趙靈宣，曹 魏，黃 毅

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所 河南 新鄉(xiāng) 453003)

·開發(fā)設(shè)計(jì)·

一種新型高分辨率雙側(cè)向探頭的研制

趙靈宣，曹 魏，黃 毅

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所 河南 新鄉(xiāng) 453003)

目前常用的雙側(cè)向探頭存在絕緣值持續(xù)下降、芯軸易彎曲變形，端面密封處漏油等問題。為了解決上述問題并滿足在薄層、薄互層地層和鹽水泥漿高對(duì)比度環(huán)境下測(cè)井的需要，新研制出一種耐腐蝕、壓簧平衡活塞式、便于使用維修的高分辨率雙側(cè)向探頭。對(duì)芯軸連接方式、壓力平衡系統(tǒng)，電極引線與接觸方式等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，描述了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并列出其性能指標(biāo)，最后通過測(cè)井實(shí)驗(yàn)、與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)比，證明了儀器的可靠性及可推廣性。

電極系；壓力平衡；芯軸；導(dǎo)電彈簧；高對(duì)比度

0 引 言

目前油田使用的雙側(cè)向探頭主電極大都采用玻璃鋼環(huán)，玻璃鋼長(zhǎng)期浸泡在泥漿中易被稀釋而導(dǎo)致絕緣下降；芯軸為多段焊接，焊接處強(qiáng)度有所下降，易造成芯軸彎曲變形；采用端面密封，容易發(fā)生漏油現(xiàn)象。因此新研制了一種全PEEK環(huán)式耐腐蝕，芯軸摒棄焊接，采用徑向密封且易于裝配、維修的高分辨率雙側(cè)向探頭，該探頭可滿足薄層和薄互層地層測(cè)井，可以在鹽水泥漿、目的層電阻率上萬的高對(duì)比度環(huán)境下(比如孤古八井，對(duì)比度可達(dá)到10萬)工作。

1 設(shè)計(jì)介紹

高分辨率雙側(cè)向探頭的總體設(shè)計(jì)方案為：主電極由A1*電極環(huán)、A1電極環(huán)、M2電極環(huán)、M1電極環(huán)、A0電極環(huán)、M1′電極環(huán)、M2′電極環(huán)、A1′電極環(huán)、A1*′電極環(huán)和絕緣環(huán)組成，采用壓縮彈簧充油平衡式，芯軸采用卡塊連接，芯軸上纏繞有玻璃鋼用來固定各電極條并保證它們與芯軸及相互之間的絕緣，電極環(huán)和PEEK絕緣環(huán)依次套在芯軸上，電極環(huán)通過壓縮電極條上的導(dǎo)電彈簧來保證與電極條接觸，電極環(huán)與絕緣環(huán)之間通過O形密封圈實(shí)現(xiàn)徑向密封，芯軸的上部裝有定位套及壓緊環(huán)將各個(gè)電極環(huán)與絕緣環(huán)定位與壓緊，電極線在下端通過承壓密封塞引出，上A1電極環(huán)內(nèi)裝有應(yīng)力彈簧和安全閥，下A1電極環(huán)內(nèi)裝有壓力平衡裝置和排油螺釘，探頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 關(guān)鍵技術(shù)

1)主電極絕緣環(huán)采用阻滲性好，抗H2S腐蝕能力強(qiáng)[1]

圖1 探頭結(jié)構(gòu)

的高強(qiáng)度玻璃纖維增強(qiáng)PEEK材料，既保證了儀器密封性能和絕緣性能，還能承受較大的壓力和扭力。

2)芯軸承受140 MPa的絕對(duì)壓力，摒棄焊接方法，采用新的連接方式。

3)設(shè)計(jì)了安全可靠壓縮彈簧式的壓力平衡系統(tǒng)。

4)設(shè)計(jì)了一種適合電極環(huán)徑向密封的電極引線與接觸方式。

5)實(shí)現(xiàn)較好的儀器電氣性能指標(biāo)，測(cè)井曲線較好。

1.2 芯軸設(shè)計(jì)

芯軸是承受絕對(duì)壓力的零件，并將電極環(huán)與絕緣環(huán)部分及其余部分固定連接在一起，從而構(gòu)成一個(gè)完整的電極系。以往雙側(cè)向探頭芯軸多采用焊接的形式以方便電極引出線密封塞孔的加工，而本電極探頭芯軸下端通過卡塊與中間接頭連接，如圖2所示，上端通過螺套與上耐壓鋼筒連接，電極線由中間接頭上的承壓密封塞引出，整支芯軸沒有一處焊接，大大提高了芯軸強(qiáng)度和使用安全性。

圖2 芯軸連接圖(A-A剖面參考圖1 )

1.3 壓力平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓力平衡系統(tǒng)如圖3所示，其位于上A1電極環(huán)內(nèi)部，主要有活塞、壓縮彈簧、固定座組成。裝配時(shí)壓力平衡裝置與上A1電極環(huán)整體作為一個(gè)部件裝入。

圖3 壓力平衡系統(tǒng)

壓力平衡裝置起到以下作用：

1)保證電極系內(nèi)部硅油與外部泥漿的壓力平衡。

2)在上A1電極環(huán)設(shè)置了一個(gè)可以剪斷剪切銷的安全閥，如圖4所示，當(dāng)活塞被卡或缺油時(shí)，外壓超過內(nèi)壓10 MPa時(shí)，安全閥的剪切銷被泥漿壓力剪斷，泥漿即會(huì)進(jìn)入儀器，使內(nèi)外壓平衡，儀器得到保護(hù)。

圖4 安全閥

3)在注油過量或內(nèi)壓大于外壓1.2 MPa[2]時(shí)，多余的液壓油從溢流閥流出(參見圖1)。

補(bǔ)償系統(tǒng)與補(bǔ)償活塞是實(shí)現(xiàn)壓力平衡的關(guān)鍵。該部位的排油螺釘用于充油時(shí)，油的循環(huán)及腔體內(nèi)部空氣的排出，通過補(bǔ)償活塞的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)腔體內(nèi)部與泥漿的壓力平衡。

1.4 電極引線與接觸方式設(shè)計(jì)

高分辨率雙側(cè)向電極系有A1*、A1、M1、M2、A0、M1′、M2′、A1′,A1*′共9個(gè)電極，A0、M1、M2、M1′，M2′四個(gè)電極各自引出一根導(dǎo)線，但要將M1與M2雙絞，M1′與M2′雙絞。A1*電極與A1*′電極共用一根電極條直接引出到密封塞，上下兩個(gè)A1電極環(huán)之間采用兩根A1電極條連接，兩個(gè)A1電極條分別引線，兩根導(dǎo)線由走線槽走到A1電極條中間位置并錫焊在A1電極條上導(dǎo)電塊的弧形槽內(nèi)，如圖5所示。

圖5 A1電極條引線

以往玻璃鋼電極系探頭所用接觸簧片為鍍金簧片[3，4]，它需要安裝在電極環(huán)端面上所加工的槽內(nèi)，安裝電極環(huán)時(shí)需要將接觸簧片對(duì)準(zhǔn)芯軸上電極條，裝配過程中電極環(huán)不能有絲毫的轉(zhuǎn)動(dòng)，否則會(huì)導(dǎo)致接觸不好。采用徑向密封可以避免硅油滲漏[5]，而對(duì)于采用徑向密封的電極環(huán)其端面無法加工安裝接觸簧片的槽，本電極系探頭采用鍍金導(dǎo)電彈簧，如圖6所示。將導(dǎo)電彈簧套在相應(yīng)電極環(huán)下玻璃鋼環(huán)形槽與電極弧形槽內(nèi)，電極環(huán)通過壓縮帶有彈性的導(dǎo)電彈簧來保持導(dǎo)通，如圖7所示。電極條與導(dǎo)電彈簧都浸泡在硅油中，不會(huì)出現(xiàn)生銹、腐蝕現(xiàn)象。對(duì)于A1、A1′等較長(zhǎng)的電極環(huán)，在相應(yīng)的位置多套幾個(gè)導(dǎo)電彈簧來增大其接觸面積。

圖6 導(dǎo)電彈簧

1.5 儀器性能指標(biāo)[6]

最高工作溫度：175°C，2h；最大工作壓力： 140 MPa；供電電源：180 V±20 VAC，50 Hz±2 Hz；深淺側(cè)向測(cè)量范圍：0.2～40 000 Ω·m；深淺側(cè)向測(cè)量精度：0.2 Ω·m≤R<1 Ω·m，誤差≤20%；1 Ω·m≤R<2 000 Ω·m，誤差≤5%；2 000 Ω·m≤R<5 000 Ω·m，誤差≤10%；5 000 Ω·m≤R<40 000 Ω·m 誤差≤20%；深淺側(cè)向縱向分辨率：0.2 m；

儀器徑向探測(cè)深度：LLDh，1.0 m，LLSh，0.36 m；井眼適用范圍：130～508 mm；電極系外徑：Φ100 mm；儀器抗拉力：300 kN；

儀器抗扭力：800 N·m。

2 測(cè)井驗(yàn)證

新型高分辨率雙側(cè)向探頭研制的目的是爭(zhēng)取在高對(duì)比度環(huán)境下同樣可以得到優(yōu)質(zhì)曲線，滿足更廣范圍的測(cè)井要求。圖8是新研制的高分辨率雙側(cè)向在孤古八井的試驗(yàn)曲線圖，與之相對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)曲線是斯倫貝謝的MAXIS 500側(cè)向曲線。通過曲線可以看出，在鹽水泥漿環(huán)境下，無論是低阻還是高阻，高分辨率雙側(cè)向的深、淺側(cè)向和標(biāo)準(zhǔn)資料MAXIS 500的深、淺側(cè)向的基值都對(duì)比良好，縱向分辨率也達(dá)到了0.2 m高分辨率的要求，滿足了儀器可以在高對(duì)比度環(huán)境下測(cè)井的研制要求。

圖8 孤古八井曲線對(duì)比資料

3 結(jié)束語

新研制的新型高分辨率雙側(cè)向探頭具有抗H2S腐蝕性，安全系數(shù)高，使用維修方便等特點(diǎn)，滿足了高分辨率側(cè)向應(yīng)用于薄層和薄互層地層測(cè)井、在鹽水泥漿高對(duì)比度環(huán)境下測(cè)井的要求，從2012年至今已經(jīng)在大慶、吉林、大港等多地區(qū)推廣使用，為油田客戶提供豐富的地層評(píng)價(jià)信息，并得到用戶的充分認(rèn)可。

[1] 錢棟梁,包春暉，鮑文輝,等.一種新型DLLT-B雙側(cè)向探頭的研制[J].石油儀器,2012,26(5):18-19.

[2] 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所.SDZ-3011B輔助測(cè)量短節(jié)使用維修手冊(cè)[Z].2005.

[3] 北京環(huán)鼎科技公司.DLS-1C雙側(cè)向測(cè)井儀使用維修手冊(cè)[Z].2007.

[4] 中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司.HCT雙側(cè)向測(cè)井儀使用維修手冊(cè)[Z].2004.

[5] 潘 靜,閆麥奎，馬 穎.小直徑雙側(cè)向電極系密封改進(jìn)[J].石油儀器,2011,25(2):12-13.

[6] 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所.SHDL-1高分辨率雙側(cè)向下井儀使用維修手冊(cè)[Z].2012.

Development of a New High Resolution Dual Laterolog Sonde

ZHAO Lingxuan， CAO Wei， HUANG Yi

(The22ndResearchInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation,Xinxiang,Henan453003,China)

The problems of the insulating value continuing to decline, the principal axis bending deformation and the oil leaking exist commonly in dual laterolog sonde during actual logging operation. In order to solve the problems and meet the demands of environment such as the thin layer, the thin inter bed formation and the high-contrast brine mud, a high resolution dual laterolog sonde has been developed with the structure of using conveniently, easy maintenance, and corrosion resistance against H2S and balance of compress spring and piston. The key technology such as the principal axis connections, the pressure balance system, the electrode leads and the contact way were described. Its performance index was listed with its structure characteristics. Through logging experiment and comparing with standard curve, the reliability of the instrument was proved.

electrodes; pressure balance; principal axis; electric spring; high contrast

趙靈宣，男，1984年生，工程師，2008年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油測(cè)井儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。E-mail: zhao_0003@163.com

P631.8+3

A

2096-0077(2016)06-0028-03

2016-03-23 編輯：屈憶欣)