井下电机制冷舱制造技术

本发明专利技术属于石油工程领域，具体地，涉及一种井下电机制冷舱。井下电机制冷舱，包括半导体制冷舱、轴承短节和压力平衡短节；半导体制冷舱通过强制冷却作用为井下控制电机提供长期稳定的低温环境；轴承短节安装于半导体制冷舱的上部，用来将控制电机输出的动力传递，并起到半导体制冷舱的隔热瓶塞的作用，减少从端部进入半导体制冷舱的热量；压力平衡短节安装于半导体制冷舱的下部，起到平衡半导体制冷舱与外部钻井液压力的作用，也可以起到一定的隔热作用。本发明专利技术具有如下有益效果：提供了一个远低于井下环境温度的井下电机制冷舱，可降低对控制电机耐温等级的要求，或者使现有的耐高温电机能够适用于更高的温度环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油工程领域，具体地，涉及一种油气钻采过程中在井下高温、高压环境下为控制电机提供远低于环境温度的井下电机制冷舱。
技术介绍
在油气钻采过程中，井底温度随着深度的增加而增加，地温梯度一般在3℃/100m，深度为3000m的井，其井底温度一般在100摄氏度以上。我国中西部地区的油气资源大都埋藏在深部地层，随着油气勘探开发目标层位深度的增加，井底温度也在不断增加，如塔里木盆地的东河塘油田，油层深度5700m～6100m，井底温度在140℃～160℃。对于地温梯度异常的地区，在井深较浅的情况下，井底温度便可达到180℃以上。随着井下控制工程的不断发展，井下工具的自动化程度越来越高，控制电机在井下工具中的应用也越来越多。但是，由于井下的高温环境，地面上工业用途的控制电机无法直接应用于井下工具；由于井下空间狭小，井下工具所选用的控制电机的功率密度很高，因此发热严重，在井下狭小的空间中热量不能及时的散发，导致电机的工作温度远高于环境温度。因此井下工具设计人员不断的寻找、研发耐高温电机。本专利技术将提供一种井下电机制冷舱，可以在井下为控制电机提供一个低温环境，降低对控制电机耐温等级的要求，或者使现有的耐高温电机能够适用于更高的温度环境。井下的高压、强振、冲击环境，导致半导体制冷技术在井下工具中的应用遇到各种技术问题：1、如何在半导体制冷片的冷面与热面之间进行隔热。为了改善控制电机的散热条件、平衡外部高压环境，井下电机制冷舱充满绝缘导热的液体，并通过
平衡活塞平衡电机制冷舱内部压力与外部钻井液的压力。为了防止外部钻井液和电机制冷舱中的液体进入半导体制冷片的工作腔，需要在半导体制冷片工作腔与外部钻井液、电机制冷舱之间设计可靠密封。2、如何在强振、冲击环境下保护半导体制冷片。半导体制冷片上下盖板是绝缘导热性能较好的陶瓷，其抗振、抗冲击性能差，因此，需要特殊的措施来保护半导体制冷片。
技术实现思路
为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种可以在井下高温、高压环境中为控制电机提供远低于环境温度的井下电机制冷舱，降低对井下工具中控制电机耐温等级的要求，保证油气钻采过程中井下自动化工具能够在高温、高压、强振、冲击环境中长时间稳定工作。为实现上述目的，本专利技术采用下述方案：井下电机制冷舱，包括：半导体制冷舱、轴承短节和压力平衡短节；半导体制冷舱通过强制冷却作用为井下控制电机提供长期稳定的低温环境；轴承短节安装于半导体制冷舱的上部，用来将控制电机输出的动力传递，并起到半导体制冷舱的隔热瓶塞的作用，减少从端部进入半导体制冷舱的热量；压力平衡短节安装于半导体制冷舱的下部，起到平衡半导体制冷舱与外部钻井液压力的作用，也可以起到一定的隔热作用。相对于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：提供了一个远低于井下环境温度的井下电机制冷舱，可降低对控制电机耐温等级的要求，或者使现有的耐高温电机能够适用于更高的温度环境；为了防止外部钻井液和电机制冷舱中的绝缘、导热液体进入半导体制冷片的工作腔，在半导体制冷片工作腔与外部钻井液、电机制冷舱之间设计了可靠密封以及耐高压引线塞；为半导体制冷片设
计了弹性较好的绝热保持架，既可以吸收部分振动、冲击能量保护半导体制冷片免受损坏，又可以减少半导体制冷片的冷面与热面之间热传递提高制冷效率；采用与钻井液流动方向相同的翅片布置方式，可以提高散热效率，又一次提高了电机制冷舱的工作效率。附图说明图1为井下电机制冷舱的纵向剖视图；图2为井下电机制冷舱的A-A剖视图；图3为图1所示的井下电机制冷舱的B-B剖视图；图4为井下电机制冷舱的制冷片保持架示意图。具体实施方式如图1至图4所示，井下电机制冷舱，包括：半导体制冷舱1、轴承短节2和压力平衡短节3；半导体制冷舱1通过强制冷却作用为井下控制电机提供长期稳定的低温环境；轴承短节2安装于半导体制冷舱1的上部，用来将控制电机输出的动力传递，并起到半导体制冷舱1的隔热瓶塞的作用，减少从端部进入半导体制冷舱1的热量；压力平衡短节3安装于半导体制冷舱1的下部，起到平衡半导体制冷舱1与外部钻井液压力的作用，也可以起到一定的隔热作用。所述的半导体制冷舱1，包括：耐压筒状散热片101、半导体制冷片102、制冷片保持架103、导电环104、引线塞105、导热硅胶片106、电机舱内筒107、橡胶减振垫108、控制电机109；其中：电机舱内筒107前端设有安装控制电机109的凸台1071，控制电机109安装在凸台1071上，并且在控制电机109与凸台1071结合处垫有橡胶减振垫108；电机舱内筒107外表面中部为多面体，如图3所示，制冷片保持架103加工成相同边数的多面体套筒，套装在电机舱内筒107上，制冷片保持架103选用弹性绝热材料；制冷片保持架103每个侧面上设有矩形通孔
1031，半导体制冷片102安装在矩形通孔1031中，半导体制冷片102与电机舱内筒107的外表面之间垫有导热硅胶片106；在制冷片保持架103的底端，镶嵌有两个铜质导电环104，两个铜质导电环104彼此之间不接触，半导体制冷片102的两条引出线分别与两个铜质导电环104焊接；在铜质导电环104上分别焊有引出线；在电机舱内筒107的侧面设有径向孔，高压密封引线塞105安装在径向孔内，铜质导电环104的引出线与高压密封引线塞105上的引脚相连，高压密封引线塞105实现了半导体制冷片工作腔1021与电机工作腔1091之间的电气连接和高压密封；耐压筒状散热片101的内表面为与电机舱内筒107外表面多面体相同边数的内多面体，外表面设有沿轴向的翅片，耐压筒状散热片101的两端的多边形内表面为作为密封面的圆柱面；耐压筒状散热片101套装在电机舱内筒107和半导体制冷片102的外部，为了保证半导体制冷片102热面与耐压筒状散热片101多边形内表面具有良好的热接触，安装时在半导体制冷片102热面涂有耐高温导热胶；耐压筒状散热片101一端的密封圆柱面与电机舱内筒107下端的圆柱面配合，通过O形圈111形成密封，将半导体制冷片工作腔与外部钻井液隔离。所述的轴承短节2，包括：弹性联轴器201、轴承座筒202、输出轴203、轴承204、旋转密封座205、旋转密封206、螺塞207、O形密封圈208；控制电机通过轴承短节1将动力输出到井下电机制冷舱的外部。轴承座筒202与电机舱内筒107通过螺纹相联，轴承座筒202与电机舱内筒107之间通过O形密封圈110密封，防止电机工作腔1091内的绝缘、导热液体泄漏；轴承座筒202底端的圆柱面与耐压筒状散热片101另一端的圆柱面配合，并通过O形密封圈112形成密封，将半导体制冷片工作腔1021与外部钻井液隔离，轴承座筒202底部的台阶将耐压筒状散热片101压紧在电机舱内筒107底部的台阶上，防止其轴向窜动；弹性联轴器201将控制电机伸出轴与输出轴203联在一起；输出轴通过轴承204安装在轴承座筒
202内，一端通过弹性联轴器201与控制电机伸出轴相联，另一端伸出井下电机制冷舱，暴露在钻井液中，与其它零部件相联；轴承204用于扶正输出轴203、承受轴向力；轴承座筒202外部设有凸出的支撑块，如图2所示，与钻铤内壁配合，用于扶正井下电机制冷舱，轴承座筒202径向钻有充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下电机制冷舱，包括：半导体制冷舱、轴承短节和压力平衡短节；其特征在于：半导体制冷舱通过强制冷却作用为井下控制电机提供长期稳定的低温环境；轴承短节安装于半导体制冷舱的上部，用来将控制电机输出的动力传递，并起到半导体制冷舱的隔热瓶塞的作用，减少从端部进入半导体制冷舱的热量；压力平衡短节安装于半导体制冷舱的下部，起到平衡半导体制冷舱与外部钻井液压力的作用，也可以起到一定的隔热作用。

【技术特征摘要】
1.一种井下电机制冷舱，包括：半导体制冷舱、轴承短节和压力平衡短节；其特征在于：半导体制冷舱通过强制冷却作用为井下控制电机提供长期稳定的低温环境；轴承短节安装于半导体制冷舱的上部，用来将控制电机输出的动力传递，并起到半导体制冷舱的隔热瓶塞的作用，减少从端部进入半导体制冷舱的热量；压力平衡短节安装于半导体制冷舱的下部，起到平衡半导体制冷舱与外部钻井液压力的作用，也可以起到一定的隔热作用。2.根据权利要求1所述的井下电机制冷舱，其特征在于：所述的半导体制冷舱，包括：耐压筒状散热片、半导体制冷片、制冷片保持架、导电环、引线塞、导热硅胶片、电机舱内筒、橡胶减振垫、控制电机；其中：电机舱内筒前端设有安装控制电机的凸台，控制电机安装在凸台上，并且在控制电机与凸台结合处垫有橡胶减振垫；电机舱内筒外表面中部为多面体，制冷片保持架加工成相同边数的多面体套筒，套装在电机舱内筒上，制冷片保持架选用弹性绝热材料；制冷片保持架每个侧面上设有矩形通孔，半导体制冷片安装在矩形通孔中，半导体制冷片与电机舱内筒的外表面之间垫有导热硅胶片；在制冷片保持架的底端，镶嵌有两个铜质导电环，两个铜质导电环彼此之间不接触，半导体制冷片的两条引出线分别与两个铜质导电环焊接；在铜质导电环上分别焊有引出线；在电机舱内筒的侧面设有径向孔，高压密封引线塞安装在径向孔内，铜质导电环的引出线与高压密封引线塞上的引脚相连，高压密封引线塞实现了半导体制冷片工作腔与电机工作腔之间的电气连接和高压密封；耐压筒状散热片的内表面为与电机
\t舱内筒外表面多面体相同边数的内多面体，外表面设有沿轴向的翅片，耐压筒状散热片的两端的多边形内表面为作为密封面的圆柱面；耐压筒状...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾朋，房军，薛世峰，成向阳，孙峰，朱秀星，王海静，王斐斐，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37