井下发热电子设备的冷却系统装置

王子涵

（西安石油大学电子工程学院，陕西 西安 710065）

过去钻井作业最高是在150℃到175℃的温度下进行的，为了最大限度地提高产量从而提高经济效益，行业的钻探深度开始加深，同时也开始在地热梯度较高的地区进行钻探。全球地热梯度一般为25℃／km，某些地区的地热梯度会更大，所以实际地下井温度可达200℃或更高，压力可达2000MPa或更高［1］。与此同时，对钻孔数据的需求也在增长。地热研究和地热能生产两者都需要广泛的钻孔数据来进行研究［2］。在某些情况下，地质学家也需要依赖石油工业收集的超过30年的钻孔数据来证实他们的研究［3］。

提供传感、监测、数据传输、控制任务等功能的钻孔探测工具都包含着大量的电子元器件，这种能够获得或处理数据的典型电子元器件可容许的温度水平一般只有55℃。虽然有一些耐高温的电子产品，但它们的应用范围和最高工作温度仍然受到强烈的限制，超过200℃的电子产品极端少见，因为这几乎突破了物理极限。极少数能耐高温的电子产品成本非常高，并且这些电子元器件在高温下使用的时间段有限制。

如果不对电子元器件进行降温，过高的温度会使设备中的电子元器件的寿命降低，甚至瞬间失效或直接损坏。这意味着在过去适用于石油勘探和生产以及地热应用的工具和设备可能不能再使用了。

井下制冷技术由此应用而生，根据是否消耗能量将制冷技术分为主动冷却和被动冷却。主动冷却是以消耗电能或其他能源为代价制冷，被动冷却是以不消耗能源或者消耗较少的能源来实现冷却的方式。……