一種井下半導(dǎo)體制冷裝置的制作方法

專利名稱：一種井下半導(dǎo)體制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采油工程裝備領(lǐng)域，特別是一種井下半導(dǎo)體制冷裝置。
背景技術(shù)：
隨著油氣田開發(fā)逐漸向深層、非常規(guī)油藏發(fā)展，井下環(huán)境越來越惡劣，尤其在深井中，井下溫度可達(dá)200°C。另外在高溫注氣、火燒等高溫驅(qū)油方式的應(yīng)用中，井下溫度將更高，對井下工具的耐溫提出了更高的要求。
隨著井筒控制技術(shù)的不斷發(fā)展，井下監(jiān)測和控制系統(tǒng)得到越來越多的應(yīng)用。在這些控制系統(tǒng)中，不可避免的需要使用電子電路和大規(guī)模集成電路(IC)芯片以實(shí)現(xiàn)參數(shù)監(jiān)測、控制決策、地面通訊等功能，也是采油技術(shù)向模塊化、智能化和精細(xì)化發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。另外隨著測井技術(shù)的不斷發(fā)展，測井儀器中也存在不同的IC芯片，以完成數(shù)據(jù)的采集、記錄和處理功能。因此，如何實(shí)現(xiàn)IC芯片在井下高溫環(huán)境中的長期穩(wěn)定使用是需要解決的關(guān)鍵問題。IC芯片按其性能和可靠性一般分為商用級、工業(yè)級和軍品級三個等級，其長期穩(wěn)定工作的環(huán)境溫度標(biāo)稱值分別為55°C、85°C和125°C，而即使是軍品級器件，也難以在高溫環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。目前在測井領(lǐng)域，一般選用進(jìn)口軍工級器件，再通過嚴(yán)格的高溫老化和選片，最終得到能夠在不超過125°C環(huán)境下短期工作的產(chǎn)品。而在一些溫度超過125°C的深井和高溫井中，還需要通過使用保溫材料和設(shè)計(jì)保溫結(jié)構(gòu)，保證在短時間內(nèi)(一般小于4小時)，測井儀器內(nèi)部溫度升高有限，才能夠保證IC器件的正常工作。在其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，對發(fā)熱量較大的器件進(jìn)行端面散熱，散熱方式主要包括對流散熱和制冷，其中半導(dǎo)體制冷應(yīng)用廣泛，并有相關(guān)的散熱結(jié)構(gòu)專利。但其主要針對環(huán)境溫度為室溫的應(yīng)用領(lǐng)域，且其結(jié)構(gòu)和體積難以應(yīng)用在井下工具中。綜上所述，目前在深井、高溫井、熱采井等井下溫度較高的應(yīng)用場合中，尚沒有能夠?qū)崿F(xiàn)長期高溫應(yīng)用的電路系統(tǒng)，必須通過保溫和制冷結(jié)構(gòu)加以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種井下半導(dǎo)體制冷裝置。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于，包括基管、下接頭、保溫箱體、導(dǎo)熱塊、半導(dǎo)體制冷片、散熱塊、保溫箱蓋和上接頭；所述基管，用于與油管相銜接；所述下接頭和上接頭，分別從基管的下端和上端套接在基管的外側(cè)；所述下接頭和上接頭的延伸部相互搭接，使基管、下接頭和上接頭構(gòu)成承壓外殼；所述保溫箱體，呈圓環(huán)柱形管筒狀，套接于基管與下接頭或上接頭之間；所述保溫箱蓋蓋設(shè)于保溫箱體的開口端，形成保溫空間；在所述保溫箱體的外壁開設(shè)有與導(dǎo)熱塊相匹配的導(dǎo)熱通孔；在所述導(dǎo)熱通孔處，由外至內(nèi)依次嵌入有所述導(dǎo)熱塊、半導(dǎo)體制冷片和散熱塊；所述導(dǎo)熱塊，用于將保溫箱體內(nèi)部的熱量導(dǎo)出；所述半導(dǎo)體制冷片，用于在工作狀態(tài)下，于內(nèi)表面形成制冷面，于外表面形成散熱面；所述散熱塊，設(shè)置于保溫空間內(nèi)，用于由保溫箱體內(nèi)部吸熱。還設(shè)有下管線和上管線；所述下管線和上管線分別插入所述下接頭和上接頭的通孔內(nèi)，用于與保溫空間內(nèi)的電子器件電氣連接。所述導(dǎo)熱塊、半導(dǎo)體制冷片和散熱塊之間通過導(dǎo)熱膠粘接。所述導(dǎo)熱塊通過螺釘與所述下接頭或上接頭相連接。所述散熱塊呈多層片狀。在所述保溫箱蓋與保溫箱體之間采用絕熱膠粘接。在所述基管、下接頭和上接頭之間的銜接處采用密封圈進(jìn)行密封。在所述下接頭和上接頭的端部設(shè)有散熱片。所述保溫箱體采用保溫材料或隔熱材料制成。 本發(fā)明的有益效果在于I、采用半導(dǎo)體制冷，在保溫的同時能夠長期有效控制腔體溫度，適用于井下儀器的長期放置；2、整體結(jié)構(gòu)采用筒形布置，更適合井下應(yīng)用，且能夠充分利用井筒環(huán)空空間；3、與現(xiàn)有儀器和工具的連接簡便，通用性強(qiáng)；4、僅需一根控制纜線或一組井下電源即可實(shí)現(xiàn)溫度控制，并能實(shí)現(xiàn)與地面的通訊；5、溫度控制簡單有效，功率較低；6、可以實(shí)現(xiàn)電纜或光纜的穿越。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中圖I為井下半導(dǎo)體制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為井下半導(dǎo)體制冷裝置的立體圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明所涉及的井下半導(dǎo)體制冷結(jié)構(gòu)通過井下鎧裝纜線或電源供電，可以提供一個相對溫度較低的低溫腔體，并可以與其他井下工具連接，將工具內(nèi)的測控、運(yùn)算、通訊等電路模塊放入低溫腔體內(nèi)，并通過鎧裝纜線連接被控部件，為井下測控儀器中的電子器件、IC芯片等提供相對低溫的環(huán)境，保證其能夠長期穩(wěn)定工作。該井下半導(dǎo)體制冷裝置能夠?yàn)榫掠谰帽O(jiān)測系統(tǒng)、井下控制系統(tǒng)、智能注采系統(tǒng)等提供模塊化的溫控工具，對提高井下電子儀器的可靠性、延長其壽命具有重要意義。圖I為該井下半導(dǎo)體制冷裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為該井下半導(dǎo)體制冷裝置的立體圖。如圖所示，該井下半導(dǎo)體制冷裝置，包括基管I、下接頭2、保溫箱體3、導(dǎo)熱塊4、半導(dǎo)體制冷片5、散熱塊6、保溫箱蓋7和上接頭8。所述基管1，為圓柱形管筒，用于與油管相銜接。所述下接頭2和上接頭8，分別從基管I的下端和上端套接在基管I的外側(cè)。所述下接頭2和上接頭8的延伸部相互搭接，從而使基管I、下接頭2和上接頭8構(gòu)成承壓外殼，并于其內(nèi)形成承壓空間。其中，所述下接頭2和上接頭8與基管I可通過螺紋連接。并且，在該基管I、下接頭2和上接頭8之間的銜接處采用密封圈進(jìn)行密封。所述保溫箱體3，呈圓環(huán)柱形管筒狀，套接于基管I與下接頭2或上接頭8(下接頭·2與上接頭8中內(nèi)徑較小的一個)之間，即容置于所述承壓空間中。所述保溫箱蓋7蓋設(shè)于保溫箱體3的開口端，以使保溫箱體3內(nèi)部形成保溫空間。在所述保溫箱體3的外壁開設(shè)有與導(dǎo)熱塊4相匹配的導(dǎo)熱通孔。在所述導(dǎo)熱通孔處，由外至內(nèi)依次嵌入有所述導(dǎo)熱塊4、半導(dǎo)體制冷片5和散熱塊6。所述導(dǎo)熱塊4，用于與保溫箱體3形成密封，并將保溫箱體3內(nèi)部的熱量導(dǎo)出。所述半導(dǎo)體制冷片5，用于在工作狀態(tài)下，于內(nèi)表面形成制冷面，于外表面形成散熱面。即該半導(dǎo)體制冷片5在由鎧裝電纜或電源供電的情況下，在其內(nèi)表面與外表面之間形成溫度差，內(nèi)表面溫度較低，外表面溫度較高。所述散熱塊6，設(shè)置于保溫空間內(nèi)，用于由保溫箱體3內(nèi)部吸熱。上述結(jié)構(gòu)的井下半導(dǎo)體制冷裝置的工作方式為基管I、下接頭2和上接頭8構(gòu)成承壓外殼，承受地層液體壓力并使其內(nèi)部形成空腔；當(dāng)空腔溫度受地層加熱上升，與保溫箱體內(nèi)部形成一定溫差后，半導(dǎo)體制冷片5開始工作,在其下表面形成制冷面,通過散熱塊6由保溫箱體內(nèi)部吸熱；同時在其上表面形成散熱面，通過導(dǎo)熱塊4將溫度傳導(dǎo)至上接頭8。由于在半導(dǎo)體制冷片5上形成內(nèi)外表面的溫度差，使得保溫箱體3在導(dǎo)熱通孔處形成由內(nèi)至外的導(dǎo)熱流。隨著地層液體的流動，半導(dǎo)體制冷片5將傳導(dǎo)至保溫箱體內(nèi)部的熱量搬運(yùn)至上接頭8并由地層液體帶走，最終形成熱平衡并保持保溫箱體內(nèi)部溫度低于地層環(huán)境溫度。并且，該半導(dǎo)體制冷片5的散熱功率和溫差可以通過控制電路進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)保溫箱體內(nèi)部所需溫度的實(shí)時控制。相比于現(xiàn)有的測井保溫結(jié)構(gòu)和工業(yè)用半導(dǎo)體制冷結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在1、采用半導(dǎo)體制冷，在保溫的同時能夠長期有效控制腔體溫度，適用于井下儀器的長期放置；2、整體結(jié)構(gòu)采用筒形布置，更適合井下應(yīng)用，且能夠充分利用井筒環(huán)空空間；3、與現(xiàn)有儀器和工具的連接簡便，通用性強(qiáng)；4、僅需一根控制纜線或一組井下電源即可實(shí)現(xiàn)溫度控制，并能實(shí)現(xiàn)與地面的通訊；5、溫度控制簡單有效，功率較低；6、可以實(shí)現(xiàn)電纜或光纜的穿越。因此，本發(fā)明所涉及的井下半導(dǎo)體制冷結(jié)構(gòu)能夠?yàn)樾枰獪囟瓤刂频墓ぞ咛峁┕δ苣！缞A，對提高井下設(shè)備的可靠性和壽命、降低耐高溫器件的溫度指標(biāo)、降低電子電路成本都具有明顯的促進(jìn)作用和重要的實(shí)用價值。如圖所示，在該井下半導(dǎo)體制冷裝置上還設(shè)有下管線9、上管線10。所述下管線9和上管線10分別插入所述下接頭2和上接頭8的通孔內(nèi)，用于與保溫空間內(nèi)的電子器件電氣連接。通過該下管線9、上管線10可以使置于保溫空間內(nèi)的電子器件與上下級電器相連接。所述導(dǎo)熱塊4、半導(dǎo)體制冷片5和散熱塊6之間通過導(dǎo)熱膠粘接。通過該導(dǎo)熱膠可以使該導(dǎo)熱塊4、半導(dǎo)體制冷片5和散熱塊6之間的熱量傳遞更為高效。另外，所述導(dǎo)熱塊4還可通過螺釘與下接頭2或上接頭8(下接頭2與上接頭8中內(nèi)徑較小的一個)相連接。并且，所述散熱塊6呈多層片狀，以增 強(qiáng)其吸熱能力。在所述保溫箱蓋7與保溫箱體3之間采用絕熱膠粘接，以減少保溫空間與外部空間在此處的熱傳導(dǎo)。該井下半導(dǎo)體制冷裝置還可以在所述下接頭2和上接頭8的端部設(shè)有散熱片，以進(jìn)一步提高下接頭2和上接頭8向地層液體的散熱能力。由圖2可見。所述保溫箱體3采用導(dǎo)熱系數(shù)很低的保溫材料或隔熱材料制成，以確保保溫箱體內(nèi)外在一定溫差下熱流功率最小，降低半導(dǎo)體制冷片5的制冷功率，提高其冷熱面的溫差。綜上所述，本發(fā)明提供了一種井下半導(dǎo)體制冷裝置。該井下半導(dǎo)體制冷裝置通過在半導(dǎo)體制冷片上形成內(nèi)外表面的溫度差，使得保溫箱體在導(dǎo)熱通孔處形成由內(nèi)至外的導(dǎo)熱流，從而實(shí)現(xiàn)對保溫箱體內(nèi)部所需溫度的實(shí)時控制。該井下半導(dǎo)體制冷裝置能夠?yàn)榫掠谰帽O(jiān)測系統(tǒng)、井下控制系統(tǒng)、智能注采系統(tǒng)等提供模塊化的溫控工具，對提高井下電子儀器的可靠性、延長其壽命具有重要意義。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員在此設(shè)計(jì)思想之下所做任何不具有創(chuàng)造性的改造，均應(yīng)視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于，包括基管、下接頭、保溫箱體、導(dǎo)熱塊、半導(dǎo)體制冷片、散熱塊、保溫箱蓋和上接頭； 所述基管，用于與油管相銜接； 所述下接頭和上接頭，分別從基管的下端和上端套接在基管的外側(cè)；所述下接頭和上接頭的延伸部相互搭接，使基管、下接頭和上接頭構(gòu)成承壓外殼； 所述保溫箱體，呈圓環(huán)柱形管筒狀，套接于基管與下接頭或上接頭之間；所述保溫箱蓋蓋設(shè)于保溫箱體的開口端，形成保溫空間；在所述保溫箱體的外壁開設(shè)有與導(dǎo)熱塊相匹配的導(dǎo)熱通孔；在所述導(dǎo)熱通孔處，由外至內(nèi)依次嵌入有所述導(dǎo)熱塊、半導(dǎo)體制冷片和散熱塊； 所述導(dǎo)熱塊，用于將保溫箱體內(nèi)部的熱量導(dǎo)出； 所述半導(dǎo)體制冷片，用于在工作狀態(tài)下，于內(nèi)表面形成制冷面，于外表面形成散熱面； 所述散熱塊，設(shè)置于保溫空間內(nèi)，用于由保溫箱體內(nèi)部吸熱。
2.如權(quán)利要求I所述的井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于還設(shè)有下管線和上管線； 所述下管線和上管線分別插入所述下接頭和上接頭的通孔內(nèi)，用于與保溫空間內(nèi)的電子器件電氣連接。
3.如權(quán)利要求I所述的井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于所述導(dǎo)熱塊、半導(dǎo)體制冷片和散熱塊之間通過導(dǎo)熱膠粘接。
4.如權(quán)利要求I所述的井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于所述導(dǎo)熱塊通過螺釘與所述下接頭或上接頭相連接。
5.如權(quán)利要求I所述的井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于所述散熱塊呈多層片狀。
6.如權(quán)利要求I所述的井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于在所述保溫箱蓋與保溫箱體之間采用絕熱膠粘接。
7.如權(quán)利要求I所述的井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于在所述基管、下接頭和上接頭之間的銜接處采用密封圈進(jìn)行密封。
8.如權(quán)利要求I所述的井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于在所述下接頭和上接頭的端部設(shè)有散熱片。
9.如權(quán)利要求I所述的井下半導(dǎo)體制冷裝置，其特征在于所述保溫箱體采用保溫材料或隔熱材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種井下半導(dǎo)體制冷裝置，包括基管、下接頭、保溫箱體、導(dǎo)熱塊、半導(dǎo)體制冷片、散熱塊、保溫箱蓋和上接頭；所述下接頭和上接頭，分別從基管的下端和上端套接在基管上；所述下接頭和上接頭的延伸部相互搭接；所述保溫箱體，套接于基管與下接頭或上接頭之間；在所述保溫箱體的外壁開設(shè)有與導(dǎo)熱塊相匹配的導(dǎo)熱通孔；在所述導(dǎo)熱通孔處，由外至內(nèi)依次嵌入有所述導(dǎo)熱塊、半導(dǎo)體制冷片和散熱塊；所述半導(dǎo)體制冷片，用于在工作狀態(tài)下，于內(nèi)表面形成制冷面，于外表面形成散熱面。該制冷裝置通過在半導(dǎo)體制冷片上形成內(nèi)外表面的溫度差，使得保溫箱體在導(dǎo)熱通孔處形成由內(nèi)至外的導(dǎo)熱流，從而實(shí)現(xiàn)對保溫箱體內(nèi)部所需溫度的實(shí)時控制。
文檔編號E21B36/00GK102900397SQ20121041067
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者裴曉含, 沈澤俊, 黃鵬, 王新忠, 錢杰, 張衛(wèi)平 申請人:中國石油天然氣股份有限公司