井下工具内的高电压保护和屏蔽制造技术

井下工具可以在壳体内包括电压倍增器。电压倍增器可以将到井下工具的输入功率从第一电压转换为高于第一电压的第二电压。井下工具还可包括至少围绕电压倍增器的多个屏蔽环，以减小井下工具内的电场应力。另外，井下工具可以包括位于屏蔽环和壳体之间的绝缘体。

High voltage protection and shielding in downhole tools

【技术实现步骤摘要】
井下工具内的高电压保护和屏蔽
本公开总体上涉及用于井下工具中的高电压电源以及核或光子辐射发生器的电保护和屏蔽的系统和方法。
技术介绍
本部分旨在向读者介绍可能与本技术的各个方面有关的本领域的各个方面，下面将对此进行描述和/或要求保护。相信该讨论有助于向读者提供背景信息以促进对本公开的各个方面的更好理解。因此，应当理解，这些陈述应从这种角度来阅读，而不是作为任何形式的承认。从钻入地质地层的井眼生产碳氢化合物是一项非常复杂的工作。在许多情况下，与碳氢化合物勘探和生产有关的决策可以通过被输送到井眼中的井下测井工具的测量结果得出。这些工具可用于推断井眼周围的地质地层的特性和特征，从而做出明智的决策。其中一些工具可能包括用于用核辐射照射井眼的辐射发生器和用于根据井眼对辐射的响应进行推断的传感器。通常，诸如X射线发生器、伽马射线发生器或中子发生器之类的电动辐射发生器可以使用电力来产生辐射，以促进确定周围环境(例如地层)的特性。因此，辐射发生器可以在各种情况下使用，例如井下工具或用于材料分析。为了实现高能量辐射，可以实施高电压电源。考虑到井下工具的尺寸限制，可以将高电压电源和辐射发生器包装在相对较小的壳体中。但是，将高电压部件(例如高电压倍增器梯部件)靠近彼此和/或相对接地放置可能会导致高电场应力和/或电气复杂性。保护和屏蔽此类电事件可提高高电压电源、辐射发生器和/或井下工具的有效性、可靠性和/或寿命。
技术实现思路
下面阐述本文公开的某些实施例的概述。应当理解，提出这些方面仅仅是为了向读者提供这些某些实施例的简要概述，并且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开内容可以包括以下可能未阐述的多个方面。诸如核辐射发生器之类的电动井下工具可以使用电力来产生辐射(例如，X射线、伽马射线、中子等)，以促进确定其周围环境的特征。为了实现高能量辐射，可以实施高电压电源，例如电压倍增器(例如，考克罗夫特-瓦尔顿(Cockcroft-Walton)高电压梯或其他合适的电压倍增器)。然而，在井下工具的范围内，可操作地保持在高电势(例如，大于100千伏(kV))的电气部件可能会在电气部件和相对接地之间产生高电场。为了对抗电场并减少或消除电事件，例如电弧、跟踪、场发射和/或电晕效应，可以在井下工具的高电压部件周围实施电气保护和屏蔽。在一个实施例中，井下工具可以包括在壳体内的电压倍增器。电压倍增器可以将到井下工具的输入功率从第一电压转换为高于第一电压的第二电压。井下工具还可包括至少围绕电压倍增器的多个屏蔽环，以减小井下工具内的电场应力。另外，井下工具可以包括位于屏蔽环和壳体之间的绝缘体。在另一个实施例中，一种方法可以包括至少部分地围绕具有多个环形的屏蔽环的井下工具的高电压电源，以减小屏蔽环的直径内的电场应力。该方法还可包括将火花隙电极电耦合至屏蔽环中的至少两个。火花隙电极可以将电弧传播到地。该方法还可以包括用绝缘体包裹屏蔽环并且将绝缘气体密封在井下工具的壳体内。在另一个实施例中，井下工具系统可以包括核辐射发生器，其发射核辐射；以及高电压电源，其将输入功率从第一电压转换为第二电压，并将第二电压提供给核辐射发生器。井下工具系统还可包括电连接到高电压电源的倍增级的第一组同轴屏蔽环和电连接到核辐射发生器的发生器级的第二组同轴屏蔽环。发生器级可以在核辐射发生器内产生电场，以将带电粒子加速进入目标以产生核辐射。井下工具系统还可包括在第一组屏蔽环的相邻对之间的火花隙，以响应于大于至少一个相邻对的屏蔽环之间的阈值的电压差而传播电弧。井下工具系统还可包括围绕第一组同轴屏蔽环、第二组屏蔽环或两者的塑料绝缘体。可以相对于本公开的各个方面对上述特征进行各种改进。在这些各个方面中也可以结合其他特征。这些改进和附加特征可以单独存在或以任何组合存在。例如，以下关于一个或多个所示实施例讨论的各种特征可以单独地或以任何组合结合到本公开的上述方面中的任何一个中。上面呈现的简要概述旨在使读者熟悉本公开的实施例的某些方面和背景，而不限于所要求保护的主题。附图说明通过阅读以下详细描述并参考附图，可以更好地理解本公开的各个方面，其中：图1是根据一实施例的井下工具系统的示例；图2是根据一实施例的用于产生核辐射的示例性井下工具的截面图，该井下工具包括电绝缘体；图3是根据一实施例的用于产生核辐射的示例性井下工具的截面图，该井下工具包括屏蔽环和绝缘体；图4A是根据一实施例的在不使用屏蔽环的情况下的电场的图；图4B是根据一实施例的使用屏蔽环的电场的图；图5是根据一实施例的用于产生核辐射的示例性井下工具的截面图，该井下工具包括屏蔽环、绝缘体和火花隙；图6A是根据一实施例的没有灌封材料的电场的图。图6B是根据一实施例的具有灌封材料的电场的图；和图7是根据一实施例的用于在井下工具内实施电屏蔽的流程图。具体实施方式以下将描述本公开的一个或多个具体实施例。这些描述的实施例是当前公开的技术的示例。另外，为了提供对这些实施例的简要描述，在说明书中可能没有描述实际实施方式的特征。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发中，例如在任何工程或设计项目中，可以做出许多特定于实施方式的决策来实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关和与业务相关的约束，这可能因实施方式而异。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，这将是设计、制造和制造的例行工作。当介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一(a)”，“一个(an)”和“该(the)”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除所列元件之外，可能还有其他元件。另外，应当理解，对本公开的“一个实施例”或“一实施例”的引用不旨在解释为排除也包含所述特征的其他实施例的存在。石油和天然气工业包括许多子行业，例如勘探、钻探、测井、开采、运输、提炼、零售等。在勘探和钻探过程中，可能会因发现、观察或开采资源等原因将井眼钻入地下。这些资源可能包括石油、天然气、水或地下元素的任何其他组合。井眼，有时也称为钻孔，可以是钻入地下的直孔或弯孔，可从中发现，观察或开采资源。在井眼形成期间和/或之后，可以进行测井。测井可能包括对井眼所穿透的地质地层进行详细记录，并且通常是资源发现和观测的一部分。可以通过包括地面和井下技术在内的多种方法来完成对地下物体的勘探。使用井下技术发现和观察资源通常是通过井下工具在井眼中进行的。这些井下工具可以是可以附接到钻或其他井下装置的工具串的一部分。一种特定类型的井下可以包括用于产生核辐射(例如中子、伽马射线，x射线等)的电动辐射发生器，以促进确定地层的特征(例如孔隙度和/或矿物学)。如本文所使用的，核辐射应包括核粒子和/或光子粒子的辐射。取决于要确定的期望特性，可以使用各种类型的电动辐射发生器，例如X射线发生器、伽马射线发生器或中子发生器。例如，在井下工具中，辐射发生器可以有助于至少部分地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下工具，包括：/n壳体；/n壳体内的电压倍增器，该电压倍增器被构造为将到井下工具的输入功率从第一电压转换为第二电压，其中第二电压大于第一电压；/n多个屏蔽环，该多个屏蔽环至少围绕电压倍增器并被构造为减小井下工具内的电场应力；和/n位于多个屏蔽环和壳体之间的绝缘体。/n

【技术特征摘要】
20181129 US 16/203,8671.一种井下工具，包括：
壳体；
壳体内的电压倍增器，该电压倍增器被构造为将到井下工具的输入功率从第一电压转换为第二电压，其中第二电压大于第一电压；
多个屏蔽环，该多个屏蔽环至少围绕电压倍增器并被构造为减小井下工具内的电场应力；和
位于多个屏蔽环和壳体之间的绝缘体。


2.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述电压倍增器包括多个倍增器级，其中，所述多个屏蔽环中的每个电耦合至所述多个倍增器级中的单个倍增器级。


3.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述多个屏蔽环包括金属导电材料。


4.根据权利要求1所述的井下工具，其中，所述多个屏蔽环包括半导体材料。


5.根据权利要求1所述的井下工具...

【专利技术属性】
技术研发人员：M西蒙，J雷琼恩，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL