【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻探，特别涉及一种随钻仪器主动降温装置热力学分析系统及方法。
技术介绍
1、钻井是构建地下油气资源与地面联系通道的必要环节。高温随钻测量是一个世界性难题，主要体现在作业时间长、仪器径向尺寸受限和外界能量不易输入，钻井过程中功率器件温升引起的性能下降甚至损坏，会造成随钻仪器电路系统发生故障，失去对钻井地质参数和工程参数的获取作用，无法完成随钻测量任务造成盲钻，引起巨大的经济损失。
2、随钻仪器主动降温装置采用气体回热式制冷原理，使得该装置具有结构紧凑、效率高、抗冲击和抗震动等优点。
3、其中，随钻仪器主动降温装置制冷循环原理为：包括发热端(由气缸、压缩活塞和冷却器组成)、制冷端(由气缸、膨胀活塞、回热器和换热器组成)；气缸和压缩活塞组成的工作腔叫压缩腔；气缸和膨胀活塞组成的工作腔叫膨胀腔。压缩腔和膨胀腔通过回热器相连通，压缩活塞和膨胀活塞以一定的相位差运动。在稳定运行过程中，从压缩腔进入回热器的高温气体会和设置在回热器内填料进行热交换，以使高温气体经过降温后进行膨胀腔，并利用膨胀腔内的低温气体对随钻仪器进行降温。
技术实现思路
1、本专利技术人发现，现有技术中虽然存在将传统的主动降温装置集成在随钻仪器上，以对随钻仪器进行降温处理的方式，而对随钻仪器主动降温装置的热力学分析还停留在空白阶段，严重制约了对气体回热式制冷技术在随钻测井领域具体运用的深入研究。
2、鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问
3、第一方面，本专利技术实施例提供一种随钻仪器主动降温装置热力学分析系统，包括：模型区分模块，计算模块，输出模块；
4、所述模型区分模块，用于根据用户的选择确定被分析的随钻仪器主动降温装置的热力学模型的类型，所述热力学模型包括等温模型和绝热模型；
5、所述计算模块，用于基于所述模型区分模块确定的热力学模型类型，对预先获取的被分析随钻仪器主动降温装置的条件参数进行运算，得到随钻仪器主动降温装置的结构参数数据和热力学分析数据；所述条件参数包括被分析随钻仪器主动降温装置的环境参数、几何参数、运行参数；
6、所述输出模块：用于输出所述计算模块得到的热力学分析数据及结构参数数据。
7、在一个可选的实施例中，所述系统还包括：参数模块；
8、所述参数模块，用于获取被分析的随钻仪器主动降温装置的条件参数；
9、其中，所述环境参数包括：地面温度、地层深度、地温梯度、控制温度；所述几何参数包括：膨胀气缸缸径、膨胀气缸行程、压缩气缸缸径、压缩气缸行程、总死容积比、相位角；所述运行参数包括：充气压力、转速、定压比热容。
10、在一个可选的实施例中，所述计算模块用于基于所述模型区分模块确定的热力学模型类型，对预先获取的被分析随钻仪器主动降温装置的条件参数进行运算，得到随钻仪器主动降温装置的结构参数数据，包括：
11、所述计算模块用于在等温模型或绝热模型下，对预先获取的被分析随钻仪器主动降温装置的条件参数进行运算，得到一个循环周期内任一曲轴转角对应的结构参数，并根据任一曲轴转角对应的结构参数，得到一个循环周期内的结构参数变化曲线；其中，曲轴完成一次旋转的过程为一个循环周期。
12、在一个可选的实施例中，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述结构参数变化曲线包括：压力变化曲线；
13、所述计算模块用于对预先获取的被分析随钻仪器主动降温装置的条件参数进行运算，得到一个循环周期内任一曲轴转角对应的结构参数值，并根据任一曲轴转角对应的结构参数值，得到一个循环周期内的结构参数变化曲线；包括：
14、所述计算模块用于对预先获取的所述条件参数进行运算，得到一个循环周期内任一曲轴转角对应的瞬态压力，并根据任一曲轴转角对应的瞬态压力，得到一个循环周期内的压力变化曲线：其中，瞬态压力采用如下步骤计算得到：
15、基于所述系统充气压力和所述地面温度进行运算得到平均压力：
16、根据总死容积比、所述相位角中包括的膨胀腔容积超前压缩腔容积的相位角，并结合下式，得到压力参数：
17、
18、式中，φ为膨胀腔容积超前压缩腔容积的相位角，ω为压缩腔最大容积与膨胀腔最大容积之比，τ为即压缩腔温度与膨胀腔温度之比，s为总死容积比；其中，压缩腔最大容积及膨胀腔最大容积是根据结构参数中膨胀气缸缸径、膨胀气缸行程、压缩气缸缸径、压缩气缸行程得到的；
19、根据所述平均压力、所述压力参数及所述相位角中包括的出现压力极值时的相位角，并结合下式计算得到瞬态压力；
20、
21、式中，p为瞬态压力，pav为平均压力，α为曲轴转角，θ为出现压力极值时的相位角；δ为压力参数。
22、在一个可选的实施例中，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述结构参数变化曲线还包括：质量变化曲线；
23、所述计算模块用于对预先获取的被分析随钻仪器主动降温装置的条件参数进行运算，得到一个循环周期内任一曲轴转角对应的结构参数值，并根据任一曲轴转角对应的结构参数值，得到一个循环周期内的结构参数变化曲线；包括：
24、所述计算模块用于对预先获取的所述条件参数进行运算，得到一个循环周期内任一曲轴转角对应的瞬态质量，并根据任一曲轴转角对应的瞬态质量，得到一个循环周期内的质量变化曲线：其中，瞬态质量采用如下步骤计算得到：
25、根据所述平均压力、压力参数、总死容积比及所述相位角包括的出现压力极值时的相位角和膨胀腔容积超前压缩腔容积的相位角，并结合如下计算公式运算得到瞬态气体质量；所述瞬态质量包括：压缩腔的瞬态气体质量，膨胀腔的瞬态气体质量及死容积内的瞬态气体质量：
26、其中，所述压缩腔的瞬态气体质量的计算公式如下：
27、
28、膨胀腔的瞬态气体质量的计算公式如下：
29、
30、容积内的瞬态气体质量的计算公式如下：
31、
32、式中，ma为压缩腔的气体质量，mc为膨胀腔的气体质量，md为死容积内的气体质量，v0为膨胀腔的最大容积，r为摩尔气体常数；ta为压缩腔温度；tc为膨胀腔温度。
33、在一个可选的实施例中，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述热力学分析数据包括：制冷量、制冷系数及输入功；
34、基于所述模型区分模块确定的热力学模型类型，对预先获取的被分析随钻仪器主动降温装置的条件参数值进行运算，得到随钻仪器主动降温装置的热力学分析数据包括：
35、根据所述平均压力、压力参数、所述转速及相位角包括的出现压力极值时的相位角，并结合如下制冷量的表达式，计算得到制冷量：
36、制冷量的表达式如下：
37、
38、式中，qc,n为制冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种随钻仪器主动降温装置热力学分析系统，其特征在于，包括：模型区分模块，计算模块，输出模块；
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：参数模块；
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计算模块用于基于所述模型区分模块确定的热力学模型类型，对预先获取的被分析随钻仪器主动降温装置的条件参数进行运算，得到随钻仪器主动降温装置的结构参数数据，包括：
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述结构参数变化曲线包括：压力变化曲线；
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述结构参数变化曲线还包括：质量变化曲线；
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述热力学分析数据包括：制冷量、制冷系数及输入功；
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为绝热模型，所述结构参数变化曲线包括：压力变化曲线和质量变化数据；
...【技术特征摘要】
1.一种随钻仪器主动降温装置热力学分析系统，其特征在于，包括：模型区分模块，计算模块，输出模块；
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：参数模块；
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述计算模块用于基于所述模型区分模块确定的热力学模型类型，对预先获取的被分析随钻仪器主动降温装置的条件参数进行运算，得到随钻仪器主动降温装置的结构参数数据，包括：
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述结构参数变化曲线包括：压力变化曲线；
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述结构参数变化曲线还包括：质量变化曲线；
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为等温模型，所述热力学分析数据包括：制冷量、制冷系数及输入功；
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块确定的热力学模型类型为绝热模型，所述结构参数变化曲线包括：压力变化曲线和质量变化数据；
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，若所述模型区分模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘珂，苏义脑，高文凯，窦修荣，艾维平，彭烈新，张磊，毛为民，彭浩，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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