[发明专利]具有用于热传输的定向排列纳米管的复合材料的井下应用

说明书

技术领域

本申请涉及在井下应用中从发热元件传热。

背景技术

借助于穿过一个或更多产油层的油井或井筒，从地下地质层提取油气。在钻进井筒期间以及在完成井筒之前使用多种工具，来提供与井筒周围的地质层相关的各种参数信息。这些工具通常包括多种传感器、电学零部件和电子零部件、以及在运行时能够发热的其它设备。井筒温度能够从室温至500华氏度(大约260摄氏度)以上变化，以及压力能够从大气压力至20,000psi(大约137.8兆帕斯卡)以上变化。诸如这些的温度和压力能够对井下使用的仪器产生负面影响。特别是热量对于具有电子零部件的工具来说将是不利的。在一些情况下，过多的热量能够导致电子零部件工作更加迟缓或甚至失效。因此，理想的是将井下工具的一些零部件设置为理想温度或者将热量从此种零部件传递走。

发明内容

本发明提供用于将热量从井下工具中的特定零部件传递走的装置和方法。

在一个方面，本发明公开一种装置，所述装置包括：与发热元件热连通、用于沿着选定的方向将热量从发热元件传导走的各向异性纳米复合材料元件。

在另一方面，本发明公开一种用于将热量从发热元件传送走的方法，所述方法包括：将热量从所述发热元件传递至各向异性纳米复合材料元件，其中所述各向异性纳米复合材料元件构造成沿着选定方向传导热；以及将所述各向异性纳米复合材料所接收的热传递至吸热元件。

在再一方面，本发明公开一种用于井筒中的工具，所述工具包括：工具主体，其中包含发热元件；热传导设备，其包括至少一个各向异性纳米复合材料元件，所述各向异性纳米复合材料元件耦连至所述发热元件，用于沿着选定方向将热量从所述发热元件传导走；以及耦连至所述热传导设备、用于从所述各向异性纳米复合材料元件吸热的吸热元件。

上面已经相当宽泛地总结了用于监测和控制来自井的产物的系统的重要特征的示例，以便下面的详细说明可以更好地被理解，以便可以理解对现有技术的贡献。当然，还有下面将说明且形成权利要求的主题的附加特征。

附图说明

参考附图可以最好地理解本发明，在所述附图中类似的数字指示类似的元件，在所述附图中：

图1是具有悬挂在绳索上的井下工具的油井的图示；

图2是示意性图示，示出本发明的包括发热元件、吸热元件和纳米复合元件的第一实施例；

图3是示意性图示，示出本发明的包括被供电的热传递设备、电源和控制器的第二实施例；

图4是井下工具的一部分的示意性图示，示出本发明的一实施例，其中，来自发热元件的热通过纳米复合材料传递至吸热元件；以及

图5是与图4相似的实施例的示意性图示，但是在图5的实施例中工具壳体或底盘用作吸热元件。

具体实施方式

图1是测井系统的示意性图示，示出由绳索101在井筒102中传送的井下工具104。井筒示出为穿过地质层103。工具104包括一个或 更多用于评测井筒和/或地质层103的有关参数的传感器106。工具104包括控制单元108，控制单元108可以包括处理器、数据存储介质、由处理器使用以控制工具104的运行以及处理数据和信号的程序和模型。控制单元108与地面控制单元110数据连通，地面控制单元110可以是基于计算机的系统，其对控制单元108提供指令、从控制单元108接收数据、并处理所接收的数据以评测井筒102和/或地质层103的一个或更多性能。替代地，工具104可以通过钢丝或任何其它适当传送工具而在井筒中传送。工具104可以是钻进装置104，其可以是单个工具或者是工具组件的组合，并且由连接起来的管或缠绕管在井中传送。此外，工具可以以任何所需的方式设置。工具104可以包括用于在井筒102中执行操作的任何工具——包括但不限于电阻率工具、核工具、核磁共振工具、地质层测试工具、以及声学工具。此外，所述工具可以由这些和其它工具的组合组成。这些工具中的每一个可以包括多种电子部件——诸如微处理器和电学元件(诸如电机、泵、线圈、变压器等)，所述电子部件在工具在井筒中操作期间发热，所述操作通常是在升高的温度(在一些情况下，可以超过200摄氏度)下进行。在一些情况下，发热元件的温度可能高于井筒温度数度。结合图2-5说明用于传递来自此种发热元件的热的一些示例传热系统和方法。