井下電機制冷艙制造技術

本發明專利技術屬于石油工程領域，具體地，涉及一種井下電機制冷艙。井下電機制冷艙，包括半導體制冷艙、軸承短節和壓力平衡短節；半導體制冷艙通過強制冷卻作用為井下控制電機提供長期穩定的低溫環境；軸承短節安裝于半導體制冷艙的上部，用來將控制電機輸出的動力傳遞，并起到半導體制冷艙的隔熱瓶塞的作用，減少從端部進入半導體制冷艙的熱量；壓力平衡短節安裝于半導體制冷艙的下部，起到平衡半導體制冷艙與外部鉆井液壓力的作用，也可以起到一定的隔熱作用。本發明專利技術具有如下有益效果：提供了一個遠低于井下環境溫度的井下電機制冷艙，可降低對控制電機耐溫等級的要求，或者使現有的耐高溫電機能夠適用于更高的溫度環境。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于石油工程領域，具體地，涉及一種油氣鉆采過程中在井下高溫、高壓環境下為控制電機提供遠低于環境溫度的井下電機制冷艙。
技術介紹
在油氣鉆采過程中，井底溫度隨著深度的增加而增加，地溫梯度一般在3℃/100m，深度為3000m的井，其井底溫度一般在100攝氏度以上。我國中西部地區的油氣資源大都埋藏在深部地層，隨著油氣勘探開發目標層位深度的增加，井底溫度也在不斷增加，如塔里木盆地的東河塘油田，油層深度5700m～6100m，井底溫度在140℃～160℃。對于地溫梯度異常的地區，在井深較淺的情況下，井底溫度便可達到180℃以上。隨著井下控制工程的不斷發展，井下工具的自動化程度越來越高，控制電機在井下工具中的應用也越來越多。但是，由于井下的高溫環境，地面上工業用途的控制電機無法直接應用于井下工具；由于井下空間狹小，井下工具所選用的控制電機的功率密度很高，因此發熱嚴重，在井下狹小的空間中熱量不能及時的散發，導致電機的工作溫度遠高于環境溫度。因此井下工具設計人員不斷的尋找、研發耐高溫電機。本專利技術將提供一種井下電機制冷艙，可以在井下為控制電機提供一個低溫環境，降低對控制電機耐溫等級的要求，或者使現有的耐高溫電機能夠適用于更高的溫度環境。井下的高壓、強振、沖擊環境，導致半導體制冷技術在井下工具中的應用遇到各種技術問題：1、如何在半導體制冷片的冷面與熱面之間進行隔熱。為了改善控制電機的散熱條件、平衡外部高壓環境，井下電機制冷艙充滿絕緣導熱的液體，并通過
平衡活塞平衡電機制冷艙內部壓力與外部鉆井液的壓力。為了防止外部鉆井液和電機制冷艙中的液體進入半導體制冷片的工作腔，需要在半導體制冷片工作腔與外部鉆井液、電機制冷艙之間設計可靠密封。2、如何在強振、沖擊環境下保護半導體制冷片。半導體制冷片上下蓋板是絕緣導熱性能較好的陶瓷，其抗振、抗沖擊性能差，因此，需要特殊的措施來保護半導體制冷片。
技術實現思路
為克服現有技術存在的缺陷，本專利技術提供一種可以在井下高溫、高壓環境中為控制電機提供遠低于環境溫度的井下電機制冷艙，降低對井下工具中控制電機耐溫等級的要求，保證油氣鉆采過程中井下自動化工具能夠在高溫、高壓、強振、沖擊環境中長時間穩定工作。為實現上述目的，本專利技術采用下述方案：井下電機制冷艙，包括：半導體制冷艙、軸承短節和壓力平衡短節；半導體制冷艙通過強制冷卻作用為井下控制電機提供長期穩定的低溫環境；軸承短節安裝于半導體制冷艙的上部，用來將控制電機輸出的動力傳遞，并起到半導體制冷艙的隔熱瓶塞的作用，減少從端部進入半導體制冷艙的熱量；壓力平衡短節安裝于半導體制冷艙的下部，起到平衡半導體制冷艙與外部鉆井液壓力的作用，也可以起到一定的隔熱作用。相對于現有技術，本專利技術具有如下有益效果：提供了一個遠低于井下環境溫度的井下電機制冷艙，可降低對控制電機耐溫等級的要求，或者使現有的耐高溫電機能夠適用于更高的溫度環境；為了防止外部鉆井液和電機制冷艙中的絕緣、導熱液體進入半導體制冷片的工作腔，在半導體制冷片工作腔與外部鉆井液、電機制冷艙之間設計了可靠密封以及耐高壓引線塞；為半導體制冷片設
計了彈性較好的絕熱保持架，既可以吸收部分振動、沖擊能量保護半導體制冷片免受損壞，又可以減少半導體制冷片的冷面與熱面之間熱傳遞提高制冷效率；采用與鉆井液流動方向相同的翅片布置方式，可以提高散熱效率，又一次提高了電機制冷艙的工作效率。附圖說明圖1為井下電機制冷艙的縱向剖視圖；圖2為井下電機制冷艙的A-A剖視圖；圖3為圖1所示的井下電機制冷艙的B-B剖視圖；圖4為井下電機制冷艙的制冷片保持架示意圖。具體實施方式如圖1至圖4所示，井下電機制冷艙，包括：半導體制冷艙1、軸承短節2和壓力平衡短節3；半導體制冷艙1通過強制冷卻作用為井下控制電機提供長期穩定的低溫環境；軸承短節2安裝于半導體制冷艙1的上部，用來將控制電機輸出的動力傳遞，并起到半導體制冷艙1的隔熱瓶塞的作用，減少從端部進入半導體制冷艙1的熱量；壓力平衡短節3安裝于半導體制冷艙1的下部，起到平衡半導體制冷艙1與外部鉆井液壓力的作用，也可以起到一定的隔熱作用。所述的半導體制冷艙1，包括：耐壓筒狀散熱片101、半導體制冷片102、制冷片保持架103、導電環104、引線塞105、導熱硅膠片106、電機艙內筒107、橡膠減振墊108、控制電機109；其中：電機艙內筒107前端設有安裝控制電機109的凸臺1071，控制電機109安裝在凸臺1071上，并且在控制電機109與凸臺1071結合處墊有橡膠減振墊108；電機艙內筒107外表面中部為多面體，如圖3所示，制冷片保持架103加工成相同邊數的多面體套筒，套裝在電機艙內筒107上，制冷片保持架103選用彈性絕熱材料；制冷片保持架103每個側面上設有矩形通孔
1031，半導體制冷片102安裝在矩形通孔1031中，半導體制冷片102與電機艙內筒107的外表面之間墊有導熱硅膠片106；在制冷片保持架103的底端，鑲嵌有兩個銅質導電環104，兩個銅質導電環104彼此之間不接觸，半導體制冷片102的兩條引出線分別與兩個銅質導電環104焊接；在銅質導電環104上分別焊有引出線；在電機艙內筒107的側面設有徑向孔，高壓密封引線塞105安裝在徑向孔內，銅質導電環104的引出線與高壓密封引線塞105上的引腳相連，高壓密封引線塞105實現了半導體制冷片工作腔1021與電機工作腔1091之間的電氣連接和高壓密封；耐壓筒狀散熱片101的內表面為與電機艙內筒107外表面多面體相同邊數的內多面體，外表面設有沿軸向的翅片，耐壓筒狀散熱片101的兩端的多邊形內表面為作為密封面的圓柱面；耐壓筒狀散熱片101套裝在電機艙內筒107和半導體制冷片102的外部，為了保證半導體制冷片102熱面與耐壓筒狀散熱片101多邊形內表面具有良好的熱接觸，安裝時在半導體制冷片102熱面涂有耐高溫導熱膠；耐壓筒狀散熱片101一端的密封圓柱面與電機艙內筒107下端的圓柱面配合，通過O形圈111形成密封，將半導體制冷片工作腔與外部鉆井液隔離。所述的軸承短節2，包括：彈性聯軸器201、軸承座筒202、輸出軸203、軸承204、旋轉密封座205、旋轉密封206、螺塞207、O形密封圈208；控制電機通過軸承短節1將動力輸出到井下電機制冷艙的外部。軸承座筒202與電機艙內筒107通過螺紋相聯，軸承座筒202與電機艙內筒107之間通過O形密封圈110密封，防止電機工作腔1091內的絕緣、導熱液體泄漏；軸承座筒202底端的圓柱面與耐壓筒狀散熱片101另一端的圓柱面配合，并通過O形密封圈112形成密封，將半導體制冷片工作腔1021與外部鉆井液隔離，軸承座筒202底部的臺階將耐壓筒狀散熱片101壓緊在電機艙內筒107底部的臺階上，防止其軸向竄動；彈性聯軸器201將控制電機伸出軸與輸出軸203聯在一起；輸出軸通過軸承204安裝在軸承座筒
202內，一端通過彈性聯軸器201與控制電機伸出軸相聯，另一端伸出井下電機制冷艙，暴露在鉆井液中，與其它零部件相聯；軸承204用于扶正輸出軸203、承受軸向力；軸承座筒202外部設有凸出的支撐塊，如圖2所示，與鉆鋌內壁配合，用于扶正井下電機制冷艙，軸承座筒202徑向鉆有充本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種井下電機制冷艙，包括：半導體制冷艙、軸承短節和壓力平衡短節；其特征在于：半導體制冷艙通過強制冷卻作用為井下控制電機提供長期穩定的低溫環境；軸承短節安裝于半導體制冷艙的上部，用來將控制電機輸出的動力傳遞，并起到半導體制冷艙的隔熱瓶塞的作用，減少從端部進入半導體制冷艙的熱量；壓力平衡短節安裝于半導體制冷艙的下部，起到平衡半導體制冷艙與外部鉆井液壓力的作用，也可以起到一定的隔熱作用。

【技術特征摘要】
1.一種井下電機制冷艙，包括：半導體制冷艙、軸承短節和壓力平衡短節；其特征在于：半導體制冷艙通過強制冷卻作用為井下控制電機提供長期穩定的低溫環境；軸承短節安裝于半導體制冷艙的上部，用來將控制電機輸出的動力傳遞，并起到半導體制冷艙的隔熱瓶塞的作用，減少從端部進入半導體制冷艙的熱量；壓力平衡短節安裝于半導體制冷艙的下部，起到平衡半導體制冷艙與外部鉆井液壓力的作用，也可以起到一定的隔熱作用。2.根據權利要求1所述的井下電機制冷艙，其特征在于：所述的半導體制冷艙，包括：耐壓筒狀散熱片、半導體制冷片、制冷片保持架、導電環、引線塞、導熱硅膠片、電機艙內筒、橡膠減振墊、控制電機；其中：電機艙內筒前端設有安裝控制電機的凸臺，控制電機安裝在凸臺上，并且在控制電機與凸臺結合處墊有橡膠減振墊；電機艙內筒外表面中部為多面體，制冷片保持架加工成相同邊數的多面體套筒，套裝在電機艙內筒上，制冷片保持架選用彈性絕熱材料；制冷片保持架每個側面上設有矩形通孔，半導體制冷片安裝在矩形通孔中，半導體制冷片與電機艙內筒的外表面之間墊有導熱硅膠片；在制冷片保持架的底端，鑲嵌有兩個銅質導電環，兩個銅質導電環彼此之間不接觸，半導體制冷片的兩條引出線分別與兩個銅質導電環焊接；在銅質導電環上分別焊有引出線；在電機艙內筒的側面設有徑向孔，高壓密封引線塞安裝在徑向孔內，銅質導電環的引出線與高壓密封引線塞上的引腳相連，高壓密封引線塞實現了半導體制冷片工作腔與電機工作腔之間的電氣連接和高壓密封；耐壓筒狀散熱片的內表面為與電機
\t艙內筒外表面多面體相同邊數的內多面體，外表面設有沿軸向的翅片，耐壓筒狀散熱片的兩端的多邊形內表面為作為密封面的圓柱面；耐壓筒狀...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賈朋，房軍，薛世峰，成向陽，孫峰，朱秀星，王海靜，王斐斐，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：山東;37