一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统及方法
阅读：0发布：2021-07-17
专利汇可以提供一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种系统及方法。包括： 相变 材料 容器，其内设置有 相变材料 ，并且通过导热材料 接触 井下 电路 ； 半导体 制冷片，设置于所述相变材料容器的端面上，其冷端连接所述相变材料，其热端接触端部导热板，所述端部导热板与钻艇本体相连。因此，本发明具备以下优点：1、采用半导体制冷片主动降温的方法降低井下电路的 温度 ，而不必依靠元件自身被动“抗温”；2、由井下发 电机 提供动 力 ，可保证对井下电路持续的降温，提高了井下电路的寿命及 稳定性 ；3、在半导体制冷片失效或是断电的情况下，采用相变材料短时间内吸收井下电路产生的热量，以免其受到高温的影响发生损坏，随后将 钻柱 提至地面进行维修或是等待备用电源启动。，下面是一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，包括：
相变材料容器，其内设置有相变材料，并且通过导热材料接触井下电路；
半导体制冷片，设置于所述相变材料容器的端面上，其冷端连接所述相变材料，其热端接触端部导热板，所述端部导热板与钻艇本体相连。
2.根据权利要求1所述的一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，所述相变材料容器内沿轴向设置有放置电路的电路腔体，电路腔体内填充有导热材料，所述井下电路被该导热材料包裹。
3.根据权利要求1所述的一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，所述井下电路上设置有若干个温度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，所述相变材料容器的侧壁包裹有绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，所述相变材料容器设置于一保温瓶内，所述保温瓶的瓶盖为一圆形内部导热板，该内部导热板一端接触所述相变材料，一端接触半导体制冷片。
6.根据权利要求1所述的一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，所述端部导热板为方形。
7.根据权利要求1所述的一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，所述相变材料容器为异型材料制造。
8.根据权利要求1所述的一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，所述相变材料为低熔点合金。
9.根据权利要求1所述的一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，其特征在于，还包括井下发电机，所述井下发电机用于为半导体制冷片提供电能，其置于相邻的钻柱水眼内，通过导线与半导体制冷片相连。
10.利用上述任一权利要求所述系统对井下电路降温的方法，其特征在于，当井下电路温度超过阈值时，启动降温系统；当井下电路未超过该阈值时，不启动降温系统。
一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种降温系统及方法，属于钻井技术领域，具体是涉及一种系统及方法。
背景技术
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 因此，给井下电路提供一个高效、稳定的降温系统是重要的、也是迫切需求的。
发明内容
[0007] 以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0008] 本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的技术问题，提供了一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统及方法。该系统及方法采用半导体制冷片主动降温的方法降低井下电路的温度，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。
[0009] 为解决上述问题，本发明的方案是：
[0010] 一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，包括：
[0012] 半导体制冷片，设置于所述相变材料容器的端面上，其冷端连接所述相变材料，其热端接触端部导热板，所述端部导热板与钻铤本体相连。
[0013] 在本发明的至少一个实施例中，所述相变材料容器内沿轴向设置有放置电路的电路腔体，电路腔体内填充有导热材料，所述井下电路被该导热材料包裹。
[0016] 在本发明的至少一个实施例中，所述相变材料容器设置于一保温瓶内，所述保温瓶的瓶盖为一圆形内部导热板，该内部导热板一端接触所述相变材料，一端接触半导体制冷片。
[0017] 在本发明的至少一个实施例中，所述端部导热板为方形。
[0018] 在本发明的至少一个实施例中，所述相变材料容器为异型材料制造。
[0019] 在本发明的至少一个实施例中，所述相变材料为低熔点合金。
[0021] 一种利用上述任一系统对井下电路降温的方法，当井下电路温度超过阈值时，启动降温系统；当井下电路未超过该阈值时，不启动降温系统。
[0022] 因此，本发明具备以下优点：1、采用半导体制冷片主动降温的方法降低井下电路的温度，而不必依靠元件自身被动“抗温”；2、由井下发电机提供动力，可保证对井下电路持续的降温，提高了井下电路的寿命及稳定性；3、在半导体制冷片失效或是断电的情况下，采用相变材料短时间内吸收井下电路产生的热量，以免其受到高温的影响发生损坏，随后将钻柱提至地面进行维修或是等待备用电源启动。附图说明
[0024] 附图1-1是实施例1包含主动降温系统的井下工具示意图；附图1-2是实施例1降温系统剖面视图；附图1-3是沿着图1-2中的1-1切线剖面视图；附图1-4是沿图1-2中的2-2切线剖面视图；附图1-5是降温系统启动方框图；
[0025] 图中，1-1：地层；1-2：井筒；1-3：环空中钻井液；1-4：钻头；1-5：钻铤；1-6：斯特林主动降温系统；1-7：水眼中钻井液；1-8：钻铤本体；1-9：热端舱盖；1-10：散热体上部；1-11：散热体下部；1-12：斯特林制冷机热端；1-13：斯特林制冷机分置管；1-14：热端舱；1-15：斯特林制冷机冷端；1-16：固定装置；1-17：电路舱；1-18：电路舱盖；1-19：斯特林制冷机冷指；
1-20：T型导热块；1-21：电子元件或传感元件；1-22：井下电路。
1-20：T型导热块；1-21：电子元件或传感元件；1-22：井下电路。
[0026] 附图2-1是实施例2包含主动降温系统的井下工具示意图；附图2-2是实施例2降温系统剖面视图；附图2-3是沿着图2-2中的1-1剖面视图；附图2-4是沿着图2-2中的2-2剖面视图；附图2-5是降温系统沿图2-2中的3-3剖面视图；
[0027] 图中：2-1：地层；2-2：井筒；2-3：钻杆；2-4：钻铤；2-5：钻头；2-6：水眼中钻井液；2-7：主动降温系统；2-8：固定装置；2-9：环空内钻井液；2-10：第一级半导体制冷片；2-11：第二级半导体制冷片；2-12：第三级半导体制冷片；2-13：第一导热板；2-14：第一级半导体制冷片热端；2-15：第一级半导体制冷片冷端；2-16：第二导热板；2-17：绝热材料；2-18：壳体；
2-19：第二级半导体制冷片冷端；2-20：第二级半导体制冷片热端；2-21：第三导热板；2-22：
第三级半导体制冷片热端；2-23：第三级半导体制冷片冷端；2-24：第四导热板；2-25：井下电路。
2-19：第二级半导体制冷片冷端；2-20：第二级半导体制冷片热端；2-21：第三导热板；2-22：
第三级半导体制冷片热端；2-23：第三级半导体制冷片冷端；2-24：第四导热板；2-25：井下电路。
[0028] 附图3-1是实施例3中包含半导体及相变联合降温系统的井下工具示意图；附图3-2是实施例3降温系统剖面视图；附图3是沿着图3-2中的1-1剖面视图；附图3-4是沿着图3-2中的2-2剖面视图；附图3-5是沿着图3-2中的3-3剖面视图；
[0029] 图中：3-1：地层；3-2：井筒；3-3：环空中钻井液；3-4：钻头；3-5：钻铤；3-6：联合降温系统；3-7：水眼中钻井液；3-8：钻铤本体；3-9：端部导体板；3-10：电路舱盖；3-11：电路舱体；3-12：保温瓶；3-13：半导体制冷片；3-14：内部导热板；3-15：绝热材料；3-16：相变材料；3-17：相变材料容器；3-18：电子元件或传感元件；3-19：导热材料；3-20：井下电路；3-21：固定装置。
[0030] 将参照附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
[0031] 实施例1
[0032] 本实施例1使用斯特林制冷机来降低井下电路温度。斯特林制冷机采用的是气体回热式制冷原理，其结构特点是：压缩部分与膨胀部分之间不利用阀门配气，压缩部分和膨胀部分集成为一体，通过相应的机构耦合，以同样的频率运转。正是这种结构，才实现了等温压缩、等容放热、等温膨胀、等容吸热的制冷循环过程。在制冷循环过程中，斯特林制冷机冷指产生的冷负荷，通过T型导热块，均匀的传递到每个电子元件或传感元件上，从而降低整个电路的温度，使其避免缩短寿命或发生失效的现象。
[0033] 基于以上原理，本实施例的方案是：一种随钻井下电路斯特林主动降温系统，包括：
[0034] 钻铤本体，其内设置热端舱及电路舱；
[0035] 斯特林制冷机，为分置式制冷机，其冷端连接电路舱内的井下电路元件，其热端连接所述热端舱内设置的散热体。
[0036] 其中，所述斯特林制冷机热端位于所述热端舱内，所述斯特林制冷机冷端位于电路舱内与电路元件相连，中间通过斯特林制冷机分置管连接。
[0037] 下面结合附图1-1至图1-5对本实施例进行详细说明。
[0038] 如图1-1所示，为本实施例的包含主动降温系统的井下工具示意图。
[0039] 附图1-2是降温系统剖面视图。如图1-2所示，本实施例的降温系统包括：钻铤本体1-8、斯特林制冷机、散热体组合、固定装置1-16、T型导热块1-20、井下电路1-22、绝热材料、井下发电机、温度测量装置；
[0040] 其中，钻铤本体1-8为水眼偏心结构设计，钻铤本体侧壁上设置热端舱1-14、电路舱1-17；热端舱1-14用于放置斯特林制冷机热端1-12及散热体组合；电路舱体1-17用于放置斯特林制冷机冷端1-15、固定装置、井下电路1-22及绝热材料，分开设置的目的是为了隔热；热端舱1-14与电路舱1-17之间有一连接孔，用于斯特林制冷机分置管穿过，随后进行隔热处理；
[0041] 本实施例中，斯特林制冷机为分置式斯特林制冷机，即：斯特林制冷机热端和冷端相分离，中间通过分置管连接，有效的延长了热端和冷端的距离；分置管中间充填的是氦气，充当冷媒。
[0042] 本实施例中，散热体组合分为散热体上部和散热体下部；所述散热体上部和散热体下部中间各有一个半圆面，用于和斯特林制冷机热端散热面相连；散热体外表面与热端舱体内壁面相连，连接部分涂抹高导热率的导热油脂；散热体上部和散热体下部有两个作用，分别是：将斯特林制冷机热端产生的热量传导到钻铤本体上，以及支撑和固定斯特林制冷机热端。散热体采用导热率高的T1材料，以便于斯特林制冷机热端热量的耗散。
[0043] 固定装置用于固定斯特林制冷机冷指，同时该装置采用导热率高的T1材料，以便于冷指端部的散热；导热块为T型导热块1-20，用于将斯特林制冷机冷指产生的冷负荷均匀高效的传递到井下电路上；导热块采用截面形状为T型的结构；导热块采用导热率高的T1材料；
[0044] 井下电路包括各种电子元件或传感元件，以实现钻井数据的采集、处理、存储和传输等功能；绝热材料采用导热率低的纳米微孔隔热毡；在电路舱体中有空隙的地方充填绝热材料，以建立高的热阻；井下发电机用于为斯特林制冷机提供动力；其置于与钻铤本体相邻的钻柱水眼内，通过导线与钻铤本体内的斯特林制冷机相连；
[0045] 本实施例中，还在井下电路设置温度测量装置。温度测量装置用于检测井下电路的温度。可以设定一个温度阈值，当井下电路温度超过该阈值时，发出信号启动降温系统；当井下电路未超过该阈值时，不发出启动降温系统信号；不管降温系统启动与否，井下电路都要求正常工作；
[0046] 如图1-5所示，为本实施例的斯特林制冷机降温方法示意图。
[0047] 在钻井过程中，斯特林主动降温系统1-6自带的温度测量装置(附图中未示出)，检测到井下电路1-22的温度超过设定的温度阈值，则启动降温系统。井下发电机给斯特林制冷机提供电能，斯特林制冷机冷指产生的冷负荷，通过T型导热块，均匀的传递到每个电子元件或传感元件上，降低整个电路的温度，使其避免缩短寿命或发生失效现象。同时，斯特林制冷机热端1-12产生的热量，通过上散热体和下散热体转移到钻铤本体热端舱1-14的内表面上，再通过导热作用热量转移到钻铤本体外表面上，随后与环空中或水眼中钻井液进行热量交换，将热量带走。通过上述过程，在斯特林主动降温系统作用下，井下电路1-22的热量转移到钻井液中，使得电子元件或传感元件1-21维持在可正常工作的温度范围；
[0048] 在钻井过程中，斯特林主动降温系统1-6自带的温度测量装置(附图中未示出)，检测到井下电路22的温度未超过设定的温度阈值，则不启动降温系统。
[0049] 实施例2
[0050] 本实施例2使用半导体制冷片来降低井下电路温度。其工作原理为：半导体制冷片接通电源后，电子由负极出发，首先经过P型半导体，在此吸收热量；随后电子移动到了N型半导体，又将热量放出。每经过一个PN模组，热量就从一边转移到另一边；由大量的N型和P型半导体相互排列构成一个整体，成为半导体制冷片，总体的效果就是热量由半导体制冷片的一面转移到另一面，于是造成了温差，从而形成了冷、热端。依靠半导体制冷片的制冷效果，井下电路产生的热量通过导热板、半导体制冷片的相互作用转移到壳体上，最终转移到钻井液中。
[0051] 基于以上原理，本实施例的方案是：
[0052] 一种随钻井下电路半导体主动降温系统，包括壳体以及设置于壳体内的多级半导体制冷片，其中，半导体制冷片包括：
[0053] 第一级半导体制冷片，其热端通过第一导热板连接壳体，其冷端通过第二导热板连接第二级半导体制冷片的热端；
[0054] 第二级半导体制冷片，其冷端通过第三导热板连接第三级半导体制冷片的热端；
[0055] 第三级半导体制冷片，其冷端通过第四导热板连接井下电路；
[0056] 其中，各级半导体制冷片沿钻铤轴向设置，各级半导体制冷片的冷热端所在平面与钻铤轴向平行，连接各级半导体制冷片的散热板沿钻铤轴向设置。
[0057] 下面结合附图2-1至图2-5对本实施例进行详细说明。
[0058] 如图2-1所示，为本实施例的含主动降温系统的井下工具示意图。如图2-2至图2-5所示，为本实施例的一种随钻井下电路半导体主动降温系统，包括：一个壳体、半导体制冷片、导热板、井下电路2-25、绝热材料、导热油脂、井下发电机、温度测量装置；
[0059] 本实施例中的壳体，如果置于水眼中，则壳体是承压壳体，能够承受井下钻井液的静液柱压力和地面泵对钻井液施加压力之和，而不产生变形，且壳体通过固定装置固定在钻铤的内壁上；壳体要有高的导热率，比如：壳体用铍铜合金制造；如果壳体置于钻铤内，则壳体与钻铤壁相连接的地方需要用导热硅胶粘接；壳体要有高的导热率，比如：壳体用铍铜合金制造；
[0060] 本实施例中，半导体制冷片采用三级串联的结构，即：第一级半导体制冷片冷端通过导热板与第二级半导体制冷片热端相连；第二级半导体制冷片冷端通过导热板与第三级半导体制冷片热端相连；采用串联的结构是为了延长冷端和热端的距离，制造更大的温差；导热板采用高导热率材料制造，如选用T1材料；导热板的作用是将热量均匀高效的进行传递；
[0061] 本实施例中，井下电路包括各种电子元件或传感元件，以实现钻井数据的采集、处理、存储和传输等功能；绝热材料采用导热率低的纳米微孔隔热毡；在壳体内未放置任何器件的空间内应充填绝热材料，以建立高的热阻。井下电路、半导体制冷片、导热板、壳体内表面相连接的地方，都应涂抹高导热率的导热油脂；井下发电机用于为半导体制冷片提供电能；其置于相邻的钻柱水眼内，通过导线与半导体制冷片相连；
[0062] 热量转移路径为：井下电路—第四导热板—第三级半导体制冷片冷端—第三级半导体制冷片热端—第三导热板—第二级半导体制冷片冷端—第二级半导体制冷片热端—第二导热板—第一级半导体制冷片冷端—第一级半导体制冷片热端—第一导热板—(承压)壳体—钻井液/钻铤壁—钻井液；
[0063] 本发明实施例中，温度测量装置用于检测井下电路的温度，设定一个温度阈值。当井下电路温度超过该阈值时，发出信号启动降温系统；当井下电路未超过该阈值时，不发出启动降温系统信号；不管降温系统启动与否，井下电路都要求正常工作；
[0064] 当主动降温系统2-7随钻铤2-4下到井眼中，主动降温系统2-7自带的温度测量装置(图中未示出)，检测到井下电路2-25的温度超过所设定的温度阈值，启动主动降温系统2-7；井下发电机给第一级半导体制冷片2-10、第二级半导体制冷片2-11、第三级半导体制冷片2-12供电。井下电路2-25产生的热量通过第四导热板2-24传递到第三级半导体制冷片冷端2-23，在第三级制冷片PN型半导体的作用下，热量由第三级半导体制冷片冷端2-23转移到第三级半导体制冷片热端2-22；紧接着热量通过第三导热板2-21转移到第二级半导体制冷片冷端2-19，在第二级制冷片PN型半导体的作用下，热量由第二级半导体制冷片冷端
2-19转移到第二级半导体制冷片热端2-20；热量随之转移到第二导热板2-16上，再转移到第一级半导体制冷片冷端2-15上，在第一级制冷片PN型半导体的作用下，热量由第一级半导体制冷片冷端2-15转移到半导体第一级制冷片热端2-14上，最后热量通过第一导热板2-
13转移到壳体2-18上；壳体2-18上的热量转移到外面的钻井液中，完成热量转移。通过上述过程，井下电路2-25的热量转移到钻井液中，使得井下电路2-25维持在可正常工作的温度范围内；
2-19转移到第二级半导体制冷片热端2-20；热量随之转移到第二导热板2-16上，再转移到第一级半导体制冷片冷端2-15上，在第一级制冷片PN型半导体的作用下，热量由第一级半导体制冷片冷端2-15转移到半导体第一级制冷片热端2-14上，最后热量通过第一导热板2-
13转移到壳体2-18上；壳体2-18上的热量转移到外面的钻井液中，完成热量转移。通过上述过程，井下电路2-25的热量转移到钻井液中，使得井下电路2-25维持在可正常工作的温度范围内；
[0065] 当主动降温系统2-7随钻铤2-4下到井眼中，主动降温系统2-7自带的温度测量装置(图中未示出)，检测到井下电路2-25的温度低于所设定的温度阈值时，不启动主动降温系统2-7。
[0066] 实施例3
[0067] 本实施例3使用半导体制冷片及相变材料来降低井下电路温度。其工作原理为：半导体制冷片接通电源后，电子由负极出发，首先经过P型半导体，在此吸收热量；随后电子移动到了N型半导体，又将热量放出。每经过一个PN模组，热量就从一边转移到另一边；由大量的N型和P型半导体相互排列构成一个整体，成为半导体制冷片，总体的效果就是热量由半导体制冷片的一面转移到另一面，于是造成了温差，从而形成了冷、热端。井下电路产生的热量通过导热材料进入相变材料内，再有相变材料容器端面与半导体制冷片冷端相接触，在半导体制冷片的作用下将热量转移出去，从而降低井下电路的温度。
[0068] 基于以上原理，本实施例的方案是：一种随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，包括：
[0069] 相变材料容器，其内设置有相变材料，并且通过导热材料接触井下电路；
[0070] 半导体制冷片，设置于所述相变材料容器的端面上，其冷端连接所述相变材料，其热端接触端部导热板，所述端部导热板与钻铤本体相连。
[0071] 其中，所述相变材料容器内沿轴向设置有放置电路的电路腔体，电路腔体内填充有导热材料，所述井下电路被该导热材料包裹。
[0072] 下面结合附图3-1至3-5对本实施例的方案进一步说明：
[0073] 如图3-2所示，本实施例包括：钻铤本体、绝热材料、导热板、半导体制冷片、保温瓶、相变材料容器、相变材料、导热材料、井下电路、固定装置、井下发电机、温度测量装置；
[0074] 钻铤本体为水眼偏心结构设计，钻铤本体侧壁上设置电路舱体；电路舱体用于放置绝热材料、导热板、半导体制冷片、保温瓶、相变材料及容器、导热材料、井下电路、固定装置等；
[0075] 绝热材料采用导热率低的纳米微孔隔热毡；所述绝热材料应充填电路舱体内未放置任何器件的空间内，以建立高的热阻；所述绝热材料有高的弹性，在钻井过程中能够起到减震作用，保护随钻井下电路半导体及相变联合降温系统；
[0076] 导热板分为端部导热板和内部导热板；端部导热板为方形，以增大与电路舱体内壁的接触面积；所述内部导热板为圆形，圆周上带螺纹，便于密封保温瓶口；所述导热板采用高导热率材料制造，如选用T1材料；导热板的作用是将热量均匀高效的进行传递；
[0077] 半导体制冷片由材料Bismuth-Telluride制造，具有耐高温的特性，能够在高温环境下正常工作；；所述半导体制冷片热端与端部导热板相连，将热端产生的热量均匀高效的传递到钻铤本体上；所述半导体制冷片冷端与内部导热板相连；所述半导体制冷片与导热板接触的地方、端部导热板与电路舱体内壁接触的地方应涂抹高导热率的导热油脂；
[0078] 保温瓶为金属双开口保温瓶；所述保温瓶壁采用超高真空及多层包扎结构的绝热技术阻止热量从侧面进入保温瓶内部；所述保温瓶瓶口通过螺纹与内部导热板相连；
[0079] 相变材料容器采用异型材料制造；所述相变材料容器弧形面材料为绝热材料，如陶瓷，高的热阻使得热量不能从弧形面进入到相变材料内；所述相变材料容器平面材料为高导热材料，如T1，低的热阻使得井下电路产生的热量易于进入到相变材料内；所述相变材料容器与保温瓶内壁接触的部分充填带有弹性的绝热材料；所述相变材料容器与井下电路接触的部分充填带有弹性的导热材料；
[0081] 导热材料是由油基纳米颗粒构成的高导热系数的导热硅脂；井下电路包括各种电子元件或传感元件，以实现钻井数据的采集、处理、存储和传输等功能；固定装置用于在电路舱体内固定保温瓶，同时要有高的热阻；井下发电机用于为半导体制冷片提供电能；其置于相邻的钻柱水眼内，通过导线与半导体制冷片相连；
[0082] 本实施例在电路中设置温度测量装置，以用于检测井下电路的温度。可以设定一个温度阈值。当井下电路温度超过该阈值时，发出信号启动降温系统；当井下电路未超过该阈值时，不发出启动降温系统信号；不管降温系统启动与否，井下电路都要求正常工作；
[0083] 在钻井过程中，半导体及相变联合降温系统3-6自带的温度测量装置(附图中未示出)，检测到井下电路3-20的温度超过设定的温度阈值，则启动降温系统。井下发电机给半导体制冷片3-13提供电能，在帕帖尔效应下，半导体制冷片3-13用于吸收井下电路3-20工作过程中产生的热量，具体热量传递的路径是：井下电路3-20——导热材料3-19——相变材料容器壁3-17——相变材料3-16——相变材料容器端面3-17——半导体制冷片3-13；随后半导体制冷片热端将热量转移给端部导热板3-9，进而将热量转移到钻铤本体3-8上；与此同时，由于电路舱体3-11内的绝热材料3-15、保温瓶3-12的作用，井下高温不能进入保温瓶3-12内，避免了对井下电路3-20产生影响。在整个过程中，当半导体制冷片3-13发生失效或是突然断电的情况下，由相变材料3-16短时间内吸收井下电路3-20产生的热量，以免其受到高温的影响发生损坏，随后将钻柱提至地面进行维修或是等待备用电源启动。
[0084] 实施例4
[0085] 实施例4是在实施例1-3的基础上进行综合降温。其思路是将实施例1、实施例2、实施3的方案进行组合，综合降温。
[0086] 因此，本实施例的方案是：
[0087] 一种随钻井下电路主动降温系统，包括：随钻井下电路斯特林主动降温系统、随钻井下电路半导体主动降温系统、随钻井下电路半导体及相变联合降温系统中的一种或多种。
[0088] 本实施例中，随钻井下电路斯特林主动降温系统包括：
[0089] 钻铤本体，其内设置热端舱及电路舱；
[0090] 斯特林制冷机，为分置式制冷机，其冷端连接电路舱内的井下电路元件，其热端连接所述热端舱内设置的散热体。
[0091] 其中，所述斯特林制冷机热端位于所述热端舱内，所述斯特林制冷机冷端位于电路舱内与电路元件相连，中间通过斯特林制冷机分置管连接。
[0092] 本实施例中，随钻井下电路半导体主动降温系统，包括壳体以及设置于壳体内的多级半导体制冷片，其中，半导体制冷片包括：
[0093] 第一级半导体制冷片，其热端通过第一导热板连接壳体，其冷端通过第二导热板连接第二级半导体制冷片的热端；
[0094] 第二级半导体制冷片，其冷端通过第三导热板连接第三级半导体制冷片的热端；
[0095] 第三级半导体制冷片，其冷端通过第四导热板连接井下电路；
[0096] 本实施例中，随钻井下电路半导体及相变联合降温系统，包括：
[0097] 相变材料容器，其内设置有相变材料，并且通过导热材料接触井下电路；
[0098] 半导体制冷片，设置于所述相变材料容器的端面上，其冷端连接所述相变材料，其热端接触端部导热板，所述端部导热板与钻铤本体相连。
[0099] 其中，随钻井下电路斯特林主动降温系统的具体实施如实施例1所示，随钻井下电路半导体主动降温系统的具体实施如实施例2所示，随钻井下电路半导体及相变联合降温系统的具体实施如图3所示，在此不再累述。
[0100] 以上是本发明的具体实施方式，注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
[0101] 提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
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