一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统的制作方法

1.本发明涉及钻探技术领域，尤其涉及一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统。


背景技术：

2.油气井井眼的形成，是通过钻柱旋转或是井下动力钻具带动钻头切削地下岩层而产生的。为保障安全、高效钻井施工，需要在钻进的同时，连续不断地检测近钻头处的钻压、扭矩、环空水眼压力、温度等工程参数和电阻率、孔隙度、随钻伽马等地质参数。而为实现这些随钻工程参数和地质参数的获取，需要在钻柱底部、近钻头附近安装各种参数测量电路或传感器。
3.随着能源需求的增大，深层、超深层油气资源的勘探开发已成为增储上产的重要领域。但是，在向深层、超深层钻进过程中，地层高温超过了随钻测控系统各类元器件或传感器的温度上限，使其发生故障、甚至失效。一般来说，高温诱发随钻测控系统各类元器件或传感器失效有两种模式：1)当元器件或传感器工作时，自身温升产生的热应力降低了其使用寿命；2)当深层、超深层环境温度达到一个临界值时，随钻测控系统各类元器件或传感器就会发生破坏。由过热引发的失效，不仅导致更换失效元器件或传感器增加成本，而且缺乏耐高温的电子元器件，无法应对更深层油气资源的勘探开发需求。
4.当前，油气井井下工具抗高温技术已经被列为突破深层、超深层油气资源高效勘探和效益开发的关键核心技术。因此，攻克抗高温随钻测控系统的相关核心模块技术是重要的、也是迫切需求的。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，包括：井下发电机短节、随钻测控系统短节、驱动涡轮、传动机构、至少一个周向传动磁极、至少一个主动降温装置、传热装置、至少一个随钻测控电路以及传感器、保温装置，所述井下发电机短节与所述随钻测控系统短节连接，所述驱动涡轮转动安装在所述井下发电机短节中，所述驱动涡轮通过所述传动机构与所述周向传动磁极连接，所述周向传动磁极转动安装在所述随钻测控系统短节的侧壁中，所述主动降温装置以及所述随钻测控电路以及传感器均安装在所述随钻测控系统短节的侧壁中，所述主动降温装置的顶端的邻近所述周向传动磁极，所述主动降温装置的底端邻近所述随钻测控电路以及传感器，所述传热装置套设在所述主动降温装置的顶部，所述保温装置套设在所述主动降温装置的底部，所述周向传动磁极的底端周向设有多个永磁体，所述主动降温装置顶端周向设有周向磁体。
7.采用本发明技术方案的有益效果是：主动降温装置采用涡轮旋转的运动驱动方
式，而不采用电力驱动方式，以实现主动降温装置自身的抗高温能力。依靠自带的主动降温装置产生冷量，来平衡高温环境传递给随钻测控系统的热量和随钻测控系统工作过程中产生的自生热，从而将侧壁舱体内的随钻测控系统工作温度降至自身能够承受的环境温度以下，提高随钻测控系统的温度适用范围。解决现有随钻测控系统各类元器件或传感器不耐高温的问题。
8.进一步地，所述传动机构包括：旋转轴、主动齿轮、至少一个从动齿轮、至少一个传动轴，所述旋转轴转动安装在所述井下发电机短节和所述随钻测控系统短节中，所述驱动涡轮套设在所述旋转轴的顶部，所述主动齿轮套设在所述旋转轴的底部，所述主动齿轮转动安装在所述随钻测控系统短节中，所述传动轴转动安装在所述随钻测控系统短节的侧壁中，所述从动齿轮套设在所述传动轴的顶部，所述周向传动磁极套设在所述传动轴的底部，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合。
9.采用上述进一步技术方案的有益效果是：当钻井液流动时，冲刷驱动涡轮，驱动涡轮带动旋转轴旋转，旋转轴带动端部固定的主动齿轮旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，从动齿轮通过传动轴再带动周向传动磁极旋转，通过磁力驱动主动降温装置内部磁体旋转，从而带动主动降温装置工作，产生降温所需的冷量。
10.进一步地，所述旋转轴为中空结构，所述旋转轴内部设有过线管，所述旋转轴转动套设在所述过线管的外侧，所述随钻测控系统短节的侧壁上设有过线孔以及过线通道。
11.采用上述进一步技术方案的有益效果是：驱动涡轮旋转时，带动旋转轴旋转，但是过线管保持静止。随钻测控系统过线方式，从发电机出来的连接线通过过线管，然后再通过随钻测控系统短节的过线孔和过线通道进入随钻测控系统。
12.进一步地，所述井下发电机短节中设有导流叶轮、电工纯铁，所述导流叶轮套设在所述旋转轴上，所述导流叶轮位于所述驱动涡轮的上方，所述电工纯铁套设在所述旋转轴外侧，所述电工纯铁安装在所述井下发电机短节内侧壁上，所述电工纯铁位于所述驱动涡轮的下方。
13.采用上述进一步技术方案的有益效果是：钻井过程中，钻井液在钻具中心水眼内流过时，通过导流叶轮，改变方向后冲刷驱动涡轮。电工纯铁和旋转轴组成井下发电机，旋转轴与电工纯铁作用产生感应电流，井下发电机，一方面用于为随钻测控系统各元器件或传感器提供电能，实现井下信息的采集、存储、转换等功能；另一方面用于为脉冲器执行机构提供电能，带动脉冲器阀芯与脉冲器阀座开启和闭合，向地面发出脉冲信号，进行数据传输，实现了井下数据的采集和传输。井下发电机短节用于支撑井下发电机各组件，短节两端丝扣用于与脉冲器支撑短节和随钻测控系统短节进行对接。
14.进一步地，所述主动降温装置包括：主动降温装置热端、主动降温装置连接管路、主动降温装置冷端，所述主动降温装置热端通过所述主动降温装置连接管路与所述主动降温装置冷端连接，所述周向传动磁极邻近所述主动降温装置热端，所述主动降温装置冷端邻近所述随钻测控电路以及传感器，所述传热装置套设在所述主动降温装置热端的外侧，所述保温装置套设在所述主动降温装置冷端的外侧。
15.采用上述进一步技术方案的有益效果是：冷量通过主动降温装置冷端传递至随钻测控电路以及传感器，从而降低电路或传感器温度。
16.进一步地，所述井下发电机短节远离所述随钻测控系统短节的一端连接有脉冲器
支撑短节，所述脉冲器支撑短节中设有脉冲器。
17.采用上述进一步技术方案的有益效果是：脉冲器支撑短节内部用于支撑脉冲器，短节两端丝扣用于与上下钻具进行对接。脉冲器用于将采集到的井下数据转换为脉冲信号发送至地面，进行数据传输。
18.进一步地，所述脉冲器包括：脉冲器阀座、脉冲器阀芯、执行机构动密封、执行电机、扶正器、通讯接头，所述脉冲器阀座以及所述扶正器安装在所述脉冲器支撑短节处内侧壁上，所述执行电机安装在所述扶正器中，所述通讯接头与所述执行电机连接，所述执行电机与所述脉冲器阀芯的一端连接，所述执行机构动密封安装在所述执行电机和所述脉冲器阀芯的连接位置处，所述脉冲器阀芯的另一端滑动安装在所述脉冲器阀座中。
19.采用上述进一步技术方案的有益效果是：脉冲器支撑短节内部用于支撑脉冲器，短节两端丝扣用于与上下钻具进行对接。脉冲器用于将采集到的井下数据转换为脉冲信号发送至地面，进行数据传输。
20.进一步地，所述随钻测控系统短节的侧壁上设有主动降温装置舱体盖板以及电路舱体盖板，所述主动降温装置的顶部位于所述有主动降温装置舱体盖板位置处，所述主动降温装置的底部位于所述电路舱体盖板位置处。
21.采用上述进一步技术方案的有益效果是：随钻测控系统短节用于支撑随钻测控系统、主动降温装置等，其两端丝扣用于与上下钻具进行对接。主动降温装置热端与随钻测控系统短节和主动降温装置舱体盖板之间设置有传热装置，将聚集在热端的热量传递到随钻测控系统短节和主动降温装置舱体盖板，再由循环的钻井液携带走；主动降温装置冷端与随钻测控系统短节和电路舱体盖板之间设置有保温装置，将随钻测控系统上的冷量与随钻测控系统短节和电路舱体盖板隔绝，从而形成稳定的温度梯度。
22.进一步地，所述传热装置的制作材料为铜箔或铝箔，所述保温装置的制作材料为气凝胶。
23.采用上述进一步技术方案的有益效果是：传热装置可采用铜箔或铝箔层层缠绕而成，一方面这种材质导热率高有助于热量快速传递，另一方面箔材的柔韧性可消除气隙的存在，减小热阻。所述保温装置采用气凝胶包裹而成，一方面这种材质绝热系数高有利于保温，另一方面这种材质具有韧性，可在钻进过程中起到减震作用。
24.本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
25.图1为本发明实施例提供的具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统的结构示意图之一。
26.图2为本发明实施例提供的脉冲器支撑短节的结构示意图。
27.图3为本发明实施例提供的井下发电机短节的结构示意图。
28.图4为本发明实施例提供的随钻测控系统短节的结构示意图。
29.图5为图4所示结构沿剖面线a-a的剖视图。
30.图6为本发明实施例提供主动降温装置的结构示意图。
31.图7为本发明实施例提供的具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统的结构
示意图之二。
32.附图标号说明：1、脉冲器支撑短节；2、脉冲器；3、井下发电机；4、井下发电机短节；5、带主动降温装置的随钻测控系统；6、随钻测控系统短节；7、钻井液；8、脉冲器阀座；9、脉冲器阀芯；10、执行机构动密封；11、执行电机；12、扶正器；13、通讯接头；14、导流叶轮；15、驱动涡轮；16、电工纯铁；17、旋转轴；18、过线管；19、主动齿轮；20、从动齿轮；21、过线孔；22、传动轴；23、周向传动磁极；24、主动降温装置；25、传热装置；26、主动降温装置舱体盖板；27、主动降温装置连接管孔；28、电路舱体盖板；29、随钻测控电路以及传感器；30、保温装置；31、过线通道；32、主动降温装置热端；33、主动降温装置连接管路；34、主动降温装置冷端；35、主动降温装置一；36、主动降温装置二；37、随钻测控电路以及传感器一；38、随钻测控电路以及传感器二；39、传动机构。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
34.如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，包括：井下发电机短节4、随钻测控系统短节6、驱动涡轮15、传动机构39、至少一个周向传动磁极23、至少一个主动降温装置24、传热装置25、至少一个随钻测控电路以及传感器29、保温装置30，所述井下发电机短节4与所述随钻测控系统短节6连接，所述驱动涡轮15转动安装在所述井下发电机短节4中，所述驱动涡轮15通过所述传动机构39与所述周向传动磁极23连接，所述周向传动磁极23转动安装在所述随钻测控系统短节6的侧壁中，所述主动降温装置24以及所述随钻测控电路以及传感器29均安装在所述随钻测控系统短节6的侧壁中，所述主动降温装置24的顶端的邻近所述周向传动磁极23，所述主动降温装置24的底端邻近所述随钻测控电路以及传感器29，所述传热装置25套设在所述主动降温装置24的顶部，所述保温装置30套设在所述主动降温装置24的底部，所述周向传动磁极23的底端周向设有多个永磁体，所述主动降温装置24顶端周向设有周向磁体。
35.采用本发明技术方案的有益效果是：主动降温装置采用涡轮旋转的运动驱动方式，而不采用电力驱动方式，以实现主动降温装置自身的抗高温能力。依靠自带的主动降温装置产生冷量，来平衡高温环境传递给随钻测控系统的热量和随钻测控系统工作过程中产生的自生热，从而将侧壁舱体内的随钻测控系统工作温度降至自身能够承受的环境温度以下，提高随钻测控系统的温度适用范围。解决现有随钻测控系统各类元器件或传感器不耐高温的问题。
36.其中，脉冲器支撑短节1、井下发电机短节4以及随钻测控系统短节6中流通有钻井液7。带主动降温装置的随钻测控系统5可以为主动降温装置24和随钻测控电路以及传感器。图中的箭头代表钻井液7的流动方向以及流动轨迹。
37.周向传动磁极23的底端内部周向上交替设置有不同极性的永磁体，主动降温装置的顶端内部周向对应设有周向磁体。
38.作为上述具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统的可替换方案，随钻测控系统短节6可以设有多个主动降温装置以及多个随钻测控电路以及传感器，多个主动降温装置可以为主动降温装置一35和主动降温装置二36，多个随钻测控电路以及传感器可以为
随钻测控电路以及传感器一37和随钻测控电路以及传感器二38。
39.为了解决现有随钻测控系统各类元器件或传感器不耐高温的问题，提供了一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统。该系统是依靠自带的主动降温装置产生冷量，来平衡高温环境传递给随钻测控系统的热量和随钻测控系统工作过程中产生的自生热，从而将侧壁舱体内的随钻测控系统工作温度降至自身能够承受的环境温度以下，提高随钻测控系统的温度适用范围。
40.具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统包括：
41.脉冲器支撑短节，脉冲器支撑短节内部用于支撑脉冲器，脉冲器支撑短节两端丝扣用于与上下钻具进行对接；
42.脉冲器，用于将采集到的井下数据转换为脉冲信号发送至地面，进行数据传输；
43.井下发电机，一方面用于为随钻测控系统各元器件或传感器提供电能，实现井下信息的采集、存储、转换等功能；另一方面用于为脉冲器执行机构提供电能，以产生携带信息的脉冲信号；
44.井下发电机短节，用于支撑井下发电机各组件，井下发电机短节两端丝扣用于与脉冲器支撑短节和随钻测控系统短节进行对接；
45.带主动降温装置的随钻测控系统可以为主动降温装置，主动降温装置可提供冷量为随钻测控系统降温，形成抗高温随钻测控系统；
46.随钻测控系统短节，用于支撑随钻测控系统、主动降温装置等，其两端丝扣用于与上下钻具进行对接；
47.钻井液，一方面为随钻测控系统提供电能的发电机提供能量，另一方面为主动降温装置提供运行所需的能量。
48.优选地，主动降温装置和随钻测控系统各元器件或传感器均位于短节侧壁舱体内；主动降温装置工作过程中产生的冷量可为随钻测控系统各元器件或传感器进行降温，以提高随钻测控系统适用温度范围。
49.优选地，侧壁舱体式抗高温随钻测控系统根据随钻仪器工具舱体结构尺寸，可设置一套主动降温装置和随钻测控系统，也可设置多套主动降温装置和随钻测控系统，从而可提高一套或多套随钻测控系统的抗高温能力。
50.优选地，一套主动降温装置动力装置采用一个主动齿轮带动一个从动齿轮来实现；多套主动降温装置动力装置采用一个主动齿轮带动多个从动齿轮来实现；一个主动齿轮和多个从动齿轮可采用行星轮结构进行传动。
51.优选地，主动降温装置驱动机构采用周向传动磁极来实现。驱动机构实现过程为，当钻井液流动时，冲刷驱动涡轮，驱动涡轮带动旋转轴旋转，旋转轴带动端部固定的主动齿轮旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，从动齿轮通过传动轴再带动周向传动磁极旋转，通过磁力驱动主动降温装置内部磁体旋转，从而带动主动降温装置工作，产生降温所需的冷量。
52.优选地，随钻测控系统各元器件或传感器，可用于测量地质参数，也可用于测量工程参数，从而为钻井工程师提供实时数据，以支撑安全高效钻井施工。
53.优选地，主动降温装置有三部分组成：主动降温装置热端、主动降温装置连接管路和主动降温装置冷端。其中，主动降温装置连接管路具有柔性特质，可根据实际需要，在固定主动降温装置热端的情况下调节主动降温装置冷端的空间布局，以满足工程需求。
54.优选地，驱动涡轮中心固定旋转轴，旋转轴为空心结构，内部固定过线管；驱动涡轮旋转时，带动旋转轴旋转，但是过线管保持静止。随钻测控系统过线方式，从井下发电机出来的连接线通过过线管，然后再通过随钻测控系统短节的过线孔和过线通道进入随钻测控系统。
55.优选地，主动降温装置热端与随钻测控系统短节和主动降温装置舱体盖板之间设置有传热装置，将聚集在热端的热量传递到随钻测控系统短节和主动降温装置舱体盖板，再由循环的钻井液携带走；主动降温装置冷端与随钻测控系统短节和电路舱体盖板之间设置有保温装置，将随钻测控系统上的冷量与随钻测控系统短节和电路舱体盖板隔绝，从而形成稳定的温度梯度。
56.优选地，所述传热装置可采用铜箔或铝箔层层缠绕而成，一方面这种材质导热率高有助于热量快速传递，另一方面箔材的柔韧性可消除气隙的存在，减小热阻。所述保温装置可采用气凝胶包裹而成，一方面这种材质绝热系数高有利于保温，另一方面这种材质具有韧性，可在钻进过程中起到减震作用。
57.优选地，主动降温装置采用涡轮旋转的运动驱动方式，而不采用电力驱动方式，以实现主动降温装置自身的抗高温能力。
58.在高温、超高温地层钻进过程中，由主动降温装置产生冷量，用来平衡高温环境传递给随钻测控系统的热量和随钻测控系统工作过程中产生的自生热，从而将随钻测控系统工作温度降至自身能够承受的环境温度以下，提高随钻测控系统的温度适用范围。
59.如图1至图7所示，进一步地，所述传动机构39包括：旋转轴17、主动齿轮19、至少一个从动齿轮20、至少一个传动轴22，所述旋转轴17转动安装在所述井下发电机短节4和所述随钻测控系统短节6中，所述驱动涡轮15套设在所述旋转轴17的顶部，所述主动齿轮19套设在所述旋转轴17的底部，所述主动齿轮19转动安装在所述随钻测控系统短节6中，所述传动轴22转动安装在所述随钻测控系统短节6的侧壁中，所述从动齿轮20套设在所述传动轴22的顶部，所述周向传动磁极23套设在所述传动轴22的底部，所述从动齿轮20与所述主动齿轮19啮合。
60.采用上述进一步技术方案的有益效果是：当钻井液流动时，冲刷驱动涡轮，驱动涡轮带动旋转轴旋转，旋转轴带动端部固定的主动齿轮旋转，主动齿轮带动从动齿轮旋转，从动齿轮通过传动轴再带动周向传动磁极旋转，通过磁力驱动主动降温装置内部磁体旋转，从而带动主动降温装置工作，产生降温所需的冷量。
61.如图1至图7所示，进一步地，所述旋转轴17为中空结构，所述旋转轴17内部设有过线管18，所述旋转轴17转动套设在所述过线管18的外侧，所述随钻测控系统短节6的侧壁上设有过线孔21以及过线通道31。
62.采用上述进一步技术方案的有益效果是：驱动涡轮旋转时，带动旋转轴旋转，但是过线管保持静止。随钻测控系统过线方式，从发电机出来的连接线通过过线管，然后再通过随钻测控系统短节的过线孔和过线通道进入随钻测控系统。
63.如图1至图7所示，进一步地，所述井下发电机短节4中设有导流叶轮14、电工纯铁16，所述导流叶轮14套设在所述旋转轴17上，所述导流叶轮14位于所述驱动涡轮15的上方，所述电工纯铁16套设在所述旋转轴17外侧，所述电工纯铁16安装在所述井下发电机短节4内侧壁上，所述电工纯铁16位于所述驱动涡轮15的下方。
64.采用上述进一步技术方案的有益效果是：钻井过程中，钻井液在钻具中心水眼内流过时，通过导流叶轮，改变方向后冲刷驱动涡轮。电工纯铁和旋转轴组成井下发电机，旋转轴与电工纯铁作用产生感应电流，井下发电机，一方面用于为随钻测控系统各元器件或传感器提供电能，实现井下信息的采集、存储、转换等功能；另一方面用于为脉冲器执行机构提供电能，带动脉冲器阀芯与脉冲器阀座开启和闭合，向地面发出脉冲信号，进行数据传输，实现了井下数据的采集和传输。井下发电机短节用于支撑井下发电机各组件，短节两端丝扣用于与脉冲器支撑短节和随钻测控系统短节进行对接。
65.其中，井下发电机3可以为电工纯铁16和旋转轴17。
66.如图1至图7所示，进一步地，所述主动降温装置24包括：主动降温装置热端32、主动降温装置连接管路33、主动降温装置冷端34，所述主动降温装置热端32通过所述主动降温装置连接管路33与所述主动降温装置冷端34连接，所述周向传动磁极23邻近所述主动降温装置热端32，所述主动降温装置冷端34邻近所述随钻测控电路以及传感器29，所述传热装置25套设在所述主动降温装置热端32的外侧，所述保温装置30套设在所述主动降温装置冷端34的外侧。
67.采用上述进一步技术方案的有益效果是：冷量通过主动降温装置冷端传递至随钻测控电路以及传感器，从而降低电路或传感器温度。
68.其中，主动降温装置热端32的顶端周向设有周向磁体。
69.如图1至图7所示，进一步地，所述井下发电机短节4远离所述随钻测控系统短节6的一端连接有脉冲器支撑短节1，所述脉冲器支撑短节1中设有脉冲器2。
70.采用上述进一步技术方案的有益效果是：脉冲器支撑短节内部用于支撑脉冲器，短节两端丝扣用于与上下钻具进行对接。脉冲器用于将采集到的井下数据转换为脉冲信号发送至地面，进行数据传输。
71.如图1至图7所示，进一步地，所述脉冲器2包括：脉冲器阀座8、脉冲器阀芯9、执行机构动密封10、执行电机11、扶正器12、通讯接头13，所述脉冲器阀座8以及所述扶正器12安装在所述脉冲器支撑短节1处内侧壁上，所述执行电机11安装在所述扶正器12中，所述通讯接头13与所述执行电机11连接，所述执行电机11与所述脉冲器阀芯9的一端连接，所述执行机构动密封10安装在所述执行电机11和所述脉冲器阀芯9的连接位置处，所述脉冲器阀芯9的另一端滑动安装在所述脉冲器阀座8中。
72.采用上述进一步技术方案的有益效果是：脉冲器支撑短节内部用于支撑脉冲器，短节两端丝扣用于与上下钻具进行对接。脉冲器用于将采集到的井下数据转换为脉冲信号发送至地面，进行数据传输。
73.如图1至图7所示，进一步地，所述随钻测控系统短节6的侧壁上设有主动降温装置舱体盖板26以及电路舱体盖板28，所述主动降温装置24的顶部位于所述有主动降温装置舱体盖板26位置处，所述主动降温装置24的底部位于所述电路舱体盖板28位置处。
74.采用上述进一步技术方案的有益效果是：随钻测控系统短节用于支撑随钻测控系统、主动降温装置等，其两端丝扣用于与上下钻具进行对接。主动降温装置热端与随钻测控系统短节和主动降温装置舱体盖板之间设置有传热装置，将聚集在热端的热量传递到随钻测控系统短节和主动降温装置舱体盖板，再由循环的钻井液携带走；主动降温装置冷端与随钻测控系统短节和电路舱体盖板之间设置有保温装置，将随钻测控系统上的冷量与随钻
测控系统短节和电路舱体盖板隔绝，从而形成稳定的温度梯度。
75.其中，随钻测控系统短节6的侧壁上开设有主动降温装置连接管孔27，主动降温装置连接管路33安装在主动降温装置连接管孔27中。
76.如图1至图7所示，进一步地，所述传热装置25的制作材料为铜箔或铝箔，所述保温装置30的制作材料为气凝胶。
77.采用上述进一步技术方案的有益效果是：传热装置可采用铜箔或铝箔层层缠绕而成，一方面这种材质导热率高有助于热量快速传递，另一方面箔材的柔韧性可消除气隙的存在，减小热阻。所述保温装置采用气凝胶包裹而成，一方面这种材质绝热系数高有利于保温，另一方面这种材质具有韧性，可在钻进过程中起到减震作用。
78.具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统可以为具备主动降温功能的侧壁舱体式抗高温随钻测控系统，包括：脉冲器支撑短节1、脉冲器2、井下发电机3、井下发电机短节4、带主动降温装置的随钻测控系统5、随钻测控系统短节6、钻井液7。
79.所述主动降温装置和随钻测控系统各元器件和/或传感器均位于短节侧壁舱体内；主动降温装置工作过程中产生的冷量可为随钻测控系统各元器件或传感器进行降温，以提高随钻测控系统适用温度范围。
80.所述侧壁舱体式抗高温随钻测控系统根据随钻仪器工具舱体结构尺寸，可设置一套主动降温装置和随钻测控系统，也可设置多套主动降温装置和随钻测控系统，从而可提高一套或多套随钻测控系统的抗高温能力。其中，随钻测控系统可以为随钻测控电路以及传感器。
81.所述一套主动降温装置的动力装置采用一个主动齿轮19带动一个从动齿轮20来实现；多套主动降温装置的动力装置采用一个主动齿轮带动多个从动齿轮来实现；一个主动齿轮和多个从动齿轮可采用行星轮结构进行传动。
82.所述主动降温装置的驱动机构采用周向传动磁极23来实现。驱动机构实现过程为，当钻井液流动时，冲刷驱动涡轮15，驱动涡轮15带动旋转轴17旋转，旋转轴17带动端部固定的主动齿轮19旋转，主动齿轮19带动从动齿轮20旋转，从动齿轮20通过传动轴22再带动周向传动磁极23旋转，通过磁力驱动主动降温装置24内部磁体旋转，从而带动主动降温装置24工作，产生降温所需的冷量。
83.所述随钻测控系统各元器件或传感器，可用于测量地质参数，也可用于测量工程参数，从而为钻井工程师提供实时数据，以支撑安全高效钻井施工。
84.所述主动降温装置24由三部分组成：主动降温装置热端32、主动降温装置连接管路33和主动降温装置冷端34。其中，主动降温装置连接管路33具有柔性特质，可根据实际需要，在固定主动降温装置热端32的情况下调节主动降温装置冷端34的空间布局，以满足工程需求。
85.所述驱动涡轮15中心固定旋转轴；旋转轴17为空心结构，内部固定过线管18；驱动涡轮15旋转时，带动旋转轴17旋转，但是过线管18保持静止；随钻测控系统过线方式，从井下发电机3出来的连接线通过过线管18，然后再通过随钻测控系统短节6的过线孔21和过线通道31进入随钻测控系统。
86.所述主动降温装置热端32与随钻测控系统短节6和主动降温装置舱体盖板26之间设置有传热装置25，将聚集在热端的热量传递到随钻测控系统短节6和主动降温装置舱体
盖板26，再由循环的钻井液携带走；主动降温装置冷端34与随钻测控系统短节6和电路舱体盖板28之间设置有保温装置30，将随钻测控系统上的冷量与随钻测控系统短节6和电路舱体盖板28隔绝，从而形成稳定的温度梯度。
87.所述传热装置25可采用铜箔或铝箔层层缠绕而成，一方面这种材质导热率高有助于热量快速传递，另一方面箔材的柔韧性可消除气隙的存在，减小热阻。所述保温装置30可采用气凝胶包裹而成，一方面这种材质绝热系数高有利于保温，另一方面这种材质具有韧性，可在钻进过程中起到减震作用。
88.所述主动降温装置采用涡轮旋转的运动驱动方式，而不采用电力驱动方式，以实现主动降温装置自身的抗高温能力。
89.下面具体介绍本实施例的工作原理：
90.钻井过程中，钻井液7在钻具中心水眼内流过时，通过导流叶轮14，改变方向后冲刷驱动涡轮15，驱动涡轮15带动旋转轴17一起旋转，一方面旋转轴17与电工纯铁16作用产生感应电流。电流给随钻测控电路以及传感器29提供能量，使其采集、储存、转换各类井下数据；同时，电流给脉冲器执行电机11提供能量，带动脉冲器阀芯9与脉冲器阀座8开启和闭合，向地面发出脉冲信号，进行数据传输。上述过程实现了井下数据的采集和传输；另一方面旋转轴17端部固定有主动齿轮19，通过这套能量转换装置，钻井液7的液力能转换为主动齿轮19的机械能。主动齿轮19与从动齿轮20相互啮合，带动传动轴22旋转，进而传动轴22上固定的周向传动磁极23也随之旋转。进一步，在磁力作用下，周向传动磁极23带动主动降温装置24开始做功产生冷量。冷量通过主动降温装置冷端34传递至随钻测控电路以及传感器29，从而降低电路或传感器温度。同时，保温装置30将随钻测控电路以及传感器29与电路舱体盖板28和随钻测控系统短节6热隔离，保证了随钻测控电路以及传感器29温度低于环境温度；而主动降温装置热端32产生的热量，通过传热装置25传递给主动降温装置舱体盖板26和随钻测控系统短节6，进而由循环的钻井液7将其携带走。至此，在钻井液7、主动降温装置24、传热装置25、随钻测控电路以及传感器29、保温装置30等装置联合作用下，由主动降温装置24产生冷量，用来平衡高温环境传递给随钻测控系统的热量和随钻测控系统工作过程中产生的自生热，从而将随钻测控系统工作温度降至自身能够承受的环境温度以下，提高随钻测控系统的温度适用范围，进而形成一种抗高温随钻测控系统及方法，提升深井、超深井安全高效钻井技术水平，实现油气资源的高效勘探和效益开发。
91.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征在于，包括：井下发电机短节(4)、随钻测控系统短节(6)、驱动涡轮(15)、传动机构、至少一个周向传动磁极(23)、至少一个主动降温装置(24)、传热装置(25)、至少一个随钻测控电路以及传感器、保温装置(30)，所述井下发电机短节(4)与所述随钻测控系统短节(6)连接，所述驱动涡轮(15)转动安装在所述井下发电机短节(4)中，所述驱动涡轮(15)通过所述传动机构与所述周向传动磁极(23)连接，所述周向传动磁极(23)转动安装在所述随钻测控系统短节(6)的侧壁中，所述主动降温装置(24)以及所述随钻测控电路以及传感器均安装在所述随钻测控系统短节(6)的侧壁中，所述主动降温装置(24)的顶端的邻近所述周向传动磁极(23)，所述主动降温装置(24)的底端邻近所述随钻测控电路以及传感器，所述传热装置(25)套设在所述主动降温装置(24)的顶部，所述保温装置(30)套设在所述主动降温装置(24)的底部，所述周向传动磁极(23)的底端周向设有多个永磁体，所述主动降温装置(24)顶端周向设有周向磁体。2.根据权利要求1所述的一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征在于，所述传动机构包括：旋转轴(17)、主动齿轮(19)、至少一个从动齿轮(20)、至少一个传动轴(22)，所述旋转轴(17)转动安装在所述井下发电机短节(4)和所述随钻测控系统短节(6)中，所述驱动涡轮(15)套设在所述旋转轴(17)的顶部，所述主动齿轮(19)套设在所述旋转轴(17)的底部，所述主动齿轮(19)转动安装在所述随钻测控系统短节(6)中，所述传动轴(22)转动安装在所述随钻测控系统短节(6)的侧壁中，所述从动齿轮(20)套设在所述传动轴(22)的顶部，所述周向传动磁极(23)套设在所述传动轴(22)的底部，所述从动齿轮(20)与所述主动齿轮(19)啮合。3.根据权利要求2所述的一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征在于，所述旋转轴(17)为中空结构，所述旋转轴(17)内部设有过线管(18)，所述旋转轴(17)转动套设在所述过线管(18)的外侧，所述随钻测控系统短节(6)的侧壁上设有过线孔(21)以及过线通道(31)。4.根据权利要求2所述的一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征在于，所述井下发电机短节(4)中设有导流叶轮(14)、电工纯铁(16)，所述导流叶轮(14)套设在所述旋转轴(17)上，所述导流叶轮(14)位于所述驱动涡轮(15)的上方，所述电工纯铁(16)套设在所述旋转轴(17)外侧，所述电工纯铁(16)安装在所述井下发电机短节(4)内侧壁上，所述电工纯铁(16)位于所述驱动涡轮(15)的下方。5.根据权利要求1所述的一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征在于，所述主动降温装置(24)包括：主动降温装置热端(32)、主动降温装置连接管路(33)、主动降温装置冷端(34)，所述主动降温装置热端(32)通过所述主动降温装置连接管路(33)与所述主动降温装置冷端(34)连接，所述周向传动磁极(23)邻近所述主动降温装置热端(32)，所述主动降温装置冷端(34)邻近所述随钻测控电路以及传感器，所述传热装置(25)套设在所述主动降温装置热端(32)的外侧，所述保温装置(30)套设在所述主动降温装置冷端(34)的外侧。6.根据权利要求1所述的一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征在于，所述井下发电机短节(4)远离所述随钻测控系统短节(6)的一端连接有脉冲器支撑短节(1)，所述脉冲器支撑短节(1)中设有脉冲器(2)。7.根据权利要求6所述的一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征
在于，所述脉冲器(2)包括：脉冲器阀座(8)、脉冲器阀芯(9)、执行机构动密封(10)、执行电机(11)、扶正器(12)、通讯接头(13)，所述脉冲器阀座(8)以及所述扶正器(12)安装在所述脉冲器支撑短节(1)处内侧壁上，所述执行电机(11)安装在所述扶正器(12)中，所述通讯接头(13)与所述执行电机(11)连接，所述执行电机(11)与所述脉冲器阀芯(9)的一端连接，所述执行机构动密封(10)安装在所述执行电机(11)和所述脉冲器阀芯(9)的连接位置处，所述脉冲器阀芯(9)的另一端滑动安装在所述脉冲器阀座(8)中。8.根据权利要求1所述的一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征在于，所述随钻测控系统短节(6)的侧壁上设有主动降温装置舱体盖板(26)以及电路舱体盖板(28)，所述主动降温装置(24)的顶部位于所述有主动降温装置舱体盖板(26)位置处，所述主动降温装置(24)的底部位于所述电路舱体盖板(28)位置处。9.根据权利要求1所述的一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，其特征在于，所述传热装置(25)的制作材料为铜箔或铝箔，所述保温装置(30)的制作材料为气凝胶。

技术总结
本发明提供了一种具备主动降温功能的侧壁舱体式随钻测控系统，井下发电机短节与随钻测控系统短节连接，驱动涡轮转动安装在井下发电机短节中，驱动涡轮通过传动机构与周向传动磁极连接，周向传动磁极转动安装在随钻测控系统短节的侧壁中，主动降温装置以及随钻测控电路以及传感器均安装在随钻测控系统短节的侧壁中，主动降温装置的顶端的邻近周向传动磁极，主动降温装置的底端邻近随钻测控电路以及传感器，传热装置套设在主动降温装置的顶部，传热装置的外侧壁与随钻测控系统短节的侧壁连接，保温装置套设在主动降温装置的底部。依靠自带的主动降温装置产生冷量，来平衡高温环境传递给随钻测控系统的热量和随钻测控系统工作过程中产生的自生热。工作过程中产生的自生热。工作过程中产生的自生热。


技术研发人员：刘珂 苏义脑 高文凯 窦修荣 张磊 彭浩 滕鑫淼 陈俊龙
受保护的技术使用者：中国石油集团工程技术研究院有限公司 北京石油机械有限公司
技术研发日：2022.11.07
技术公布日：2023/7/22