[发明专利]一种用于随钻仪器电路系统的磁极驱动降温系统及方法

说明书

本发明涉及一种随钻仪器电路系统磁极驱动降温系统及方法。本发明使用活塞对气缸内的循环工质施加膨胀作用，造成循环工质容积增大，压力下降，从而温度降低，使其具有吸热的能力，进而降低与其相连的井下电路的温度。膨胀气缸和压缩气缸按照逆斯特林循环原理设计，通过涡轮旋转装置和磁极驱动装置联合作用，实现了循环工质经过等温压缩、等容放热、等温膨胀、等容吸热四个制冷循环过程，具备了在膨胀腔吸收电路系统上的热量，再将热量转移到压缩腔中，进一步将热量释放到环境当中，从而降低了电路系统的温度，使其避免缩短寿命或发生失效的现象。

技术领域

本发明涉及一种电路降温系统及方法，属于钻探技术领域，尤其是涉及一种随钻仪器电路系统磁极驱动降温系统及方法。

背景技术

油气井井眼的形成，是通过钻柱旋转带动钻头或是井下动力钻具带动钻头切削地下岩层而产生的，钻头及井下工具在井眼里需要延伸几千米长。

在钻井过程中，为了减轻与钻井作业相关的风险因素，就需要尽可能多的获取井下环境的各种信息，如：地质参数、工程参数和工艺参数等。因此钻柱底部近钻头附件安装有各种测量工具，如：随钻测量工具(MWD)和随钻测井工具(LWD)。这些工具上的电路系统包括各种电子元件或传感元件，以实现数据的采集、处理、存储和传输等功能。这些井下电路在工作过程中自身会产生热量；同时，钻井过程中的井下高温也会对其产生影响。

一般来说，高温诱发电路系统失效有两种模式。第一，电路系统上的热应力降低了其使用寿命；第二，当温度达到一个临界值，电路系统会发生失效并停止工作。由过热引发的失效不仅导致更换失效电路系统而增加成本，而且中断了钻井活动，需要起下钻更换电路系统，这也耗费了钻井时间增加了钻井成本。

当前，石油行业解决井下电路耐高温的措施有三种：其一，经过高温考核，筛选出能在高温下使用的元器件；其二，订制耐高温元器件；其三，投入巨额经费，自主研发耐高温的井下电路。这些措施都是从元器件自身被动“抗温”的角度来处理问题，耐高温效果有限；同时，元器件高温封装技术仍是一个瓶颈问题。

因此，给井下电路提供一个高效、稳定的主动降温系统是重要的、也是迫切需求的。

发明内容

为了解决井下电路处于高温环境下会引起寿命缩短甚至失效的问题，本发明提供了一种随钻仪器电路系统磁极驱动降温系统及方法，使井下电路始终维持在可承受的温度范围，保持其正常工作。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

一种用于随钻仪器电路系统的磁极驱动降温系统，包括：

涡轮旋转装置，设置于钻铤本体的偏心水眼内并与旋转轴相连，所述旋转轴沿轴向错位设置第一膨胀气缸磁极和第一压缩气缸磁极，所述第一膨胀气缸磁极和第一压缩气缸磁极在水平面上的投影呈不为零的夹角；

膨胀气缸，其被一个带有第二膨胀气缸磁极的膨胀活塞分隔成膨胀腔和环境温度腔，所述膨胀活塞通过第二膨胀气缸磁极而受第一膨胀气缸磁极的驱动往复运动；

压缩气缸，其内设置带有第二压缩气缸磁极的压缩活塞以及与所述环境温度腔相连通的压缩腔；所述压缩活塞通过第二压缩气缸磁极而受第一压缩气缸磁极的驱动往复运动。

优选的，上述的一种用于随钻仪器电路系统的磁极驱动降温系统，所述涡轮旋转装置包括：

定涡轮，通过固定装置设置于水眼中，其叶片与钻铤轴向呈不为零的夹角；

动涡轮，通过滚动支撑装置设置于水眼中，其叶片与定涡轮的叶片之间存在倾角；所述动涡轮与所述旋转轴相连。

优选的，上述的一种用于随钻仪器电路系统的磁极驱动降温系统，在所述旋转轴旋转的方向上，所述第一膨胀气缸磁极的相位角超前于第一压缩气缸磁极的相位角。