Способ охлаждения скважинного измерительного устройства

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к эксплуатации скважин для добычи флюида, для регулирования добычи из продуктивного горизонта, а также для исследования скважин, предназначено для охлаждения блоков электроники, обеспечивающих функционирование телеметрической аппаратуры, собирающей измерительные данные о параметрах среды и параметрах погружного электродвигателя. К элементам, работа которых основана на эффекте Пельтье, предварительно установленных на по меньшей мере одном блоке электроники, передают электрическое питание через нулевую точку трансформатора и звезду электродвигателя, включая источник переменного напряжения и трансформатор погружного блока, через первичную обмотку которого осуществляют фильтрация сигналов, а через вторичную создают независимую фазу, по которой через выпрямитель обеспечивают электрическое питание элементов, работа которых основана на эффекте Пельтье, от по меньшей мере одного источника переменного тока. Блок электроники, на который устанавливают элементы, работа которых основана на эффекте Пельтье, предварительно заливают вязкотекучим теплопроводным составом. Технический результат - повышение эффективности работы охлаждающих элементов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, к эксплуатации скважин для добычи флюида, для регулирования добычи из продуктивного горизонта, а также для исследования скважин, предназначено для охлаждения блоков электроники, обеспечивающих функционирование телеметрической аппаратуры, собирающей измерительные данные о параметрах среды и параметрах погружного электродвигателя.

Для обеспечения безотказной работы электронных компонентов телеметрического оборудования в условиях с температурой выше 150 оС широко применяются различные способы охлаждения. Значительными эффективностью и распространенностью характеризуется элементы Пельтье, устанавливаемые в блоках электроники скважинных измерительных устройств.

Известной является термоэлектрическая система охлаждения, соединенная с корпусом и выполненная с возможностью снижения температуры интегральной схемы, причем термоэлектрическая система охлаждения содержит модуль термоэлектрического охлаждения, имеющий множество чередующихся полупроводников p-типа и n-типа [Pat. EP2740889, IPC E21B47/01. Downhole tool cooling system and method / Salvadori Velu Sophie et al. ; applicants Services Pétroliers Schlumberger; Schlumberger Technology BV; Schlumberger Holdings; Prad Res & Dev Ltd. – Appl. No. EP20120306530 ; applied 06.12.2012 ; pub. date 11.06.2014]. Корпус содержит инертный газ, обеспечивающий возможность уменьшения электроэрозии интегральной схемы или термоэлектрической системы охлаждения, или и того, и другого. Система содержит датчик, сконфигурированный для определения температуры окружающей среды. Система также содержит контроллер, сконфигурированный для выборочного включения или отключения термоэлектрической системы охлаждения на основе обнаруженной температуры окружающей среды. Контроллер сконфигурирован для поддержания разности температур не менее 40 оС между температурой окружающей среды и температурой интегральной схемы.

Однако, использование инертного газа не обеспечивает в достаточной степени равномерного охлаждения электронных компонентов. Кроме того, работа термоэлектрической системы предполагает потребление относительно большого количества энергии, что в условиях необходимости соблюдения технических требований может служить причиной снижения эффективности работы системы в случаях недостаточного значения напряжения, передаваемого от наземного оборудования для работы измерительной аппаратуры и системы ее охлаждения.

Известен также метод охлаждения, обеспечивающийся устройством, содержащим один или несколько термоэлектрических охладителей, состоящих в проводящем зацеплении, по меньшей мере, с одним из устройств, которые активно потребляют энергию, а также энергетическим дивертором, отводящим часть энергии, которая не потребляется активными энергопотребляющими устройствами, скважинного энергогенерирующего устройства, в термоэлектрические охладители для обеспечения работы охладителя [Pat. US7527101, IPC H01L35/00. Cooling apparatus and method / James C. Mayes; applicant Schlumberger Technology Corp. – Appl. No. US10905954; applied 27.01.2005; pub. date 05.05.2009]. Скважинное энергогенерирующее устройство содержит турбинный генератор для преобразования гидравлической энергии бурового раствора, прокачиваемого через бурильную колонну, в электрическую энергию. Скважинное энергогенерирующее устройство содержит генератор переменного тока. Дивертор энергии содержит компаратор напряжения.

Компаратор сравнивает избыточное напряжение, подаваемое на шине, с опорным напряжением. Когда избыточное напряжение превышает опорное напряжение, переключатель замыкают для направления избытка энергии по пути к элементам Пельтье.

К недостаткам приведенного способа необходимо отнести следующее:

- способ предполагает наличие дополнительного скважинного источника энергии, турбинного генератора для преобразования гидравлической энергии бурового раствора, что обуславливает повышение себестоимости реализации способа, повышение вероятности появления отказов и ограниченность областей применения;

- использование энергетического дивертора с компаратором имеет узкую область применения и не характеризуется достаточной функциональностью.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является система погружной телеметрии [Пат. RU133197, МПК E21B47/12. Система погружной телеметрии / Я. В. Антимиров и др. ; заявитель ООО "Системы телемеханики". – З. № 2013113051/03 ; заявл. 22.03.2013 ; опубл. 10.10.2013]. Система погружной телеметрии содержит наземный блок, имеющий преобразователь сигнала и соединенный линией питания и линией передачи сигнала с погружным блоком, также имеющим преобразователь сигнала. В погружном блоке данной системы дополнительно размещен, по крайней мере, один охлаждающий элемент, основанный на эффекте Пельтье, конструктивно расположенный на корпусе погружного блока и находящийся в тепловом контакте с платой с электронными компонентами, расположенной внутри корпуса погружного блока. Погружной блок дополнительно содержит блок питания охлаждающего элемента, основанного на эффекте Пельтье.

Напряжение питания погружного блока проходит через блок диодной защиты, необходимый для защиты электронных компонентов, входящих в погружной блок, от отрицательной полуволны напряжений помех, и поступает на блок питания охлаждающего элемента, основанный на эффекте Пельтье, где понижается до требуемых электрических параметров охлаждающего элемента основанного на эффекте Пельтье, необходимых для его работы, и на блок питания цифровой части через блок RC-защиты, используемой для понижения значений помех до безопасных для электронных компонентов, входящих в погружной блок, при появлении перенапряжений.

Недостатком ближайшего аналога являет недостаточно эффективное использование энергии, поступающей по общей для цифровой части и элементов Пельтье линии. Работа термоэлектрических компонентов предполагает потребление относительно большого количества энергии, что в условиях необходимости соблюдения технических требований может служить причиной снижения эффективности работы элементов охлаждения в случаях недостаточного значения напряжения, передаваемого от наземного оборудования для работы измерительной аппаратуры и устройств ее охлаждения.

Заявляемая изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности работы охлаждающих элементов, установленных в блоке электроники скважинного измерительного устройства, основанных на эффекте Пельтье, при обеспечении единых технических требований к питающему напряжению оборудования.

Решение задачи обуславливается совокупностью следующих существенных признаков.

Способ охлаждения скважинного измерительного устройства, которое содержит наземный и погружной блоки, включает операцию охлаждение, по меньшей мере, одного блока электроники погружного блока элементами, работа которых основана на эффекте Пельтье, и предполагает передачу тепла на корпус блока электроники, после чего тепло передают на трубу, в которую погружено измерительное устройство, которую охлаждают пластовой жидкостью. К элементам, работа которых основана на эффекте Пельтье, предварительно установленных на, по меньшей мере, одном блоке электроники, передают электрическое питание через нулевую точку трансформатора и звезду электродвигателя, включая источник переменного напряжения и трансформатор погружного блока, через первичную обмотку которого осуществляют фильтрация сигналов, а через вторичную создают независимую фазу, по которой через выпрямитель обеспечивают электрическое питание элементов, работа которых основана на эффекте Пельтье, от, по меньшей мере, одного источника переменного тока.

Блок электроники, на который устанавливают элементы, работа которых основана на эффекте Пельтье, предварительно заливают вязкотекучим теплопроводным составом.

Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается, графическим материалом, представленным на фиг. – схема скважинного измерительного устройства, относительно которого реализуется способ.

Скважинное измерительное устройство состоит из наземного, 1, и погружного, 2, блоков. Наземный блок, включает источник питания, 3, с устройством приема и обработки информации, 4, и связан с вторичной обмоткой трехфазного трансформатора, 5.

Наземный блок, также содержит фильтр низких частот, 6, установленный на линии связи с вторичной обмоткой трехфазного трансформатора и выполненный с возможностью защиты системы от высокого напряжения, а также коммутирующее устройство, 7, выполненное с возможностью смены полярности напряжения, подаваемого в линию для измерения сопротивления изоляции, связанное с резистором снятия напряжения, 8, пропорционального току линии связи.

Погружной блок, 2, включает набор измерительных датчиков, 9, стабилизатор напряжений, 10, подключенный к обмоткам погружного электродвигателя 11, через резистор, 12, и связан с блоком электроники, 13, который связан с электронным управляемым ключом, 14, подключенным к обмоткам электродвигателя через резистор, 15. Электронный ключ управляется посредством указанного блока электроники, 13, при этом его питание, а также питание измерительных датчиков осуществляется от стабилизатора напряжения, 10.

Погружной блок, 2, содержит трансформатор, 16.

При подаче питающего напряжения устройство приводится в действие. В погружном блоке, 2, блок электроники, 13, опрашивает набор измерительных датчиков, 9, который преимущественно содержит датчики температуры, давления и вибрации. Текущие данные с датчиков, преобразуются в последовательный цифровой код и поступают на электронный управляемый ключ, 14. Синхронно с последовательным цифровым кодом, электронный ключ генерирует сигналы, которые проходя через трансформатор, 16, и обмотки погружного электродвигателя, 11, поступают в устройство приема и обработки информации, 4, проходя при этом, через фильтр низких частот, 6, установленный на линии связи с вторичной обмоткой трехфазного трансформатора, 5, обеспечивая, таким образом, защиту от высокого напряжения.

Также осуществляется аппаратно-программный режим проверки изоляции наземным блоком. Согласно указанному режиму, на линию питания погружного блока подается напряжение отрицательной полярности, которое создают посредством коммутирующего устройства, 7, для смены полярности напряжения. Далее измеряют падение напряжения на резисторе, 8, а также напряжение в питающей линии, после чего вычисляют ток, проходящий через резистор, 8. Исходя из полученных значений тока резистора и напряжения питающей линии вычисляют сопротивление изоляции.

Блок электроники, 13, охлаждают элементами, работа которых основана на эффекте Пельтье, 17.

К элементам, работа которых основана на эффекте Пельтье, 17, предварительно установленных на, по меньшей мере, одном блоке электроники, 13, передают электрическое питание через нулевую точку трансформатора и звезду электродвигателя, включая источник переменного напряжения, 18, и трансформатор погружного блока, 16, через первичную обмотку которого осуществляют фильтрацию сигналов, а через вторичную создают независимую фазу, по которой через выпрямитель, 19, обеспечивают электрическое питание элементов, работа которых основана на эффекте Пельтье, от, по меньшей мере, одного источника переменного тока, 18.

Таким образом, на базе устройства, характеризующегося высокой помехозащищенностью, реализован способ, обеспечивающий передачу электричества через дополнительный канал к элементам, работа которых основана на эффекте Пельтье, что позволяет увеличить ресурс при рабочих температурных режимах и повысить эффективность данных элементов за счет обеспечения работы скважинного измерительного устройства при более высоких температурах, благодаря чему повышается надежность всей системы, обеспечивается выполнение единых технических требований к питающему напряжению.

Отсутствие необходимости применения дополнительных устройств (например, различных генераторов энергии) при реализации способа позволяет использовать оборудования более экономически эффективным путем.

Кроме того, установка блока электроники в вязкотекучим составе (например, на основе низкомолекулярного силиконового каучука) позволяет обеспечить равномерность процессов теплопередачи в устройстве, на котором реализуется заявляемый способ.


  1. Способ охлаждения скважинного измерительного устройства, которое содержит наземный и погружной блоки, включающий операцию охлаждения по меньшей мере одного блока электроники погружного блока элементами, работа которых основана на эффекте Пельтье, и предполагающий передачу тепла на корпус блока электроники, после чего тепло передают на трубу, в которую погружено измерительное устройство, которую охлаждают пластовой жидкостью, отличающийся тем, что к элементам, работа которых основана на эффекте Пельтье, предварительно установленных на по меньшей мере одном блоке электроники, передают электрическое питание через нулевую точку трансформатора и звезду электродвигателя, включая источник переменного напряжения и трансформатор погружного блока, через первичную обмотку которого осуществляют фильтрацию сигналов, а вторичной обмоткой создают независимую фазу, по которой через выпрямитель обеспечивают электрическое питание элементов, работа которых основана на эффекте Пельтье, от по меньшей мере одного источника переменного тока.

2. Способ охлаждения скважинного измерительного устройства по п. 1, отличающийся тем, что блок электроники, на который устанавливают элементы, работа которых основана на эффекте Пельтье, предварительно заливают вязкотекучим теплопроводным составом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам пожарной безопасности, а именно к энергетически автономному устройству для обнаружения возгораний. Устройство содержит температурный чувствительный элемент (1), источник неэлектрической энергии (2), преобразователь неэлектрической энергии в электрическую (3), электронный модуль для передачи сигнала (4) в центр мониторинга для определения местоположения возгорания.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для получения информации о трубопроводе. Предложено устройство для предоставления информации о по меньшей мере одном трубопроводе, температура внешней поверхности которого при его эксплуатации отличается от температуры среды, окружающей указанный по меньшей мере один трубопровод, содержащее по меньшей мере одну радиочастотную метку, предназначенную для расположения на по меньшей мере одном трубопроводе или на расстоянии от него.

Изобретение относится к термоэлектрическим источникам питания. Сущность изобретения: автономный портативный термоэлектрический источник питания включает термоэлектрическое устройство, преобразующее тепло в электричество, источник тепла, находящийся в тепловом контакте с нагреваемой стороной термоэлектрического устройства, теплообменник, находящийся в тепловом контакте с охлаждаемой стороной термоэлектрического устройства, накопитель электрической энергии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника электроснабжения автономных объектов. Технический результат заключается в снижении тепловыделения сверхвысокооборотных микрогенераторов.

Использование: для термоэлектрических обратимых циклов, реализованных с помощью эффектов Зеебека и Пельтье. Сущность изобретения заключается в том, что способ прямого преобразования теплоты в электрическую энергию в термоэлектрическом цикле, осуществляемый при подводе теплоты от нагревателя в место контакта разнородных полупроводниковых стержней из электронного (n типа) и дырочного (р типа) материалов, основанном на обратимом эффекте Зеебека, и выделении теплоты в холодильник при обратимом эффекте Пельтье на противоположных концах стержней в местах контакта с токосъемниками, входящих в электрическую цепь с нагрузкой, отличается тем, что преобразование теплоты в электрическую энергию осуществляется в прямом обратимом термоэлектрическом цикле при подводе теплоты в место контакта электрически соединенных разнородных полупроводниковых стержней термоэлектрического элемента из электронного (n типа) и дырочного (р типа) материалов, каждый из которых имеет электрический и тепловой контакт с шинами из электропроводящего материала, например из меди, расположенными по всей длине стержней вдоль распространения теплового потока по линии нагреватель-охладитель, что позволяет во всем объеме каждого из стержней совместно с медной шиной обратимо преобразовывать теплоту на каждом элементарном уровне температур на базе обратимых эффектов Зеебека и Пельтье и исключить потери на теплопроводность и джоулевый нагрев стержней, и отводе в охладитель теплоты с противоположных концов стержней в местах контакта с токосъемниками.

Изобретение относится к термоэлектрической технике. Устройство состоит из термоэлектрической батареи, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, питаемой источником электрической энергии, обе поверхности которой находятся на некотором расстоянии (зазоре) от стенок транспортных зон с движущимися в них средами.

Изобретение относится к термоэлектрической технике. Устройство состоит из термоэлектрической батареи, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, обе поверхности которой находятся на некотором расстоянии (зазоре) от стенок транспортных зон с движущимися в них средами.

Изобретение относится к термоэлектрической технике. Устройство состоит из термоэлектрической батареи, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, питаемой источником электрической энергии, обе поверхности которой находятся на некотором расстоянии от стенок транспортных зон с движущимися в них средами.

Изобретение относится к области энергетик и может быть использовано в качестве автономных источников энергопитания. Заявлен термоэнергетический генератор, который содержит батарею термоэнергетических модулей, горячие электроды которых подключены к источнику тепловой энергии, а холодные электроды - к емкости с водой, имеющей жидкостный теплоотвод с трубным водоводом, при этом в одном варианте теплоотвод выполнен в корпусе прямого термосифона, изолированного от емкости с водой теплоизолированным контуром, а в верхней части корпуса термосифона размещены металлические решетки, соединенные посредством теплопроводных стержней с наружным дополнительным теплоотводом.

Изобретение относится к медицинской технике. Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для массажа шейно-воротниковой зоны содержит гибкое упруго-деформируемое основание с возможностью облегания шейно-воротниковой зоны.

Изобретение относится к роторным управляемым системам (РУС) с электрическим приводом для регулирования вращения долота при бурении направленных скважин. РУС с электроприводом состоит из: бурового долота, накрученного на вал наддолотного отклонителя, вал которого соединен шлицевым соединением с валами планетарного маслонаполненного редуктора и трехфазного регулируемого вентильного электродвигателя (ВЭД).

Изобретение относится к области бурения наклонно-направленных скважин. Технический результат - повышение надежности передачи высокого напряжения забойному электродвигателю и обмен различного рода информационно-измерительных данных между забоем и устьем с высокой скоростью, используя единый электрический канал связи.

Настоящее изобретение раскрывает устройство и способ определения во время бурения коэффициента крепости по Протодьяконову для породы кровли туннеля на основе измерения уровня звука.

Изобретение относится к геофизическому оборудованию для сопровождения бурения скважин, а именно к способам организации герметичности щелей в стенке бурильной трубы и радиопрозрачных блоков для их осуществления с целью измерения в процессе бурения электрического сопротивления горных пород скважинным резистивиметром, расположенным внутри бурильной трубы.

Предлагаемые технические решения относятся к нефтедобывающей промышленности, а именно к системам и устройствам передачи информации и электрической энергии от погружных исполнительных приборов при эксплуатации скважин для добычи флюида.

В настоящем изобретении раскрыта система измерения в процессе бурения вблизи от долота, содержащая двигательную систему, систему измерения и передачи, беспроводную систему приема и немагнитный переводник, при этом указанная система измерения и передачи установлена внутри двигательной системы и устройство отправки данных указанной системы измерения и передачи и приемное устройство беспроводной системы приема установлены в немагнитной внутренней полости.

Раскрыты способы и устройство для мониторинга нагнетания пара в паронагнетательную скважину. Способ включает в себя получение первого температурного профиля скважины путем выполнения распределенного измерения температуры на первой волоконной оптике.

Изобретение относится к средствам контроля работоспособности системы заканчивания скважины. В частности предложена система для проверки параметров функционирования компоновки для нижнего заканчивания, содержащая: компоновку для нижнего заканчивания, развернутую в стволе скважины перед развертыванием компоновки для верхнего заканчивания, причем компоновка для нижнего заканчивания содержит датчик, систему связи и систему регулирования расхода; и систему инструмента для обслуживания, развернутую с возможностью извлечения в стволе скважины, причем система инструмента для обслуживания содержит интерфейс системы инструмента для обслуживания, взаимодействующий с компоновкой для нижнего заканчивания, перед соединением компоновки для верхнего заканчивания с компоновкой для нижнего заканчивания.

Система электропитания и доставки данных, устойчивая к замыканию на землю, для скважинных датчиков подключается к скважинному электродвигателю посредством трехфазного силового кабеля.

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли промышленности и предназначено для диагностики прискважинной зоны коллекторов с целью определения насыщения и фазового состояния углеводородов в пластах-коллекторах газовых и нефтегазовых скважин комплексом разноглубинных нейтронных методов.

Группа изобретений относится к области добычи текучих сред из подземных пластов-коллекторов. Технический результат – повышение эффективности добычи углеводородных сред за счет бесперебойности режима подачи потока.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к эксплуатации скважин для добычи флюида, для регулирования добычи из продуктивного горизонта, а также для исследования скважин, предназначено для охлаждения блоков электроники, обеспечивающих функционирование телеметрической аппаратуры, собирающей измерительные данные о параметрах среды и параметрах погружного электродвигателя. К элементам, работа которых основана на эффекте Пельтье, предварительно установленных на по меньшей мере одном блоке электроники, передают электрическое питание через нулевую точку трансформатора и звезду электродвигателя, включая источник переменного напряжения и трансформатор погружного блока, через первичную обмотку которого осуществляют фильтрация сигналов, а через вторичную создают независимую фазу, по которой через выпрямитель обеспечивают электрическое питание элементов, работа которых основана на эффекте Пельтье, от по меньшей мере одного источника переменного тока. Блок электроники, на который устанавливают элементы, работа которых основана на эффекте Пельтье, предварительно заливают вязкотекучим теплопроводным составом. Технический результат - повышение эффективности работы охлаждающих элементов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх