[发明专利]用于调节测井仪器工作的环境温度的制冷装置

说明书

技术领域

 本发明属于深井探测技术领域，具体地说，是涉及一种用于调节深井探测仪器工作的环境温度的制冷装置。

背景技术

在地震勘察、石油天然气勘探、地下气探测以及长期的地质勘察技术领域，往往需要进行深井作业，对井下的物理参数和化学参量进行即时检测。而时下在深井探测等特殊领域，提供专门用于深井探测的仪器并不多见，而且这些井下探测仪器对工作温度和工作压力都有严格的要求，并且价格昂贵，由此大大限制了测井仪器的普及。

之所以市面上出现的测井仪器非常少见，究其原因，主要归结为以下几点：一是因地球地质结构的影响，在地壳中每深入100米，温度便会上升1-3℃。也就是说，井深在7000m的时候，井底温度会上升70℃-210℃。而目前常规的检测元件和半导体芯片，其工作温度往往低于70℃，因此不能满足在井底工作的要求，需要采用特殊的耐高温检测元件或者价格高昂的高温半导体芯片提供支持。其二是，地壳中含有丰富的地下水和其他流体，当井深达到一定深度时，不可避免地会溢出一定量的水分。当井底的积水沉积到一定容量时，伸入到井下积水中的测井仪器则会多承受一部分压力，且测井仪器的工作深度越深，对仪器的抗压能力以及密封性能的要求也就越高。

由于以上工作条件的限制，导致目前所能检测的深井参数比较单一，检测设备的体积过于庞大且价格也相当昂贵。但是，实际测井环境中往往需要检测更多的物理参数，例如声学参量、磁力参数等。此类检测仪器的构造较为复杂，对检测精度的要求也比较高，系统中使用的光学器件和半导体器件的使用条件比较苛刻，以目前的半导体技术和测井技术无法在井下3000米以下的环境中使用。

因此，如何高效而快速的调节井下探测仪器所处的环境温度，是目前深井探测技术领域正在探讨的一项关键课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于调节测井仪器工作的环境温度的制冷装置，以保证测井仪器能够在井底正常工作，实现对某些井下物理参量的准确检测。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于调节测井仪器工作的环境温度的制冷装置，包括温控电路以及由导热材料制成的外部壳体和内部壳体；所述内部壳体位于外部壳体所围成的腔室内，所述内部壳体所围成的腔室用于放置测井仪器，在所述内部壳体与外部壳体之间设置有由半导体制冷片、导热膜和隔热膜组成的单向导热层，导热方向由内部壳体传导至外部壳体；所述温控电路对内部壳体所围成的腔室内温度进行检测，并根据设定的温度阈值调节半导体制冷片的供电电流，改变半导体制冷片的导热量。

进一步的，在所述温控电路中包括温度传感器、处理器和开关电路；所述温度传感器置于内部壳体所围成的腔室内或者设置在内部壳体的外壁上，检测内部壳体所围成的腔室内温度，并转换成电信号输出至处理器；所述处理器根据接收到的电信号以及设定的温度阈值生成控制信号输出至开关电路，通过控制开关电路通断以控制半导体制冷片的供电回路通断。

优选的，所述开关电路为固态继电器，其输入控制端连接处理器，接收处理器输出的控制信号，固态继电器的输出受控端连接在交直流转换电源与半导体制冷片之间，导通或者切断半导体制冷片的供电回路。

进一步的，所述交直流转换电源连接电缆，所述电缆穿出外部壳体连接井上的交流电源。

优选的，所述外部壳体优选设计成圆柱形或者橄榄球形的钢制金属壳体，以避免下井作业时碰触井壁；在所述外部壳体上穿出电缆的部位设置有密封圈，使外部壳体所围成的腔室呈封闭状态，以避免井底的积水或者热量进入到制冷装置的内部。

作为所述单向导热层的布设方式，优选采用以下两种设计方案：

其一是，将所述单向导热层围绕内部壳体的侧壁环绕设置。

其二是，将所述单向导热层围绕内部壳体的侧壁、顶壁和底壁环绕设置，将内部壳体包裹于其中。

优选的，所述温控电路优选位于所述单向导热层所围绕形成的区域内，利用半导体制冷片对温控电路工作时所发出的热量一并进行散热冷却处理。

为了提高制冷装置的散热能力，满足测井仪器在不同井深下的工作要求，所述单向导热层优选采用多层半导体制冷片、至少一层导热膜和至少一层隔热膜组成，且至少有一层隔热膜与外部壳体的内壁贴合，以防止井下高温环境的热量反向传导至制冷装置的内部。

进一步的，所述半导体制冷片的层数n≥(T2-T1)/dT，n取整数值；其中，T1为测井仪器的最高工作温度，T2为井底环境温度，dT为半导体制冷片的最大温差。