CN107435525B 有效 一种热管式磁制冷钻井冲洗液地下冷却钻具
1.一种热管式磁制冷钻井冲洗液地下冷却钻具,其特征在于:是由电池舱(2)、磁制冷设备(10)、导流通道(15)、热管换热设备(17)和钻头(19)组成,电池舱(2)上部为内螺纹接头(1),电池舱(2)内安装有电池(3),通过快插式接头(5)与脉冲发生器(4)连接,实现脉冲电流的输出;电池舱(2)的下方是磁制冷区域,由脉冲发生器(4)、上部线圈(7)、下部线圈(13)、导线(9)、顺磁性盐储腔壳体、顺磁性盐储腔(11)、防水隔离层(8)和顺磁性盐类(12)组成,脉冲发生器(4)是连接电池舱(2)与磁制冷区域上部线圈(7)的枢纽,上部线圈(7)与下部线圈(13)均缠绕在线圈轴(6)上,外部由防水密封舱(14)保护,上部线圈(7)和下部线圈(13)通过一根穿过顺磁性盐储腔壳体的导线(9)连接,上部线圈(7)与下部线圈(13)的中部设计为顺磁性盐储腔(11),顺磁性盐类(12)填充在顺磁性盐储腔(11)内;磁制冷区域也设计为环型柱状结构,冲洗液由下部线圈(13)下方的导流通道(15)流入顺磁性盐储腔(11)的环状通道;热管式换热器下方是取芯筒(18),取芯筒(18)的下方连接钻头(19);
电池舱(2)设计为环型柱状中空结构,冲洗液通过电池舱(2)的环状通道流通;
脉冲发生器(4)可以将电池(3)输出的直流电流输出为脉冲电流传递给上部线圈(7),脉冲电流并不是常规的矩形或简谐波式电流而是通、断式电流,这样就会产生交替存在的电磁场;上部线圈(7)、下部线圈(13)产生的交变磁场可以把顺磁性盐储腔(11)包覆其中;
金属导体(9)的外部设有绝缘层,电池舱(2)与顺磁性盐储腔壳体的连接方式为快插锁紧式,电池(3)采用可充电式锂电池,充电接口与电池舱(2)输出电流接口一致,此外电池与电池舱(2)设计为不可拆分结构;
热管换热设备(17)的换热槽设计为凹形,直热管(16)直接插入顺磁性盐储腔(11);
在地面完成电池舱(2)的更换工作之后,将钻具移动至井口并下入1m暂停,启动钻井冲洗液循环系统,使得钻井液采用反循环方式流通,待钻具下放至井底正常钻井以后,钻孔冲洗液经过钻头(19)进入取芯筒(18),在取芯筒(18)内与热管换热设备(17)完成换热,热管换热设备(17)内的循环介质吸热升华,使得取芯筒(18)能保持在低温范围内,能有效保存冰心、天然气水合物取样岩心,当冲洗液流出取芯筒(18)以后,经过换热槽冲洗液入口进入换热槽,对直热管(16)进行制冷,吸收直热管(16)内循环介质的热量,经过换热槽冲洗液进入导流通道(15),再进入磁制冷顺磁性盐类储腔(11)的循环通道,由于磁场是交替存在的,所以磁场存在的时候顺磁性盐类(12)会沿磁场方向放出其本身储存的热量,在磁场的末端即上部线圈(7)处被冲洗液携带至地表,而磁场不存在时,由于直热管(16)插入在顺磁性盐储腔(11)内,顺磁性盐类吸收热量,使得热管内的循环介质冷凝,沿直热管(16)降落至热管换热设备(17),顺磁性盐类(12)也会吸收来自钻孔冲洗液的热量,这样持续地吸放热过程根据脉冲发生器(4)输出脉冲电流的频率,实现电磁场的交替,进而实现整个吸放热的连续过程。
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