-b发散 到井筒W和地层F。
尽管示例装置400和700在以上描述为具有各自的底盘衬垫412a-b和 712a-b,但是在其它实例实现中，底盘衬垫412a-b和712a-b的特征和结构(例 如通道、突起(挡板)等)可以与各自的主体408和708 —体地形成。以此 方式，执行上述功能和操作的示例装置能够没有分离的底盘衬垫而实现。
图9是示出发热设备(例如图4的发热设备402a-c之一 )的温度、和通 过图4的示例装置400的流体流动速率之间关系的图900。图900有近似于 示例装置400、但是没有挡板442的装置的温度图902,和有挡板442的示例 装置400的温度图904。温度图902和904都示出随着流体流动速率通过 各自装置增加，发热设备402a-c的温度减少。然而，温度图904示出提供 挡板442给示例装置400,降低了示例装置400的总体温度大约15 20°C 。
图10是代表实例方法的流程图，可以使用该方法以用图4的示例装置 400和/或图7的示例装置700散热。在一些实例实现中，图IO的实例方法可 以用机器可读指令实现，该机器可读指令包括用于由处理器或控制器(例如 图3的控制器308 )执行的程序。程序可以以存储在与控制器308相关联的 有形介质(如CD-ROM、软盘、硬盘、数字多功能盘(DVD)或存储器(例 如图3的EPROM 302)上的软件体现，和/或以固件和/或专用硬件以众所周 知的方式体现。此外，尽管参照图10图示的流程图描述该实例程序，但是本 领域的普通技术人员将容易认识到实现示例装置400的许多其它方法可以 替代地使用。例如各块的执行顺序可以改变，和/或所述的一些块可以改变、消除或组合。图10的实例方法联系图4的示例装置400和图3的电子设备系 统302、泵348以及温度传感器352和354而描述。然而，图10的实例方法 还可以联系图7的示例装置700实现。
具体转到图10，最初，控制器308使用例如温度传感器352和354测量 底盘衬垫412a-b (图4 )的温度和井筒W的温度(块1002 )。然后控制器308 基于测量的温度确定为泵348设置的流动速率(块1004)。例如控制器308 可以执行EPROM 302中的指令，如果底盘衬垫412a-b有相对低的温度，那 么该指令导致控制器308选择相对低的流动速率设置，或如果底盘衬垫412a-b 有相对高的温度，那么该指令导致控制器308选择相对高的流动速率设置。
控制器308然后设置泵348 (图3 )以用块1004处确定的流动速率泵浦 流体(块1006)。随着泵348操作，通过主体408 (图4A )的流体入口 416 (图4A和4B )和通过底盘通道414a-b，将流体泵浦到示例装置400中(块 1008 )。在图4A、 5和6A-6C图示的实例中，流体流过主体408的流体入口 416,经底盘村垫入口端口 516 (图4A、 5和6A-6C )进入底盘通道414a，经 底盘出口端口 518 (图4A、 5和6A-6C)离开底盘通道414a,并且进入底盘 衬垫412b的底盘通道414b (图4A )。
随着流体流过底盘通道414a-b，热量从发热设备402a-c传输到流体(块 1010)。例如，当流体流过底盘通道414a时，底盘衬垫壁602 (图6B和6C ) 和挡板442 (图4A、 6B和6C )将热量从发热设备402a-b传输到流体。另夕卜， 随着其流过通道414a-b，挡板442导致流体混合。随着流体流过通道414a-b， 传输到流体的一些热量从流体经底盘衬垫412a-b传输到井筒W和地层F(块 1012)。例如，随着流体流过底盘衬垫412a， 一些热量从流体传输到热配合到 衬套406的底盘衬垫壁608。以此方式，衬套406类似散热器(例如图3的 散热器344)运行，以将热量径向地向外传输到井筒W和地层F。
然后流体经流体出口 418离开主体408 (块1014),并且向流体散热阶段 移动。然后热量在流体散热阶段从流体发散(块1016)。在一些实例实现中， 流体散热阶段可以用无源热交换装置(例如图7的热交换器延伸部分702) 实现，使得热量经例如向外的径向热传输发散到井筒W和地层F中。在其它 实例实现中，流体散热阶段可以使用更筒单的散热配置或更复杂的散热配置 实现。任何情况下，热量从流体发散后，泵348 (图3)将流体再次泵浦向主 体入口 416 (图4A和4B )和底盘通道414a-b (块1018 ),以通过主体408
17将流体再次循环，以将更多的热量从发热设备402a-c传输到流体。块1008、 1010、 1012、 1014、 1016和1018的4喿作然后重复。
在上述块1008、 1010、 1012、 1014、 1016和1018的操作期间，控制器 308 (图3 )用温度传感器354监视井筒W的温度，并且使用基本上近似于或 等同于温度传感器352 (图3)的一个或更多传感器监视一个或所有底盘衬垫 412a-b,以控制泵348的流动速率。具体地，控制器308执行如下所述的块 1020、 1022、 1024、 1026、 1028和1030的l喿作。最初，控制器308确定是 否应该4企查井筒W和底盘衬垫412a-b的温度(块1020)。例如，可以配置控 制器308，从而以预定的间隔测量温度。如果控制器308确定还不应该检查 温度，那么控制保持在块1020直到检查温度的时间到了 。
当控制器308确定应该检查温度时，控制器308测量温度(块1022 )并 且基于测量的温度确定是否应该调整泵348的流动速率(块1024)。例如， 可以配置控制器308，以当底盘衬垫412a-b的温度低于阔值温度值时减少泵 348的流动速率设置，而当温度高于相同的或另一个阈值温度值时增加流动 速率设置。另外或可替代地，可以配置控制器308,以当井筒W的温度高于 阈值温度值时增加泵348的流动速率，而当井筒W的温度低于相同的或不同 的阈值温度值时减少流动速率。用来设置泵的流动速率的算法可以按需要实 现，以适于底盘衬垫和散热装置的具体实现和不同配置，该散热装置可以与 图4的示例装置400或图7的示例装置700近似或不同。
如果控制器308在块1024确定应该调整泵348的流动速率，那么控制器 308调整泵流动速率设置(块1026 )。在控制器308调整泵流动速率设置后(块 1026),或如果控制器308确定不应该调整泵流动速率设置(块1024),那么 控制器308确定是否应停止泵348 (块1028)。如果控制器308确定不应该停 止泵348，那么控制返回到块1020。否则，如果控制器308确定应该停止泵 348，那么控制器308停止泵348 (块1030)。例如，如果控制器308 (从定 时器或其它信号或从:操作者)接收停止命令，那么控制器308可以确定其应 该停止泵348。在控制器308停止泵348后，图10的处理结束。
尽管制造的某些方法、装置和成品已经在此处进行描述，但是本专利的 覆盖范围不限于此。相反地，本专利覆盖制造的全部方法、装置和成品，只 要其在字面上或在等效的原则下清楚地落于权利要求书的范围内。
权利要求1. 一种散热装置，其特征在于，包括主体，其具有第一外表面、第一流体入口和第一流体出口；以及衬垫，其具有通过其形成的通道，其中该通道包括配合到主体的第一流体出口的第二流体入口、配合到主体的第一流体入口的第二流体出口和具有延伸到通道中的至少一个突起的第一内表面。
2. 根据权利要求l所述的散热装置，其特征在于，衬垫包括配合发热件 的第二外表面。
3. 根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于，发热件是电子电路、 马达或交流发电机中的至少之一。
4. 根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，突起是挡板。
5. 根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，还包括 散热器；和在主体和衬垫之间放置的至少一个压缩弹簧，将衬垫推向散热器。
6. 根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于，散热器是包围主体的套筒。
7. 根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于，压缩弹簧导致村垫的 第二外表面配合散热器，将衬垫热连接到散热器。
8. 根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，还包括通过通道使流 体运动的泵。
9. 根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，还包括补偿器。
10. 根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，还包括 控制器；和连接到控制器的温度传感器，传递温度信息到控制器。
11. 一种散热装置，其特征在于，包括 主体；第一流入通道，其沿主体的一部分延伸而将第一流体部分带向第一发热 件，其中第一流入通道包括通道表面和从通道表面延伸到第一流入通道中的至少一个突起；以及连接到第一流入通道的流出通道，将第一流体部分从发热件带走。
12. 根据权利要求ll所述的散热装置，其特征在于，还包括第二流入通 道，其沿主体的另一部分延伸并且与第一流入通道相邻，将第二流体部分带 向第二发热件。
13. 根据权利要求12所述的散热装置，其特征在于，第二流入通道有延 伸到第二流入通道中的至少一个其它突起。
14. 根据权利要求ll所述的散热装置，其特征在于，流出通道沿主体的 轴延伸。
15. 根据权利要求ll所述的散热装置，其特征在于，主体包含在钻柱或 钢索工具的工具套管外壳中。
16. 根据权利要求11所述的散热装置，其特征在于，发热件是电子电路、 马达或交流发电机中的至少之一。
17. 根据权利要求16所述的散热装置，其特征在于，发热件是电子电路、 马达或交流发电机中的至少之一 。
18. 根据权利要求11所述的散热装置，其特征在于，突起是挡板。
19. 根据权利要求11所述的散热装置，其特征在于，还包括补偿器。
20. 根据权利要求11所述的散热装置，其特征在于，还包括第二主体， 其具有连接到第 一流入通道的环状孔和连接到流出通道的第二流出通道。
21. 根据权利要求11所述的散热装置，其特征在于，还包括通过通道使 流体运动的泵。
22. 根据权利要求11所述的散热装置，其特征在于，还包括 控制器；和连接到控制器的温度传感器，传递温度信息到控制器。
专利摘要本实用新型公开了一种井下工具的散热的装置。根据一个方面，散热装置包括主体，其具有第一外表面、第一流体入口和第一流体出口；以及衬垫，其具有通过其形成的通道，其中该通道包括配合到主体的第一流体出口的第二流体入口、配合到主体的第一流体入口的第二流体出口和具有延伸到通道中的至少一个突起的第一内表面。根据另一个方面，一种散热装置，包括主体；第一流入通道，其沿主体的一部分延伸而将第一流体部分带向第一发热件，其中第一流入通道包括通道表面和从通道表面延伸到第一流入通道中的至少一个突起；以及连接到第一流入通道的流出通道，将第一流体部分从发热件带走。
文档编号E21B47/00GK201265408SQ20082011252
公开日2009年7月1日 申请日期2008年4月25日 优先权日2007年6月21日
发明者安莫尔·考尔, 小伦诺克斯·E·里德, 芭芭拉·齐林斯卡 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司