許多行業(yè)都需要能夠在極端高溫等惡劣環(huán)境下能可靠工作的電子傳感設(shè)備。依照傳統(tǒng)做法，在設(shè)計(jì)需要在常溫范圍之外工作的電子設(shè)備時(shí)，工程師必須采用主動(dòng)或被動(dòng)冷卻技術(shù)，但某些應(yīng)用可能無法進(jìn)行冷卻，或是電子設(shè)備在高溫下工作時(shí)更為有利，可提升系統(tǒng)可靠性或降低成本。目前最大的高溫電子設(shè)備(>150°C)應(yīng)用領(lǐng)域是地下石油和天然氣行業(yè)。在該應(yīng)用中，工作溫度和地下井深成函數(shù)關(guān)系。全球地?zé)崽荻纫话銥?5°C/km深度，某些地區(qū)更大。

油田高溫壓力傳感器

過去，鉆探作業(yè)最高在150°C至175°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，然而，由于地下易鉆探自然資源儲(chǔ)備的減少和技術(shù)進(jìn)步，行業(yè)的鉆探深度開始加深，同時(shí)也開始在地?zé)崽荻容^高的地區(qū)進(jìn)行鉆探。這些惡劣的地下井溫度超過200°C，壓力超過25 kPSI。主動(dòng)冷卻技術(shù)在這種惡劣環(huán)境下不太現(xiàn)實(shí)，被動(dòng)冷卻技術(shù)在發(fā)熱不限于電子設(shè)備時(shí)也不太有效。

地下鉆探行業(yè)中高溫電子設(shè)備的應(yīng)用十分復(fù)雜。首先，在鉆探作業(yè)過程中，電子設(shè)備和傳感器會(huì)引導(dǎo)鉆探設(shè)備并監(jiān)控其狀態(tài)是否正常。隨著定向鉆探技術(shù)的出現(xiàn)，高溫地質(zhì)導(dǎo)向儀器必須將鉆孔位置精確引導(dǎo)至地質(zhì)目標(biāo)。

鉆孔時(shí)或鉆孔剛結(jié)束時(shí)，精密的井下儀器會(huì)收集周圍的地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)。這種做法稱為測井可以測量電阻率、放射性、聲音傳播時(shí)間、磁共振和其他屬性，以便確定地質(zhì)構(gòu)造特性，如巖性、孔隙度、滲透率，以及水/烴飽和度。通過這些數(shù)據(jù)，地質(zhì)學(xué)家可以從構(gòu)造上對(duì)巖石類型進(jìn)行判斷，還可以判斷存在的流體類型及其位置，以及含流體區(qū)域能否提取出足夠數(shù)量的碳?xì)浠衔铩?

最后，在完成和生產(chǎn)階段，電子系統(tǒng)會(huì)監(jiān)控壓力、溫度、振動(dòng)和多相位流動(dòng)，并主動(dòng)控制閥門。要滿足這些需求，需要有一個(gè)完整的高性能元件信號(hào)鏈。系統(tǒng)可靠性是最重要的因素，因?yàn)樵O(shè)備故障會(huì)造成極高的停機(jī)成本。在地下數(shù)英里作業(yè)的鉆柱如果出現(xiàn)電子組件故障，需要一天以上的時(shí)間來檢修及更換，操作復(fù)雜深水海上鉆井平臺(tái)每天大約需要花費(fèi)上100萬美元！

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