一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统技术方案

本发明专利技术提供了一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统，包括：随钻测控系统短节、保温装置、至少一个主动降温装置、传热装置、至少一个随钻测控电路以及传感器、至少一个带磁极的第一驱动涡轮，随钻测控电路以及传感器安装在随钻测控系统短节中，主动降温装置转动安装在随钻测控系统短节中，第一驱动涡轮转动套设在主动降温装置的底部，主动降温装置的顶端邻近随钻测控电路以及传感器，传热装置套设在主动降温装置的底部，保温装置套设在主动降温装置的顶部，第一驱动涡轮的周侧壁上设有多个永磁体，主动降温装置的底部的周侧壁上设有周向磁体。依靠自带的主动降温装置产生冷量，将随钻测控系统工作温度降至自身能够承受的环境温度以下。的环境温度以下。的环境温度以下。

【技术实现步骤摘要】
一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统


[0001]本专利技术涉及钻探
，尤其涉及一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统。

技术介绍

[0002]油气井井眼的形成，是通过钻柱旋转或是井下动力钻具带动钻头切削地下岩层而产生的。为保障安全、高效钻井施工，需要在钻进的同时，连续不断地检测近钻头处的钻压、扭矩、环空水眼压力、温度等工程参数和电阻率、孔隙度、随钻伽马等地质参数。而为实现这些随钻工程参数和地质参数的获取，需要在钻柱底部、近钻头附近安装各种参数测量电路或传感器。
[0003]随着能源需求的增大，深层、超深层油气资源的勘探开发已成为增储上产的重要领域。但是，在向深层、超深层钻进过程中，地层高温超过了随钻测控系统各类元器件或传感器的温度上限，使其发生故障、甚至失效。一般来说，高温诱发随钻测控系统各类元器件或传感器失效有两种模式：1)当元器件或传感器工作时，自身温升产生的热应力降低了其使用寿命；2)当深层、超深层环境温度达到一个临界值时，随钻测控系统各类元器件或传感器就会发生破坏。由过热引发的失效，不仅导致更换失效元器件或传感器增加成本，而且缺乏耐高温的电子元器件，无法应对更深层油气资源的勘探开发需求。
[0004]当前，油气井井下工具抗高温技术已经被列为突破深层、超深层油气资源高效勘探和效益开发的关键核心技术。因此，攻克抗高温随钻测控系统的相关核心模块技术是重要的、也是迫切需求的。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统，包括：随钻测控系统短节、保温装置、至少一个主动降温装置、传热装置、至少一个随钻测控电路以及传感器、至少一个带磁极的第一驱动涡轮，所述随钻测控系统短节为管体结构，所述随钻测控电路以及传感器安装在所述随钻测控系统短节中，所述主动降温装置转动安装在所述随钻测控系统短节中，所述第一驱动涡轮转动套设在所述主动降温装置的底部，所述主动降温装置的顶端邻近所述随钻测控电路以及传感器，所述传热装置套设在所述主动降温装置的底部，所述保温装置套设在所述主动降温装置的顶部，所述第一驱动涡轮的周侧壁上设有多个永磁体，所述主动降温装置的底部的周侧壁上设有周向磁体。
[0007]采用本专利技术技术方案的有益效果是：主动降温装置采用涡轮旋转的运动驱动方式，而不采用电力驱动方式，以实现主动降温装置自身的抗高温能力。当钻井液流动时，冲刷驱动涡轮，使其产生旋转运动，通过磁力驱动主动降温装置内部磁体旋转，从而带动主动
降温装置工作，产生降温所需的冷量。依靠自带的主动降温装置产生冷量，来平衡高温环境传递给随钻测控系统的热量和随钻测控系统工作过程中产生的自生热，从而将随钻测控系统工作温度降至自身能够承受的环境温度以下，提高随钻测控系统的温度适用范围。
[0008]进一步地，所述主动降温装置包括：主动降温装置热端、主动降温装置连接管路、主动降温装置冷端，所述主动降温装置热端通过所述主动降温装置连接管路与所述主动降温装置冷端连接，所述第一驱动涡轮转动套设在所述主动降温装置热端外侧，所述主动降温装置冷端邻近所述随钻测控电路以及传感器，所述传热装置套设在所述主动降温装置热端的外侧，所述保温装置套设在所述主动降温装置冷端的外侧。
[0009]采用上述进一步技术方案的有益效果是：主动降温装置热端与承压壳之间设置有传热装置，将聚集在主动降温装置热端的热量传递到承压壳外壁，再由循环的钻井液携带走；主动降温装置冷端与承压壳之间设置有保温装置，将随钻测控系统上的冷量与承压壳隔绝。从而形成稳定的温度梯度。
[0010]进一步地，所述传热装置的制作材料为铜箔或铝箔，所述保温装置的制作材料为气凝胶。
[0011]采用上述进一步技术方案的有益效果是：传热装置可采用铜箔或铝箔层层缠绕而成，一方面这种材质导热率高有助于热量快速传递，另一方面箔材的柔韧性可消除气隙的存在，减小热阻。保温装置可采用气凝胶包裹而成，一方面这种材质绝热系数高有利于保温，另一方面这种材质具有韧性，可在钻进过程中起到减震作用。
[0012]进一步地，所述随钻测控系统短节中设有第二驱动涡轮、旋转轴、电工纯铁，所述第二驱动涡轮套设在所述旋转轴上，所述第二驱动涡轮位于所述电工纯铁的上方，所述电工纯铁套设在所述旋转轴外侧，所述电工纯铁安装在所述随钻测控系统短节内侧壁上，所述电工纯铁位于所述随钻测控电路以及传感器的上方。
[0013]采用上述进一步技术方案的有益效果是：一方面用于为随钻测控系统各元器件或传感器提供电能，实现井下信息的采集、存储、转换等功能；另一方面用于为脉冲器的执行机构提供电能，以产生携带信息的脉冲信号。驱动涡轮带动旋转轴一起旋转，进而与电工纯铁作用产生感应电流。电流给随钻测控电路以及传感器一(或/和随钻测控电路或传感器一)提供能量，使其采集、储存、转换各类井下数据；同时，电流给脉冲器执行电机提供能量，带动脉冲器阀芯与脉冲器阀座开启和闭合，向地面发出脉冲信号，进行数据传输。
[0014]进一步地，所述旋转轴上套设有导流叶轮，所述导流叶轮位于所述第二驱动涡轮的上方。
[0015]采用上述进一步技术方案的有益效果是：钻井过程中，钻井液在钻具中心水眼内流过时，一方面通过导流叶轮，改变方向后冲刷驱动涡轮。
[0016]进一步地，所述随钻测控系统短节的一端连接有脉冲器支撑短节，所述脉冲器支撑短节为管体结构，所述脉冲器支撑短节中设有脉冲器。
[0017]采用上述进一步技术方案的有益效果是：脉冲器支撑短节内部用于支撑脉冲器，脉冲器支撑短节两端丝扣用于与上下钻具进行对接；脉冲器用于将采集到的井下数据转换为脉冲信号发送至地面，进行数据传输。随钻测控系统短节用于支撑随钻测控系统、主动降温装置等，其两端丝扣用于与上下钻具进行对接。
[0018]进一步地，所述脉冲器包括：脉冲器阀座、脉冲器阀芯、执行机构动密封、执行电
机、扶正器、通讯接头，所述脉冲器阀座以及所述扶正器安装在所述脉冲器支撑短节处内侧壁上，所述执行电机安装在所述扶正器中，所述通讯接头与所述执行电机连接，所述执行电机与所述脉冲器阀芯的一端连接，所述执行机构动密封安装在所述执行电机和所述脉冲器阀芯的连接位置处，所述脉冲器阀芯的另一端滑动安装在所述脉冲器阀座中。
[0019]采用上述进一步技术方案的有益效果是：脉冲器支撑短节内部用于支撑脉冲器，脉冲器支撑短节两端丝扣用于与上下钻具进行对接；脉冲器用于将采集到的井下数据转换为脉冲信号发送至地面，进行数据传输。随钻测控系统短节用于支撑随钻测控系统、主动降温装置等，其两端丝扣用于与上下钻具进行对接。
[0020]进一步地，所述第一驱动涡轮的周侧壁上交替设置多个不同极性的永磁体。
[0021]采用上述进一步技术方案的有益效果是：主动降温装置驱动涡轮周向内部上交替设置不同极性的永磁体，主动降温装置内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统，其特征在于，包括：随钻测控系统短节(5)、保温装置(18)、至少一个主动降温装置、传热装置(21)、至少一个随钻测控电路以及传感器、至少一个带磁极的第一驱动涡轮(24)，所述随钻测控系统短节(5)为管体结构，所述随钻测控电路以及传感器安装在所述随钻测控系统短节(5)中，所述主动降温装置转动安装在所述随钻测控系统短节(5)中，所述第一驱动涡轮(24)转动套设在所述主动降温装置的底部，所述主动降温装置的顶端邻近所述随钻测控电路以及传感器，所述传热装置(21)套设在所述主动降温装置的底部，所述保温装置(18)套设在所述主动降温装置的顶部，所述第一驱动涡轮(24)的周侧壁上设有多个永磁体(29)，所述主动降温装置的底部的周侧壁上设有周向磁体。2.根据权利要求1所述的一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统，其特征在于，所述主动降温装置包括：主动降温装置热端(25)、主动降温装置连接管路(26)、主动降温装置冷端(27)，所述主动降温装置热端(25)通过所述主动降温装置连接管路(26)与所述主动降温装置冷端(27)连接，所述第一驱动涡轮(24)转动套设在所述主动降温装置热端(25)外侧，所述主动降温装置冷端(27)邻近所述随钻测控电路以及传感器，所述传热装置(21)套设在所述主动降温装置热端(25)的外侧，所述保温装置(18)套设在所述主动降温装置冷端(27)的外侧。3.根据权利要求1所述的一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统，其特征在于，所述传热装置(21)的制作材料为铜箔或铝箔，所述保温装置(18)的制作材料为气凝胶。4.根据权利要求1所述的一种具备主动降温功能的中心水眼式随钻测控系统，其特征在于，所述随钻测控系统短节(5)中设有第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘珂，苏义脑，窦修荣，高文凯，陈俊龙，张磊，王家进，王磊，彭浩，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司北京石油机械有限公司，
类型：发明
国别省市：