[发明专利]一种用于高温环境的电子系统热管理封装装置

说明书

本发明涉及一种用于高温环境的电子系统热管理封装装置，包括工具内筒、工具外筒和气凝胶隔热层，工具内筒中形成有用于泥浆流通的通道，工具外筒套设在工具内筒外并与工具内筒间隔布置，气凝胶隔热层设置在间隔中；工具内筒外侧壁上设有用于安装电路板的托架，电路板安装在托架上，且电路板上的发热元器件朝向工具内筒布置。本发明根据装置所处环境特点和结构特征，针对高温环境边界，采取气凝胶隔热层进行隔热设计，防止高温环境对装置内部造成不利影响；工具内筒可用于泥浆高速流过，利用高速流动的泥浆作为装置的散热冷源，通过将电路板上的发热元器件朝向工具内筒布置，可利用将发热元器件产生的热量通过工具内筒中流动的泥浆带走。

技术领域

本发明涉及钻井和测井相关技术领域，尤其应用于油气田高温高压环境的旋转导向钻井和测井技术领域，具体涉及一种用于高温环境的电子系统热管理封装装置。

背景技术

旋转导向和测井技术是一项新技术，代表了钻井技术发展的最高水平。国内旋转导向和测井技术研究起步较晚，开发具有自主知识产权的旋转导向钻井和测井技术可以显著提高我油田服务市场竞争力，产生巨大的经济效益。旋转导向和测井系统中的电子元器件能够顺利工作，决定了整个钻导和测井系统是否能够顺利进行作业。因此，对智能钻导和测井系统进行电子元器件热管理设计，保证电子元器件在既定工况下能够正常工作，是智能钻导和测井系统设计中亟待解决的问题，对于目前复杂结构井的特殊储层的开发需要具有重要的意义。因此，自主设计研发旋转导向机构，可以显著提高我国油田服务的技术水平。

许多行业都需要能够在极端高温等恶劣环境下可靠工作的电子设备。地下钻探行业中高温电子设备的应用十分复杂。首先，在钻探作业过程中，电子设备和传感器会引导钻探设备并监控其状态是否正常。随着定向钻探技术的出现，高温地质导向仪器必须将钻孔位置精确引导至地质目标。钻孔时或钻孔刚结束时，精密的井下仪器会收集周围的地质构造数据。这种做法称为测井，可以测量电阻率、放射性、声音传播时间、磁共振和其他属性，以便确定地质构造特性，如岩性、孔隙度、渗透率，以及水/烃饱和度。最后，在完成和生产阶段，电子系统会监控压力、温度、振动和多相位流动，并主动控制阀门。满足这些需求，需要有一个完整的高性能元件信号链。

如何对井下系统电子器件进行封装非常重要，因为将工具安装在某个钻头上面后其必须要能够承受高温、振动和碰撞。用于封装标准半导体的一般塑封材料会降解，并不能在高温下提供足够的运行可靠性。陶瓷密封封装或者陶瓷多片组件硅保护最常用的封装。利用陶瓷多片组件和混合封装时，使用合格的优质芯片可以节省空间，从而提高集成度。所有有源设计组件都集成到芯片中并贴装在陶瓷基片上，这时便可以实现更小体积的解决方案。陶瓷封装基板材料主要包括Al₂O₃、BeO和AlN等。目前，Al₂O₃陶瓷是应用最成熟的陶瓷封装材料，以其耐热冲击性和电绝缘性较好、制作和加工技术成熟而被广泛应用。陶瓷封装材料缺点是成本较高，且陶瓷材料密度较大，作为智能钻导机构的封装材料时，其质量较高，使得钻头的驱动成本较大，如何选取轻质且隔热性能好的封装材料，是电子器件热管理中的重要问题。

旋转导向系统在实际使用过程中，还需要解决非稳输入条件下电能的高效变换、管理、传输问题，极限严酷环境条件下的超稳电能输出问题，泥浆介质用于供电和通信效果的地面模拟手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于高温环境的电子系统热管理封装装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于高温环境的电子系统热管理封装装置，包括工具内筒、工具外筒和气凝胶隔热层，所述工具内筒中形成有用于泥浆流通的通道，所述工具外筒套设在所述工具内筒外并与所述工具内筒间隔布置，所述气凝胶隔热层设置在所述间隔中；所述工具内筒外侧壁上设有用于安装电路板的托架，所述电路板安装在所述托架上，且所述电路板上的发热元器件朝向所述工具内筒布置。