[发明专利]井下电机制冷舱

说明书

技术领域

本发明属于石油工程领域，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。

背景技术

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。本发明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。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明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，本发明采用下述方案：

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，本发明具有如下有益效果：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。