测井用偏心推靠器结构设计

蔡池渊，于会媛，范 伟，王光伟

（中海油田服务股份有限公司油田技术研究院，北京101149） ①

测井用偏心推靠器结构设计

蔡池渊，于会媛，范 伟，王光伟

（中海油田服务股份有限公司油田技术研究院，北京101149） ①

介绍了测井用偏心推靠器的结构。板弹簧产生的贴壁力是影响测井效果的关键参数。以单弹簧偏心推靠器为例，计算了板弹簧厚度与贴壁力的对应值，可为偏心推靠器板弹簧的设计提供参考。为提高推靠效果，建议在水平井中采用双弹簧偏心推靠器。

测井；偏心推靠器；板弹簧

在石油测井中，除了居中测井外，还有偏心测井，例如核磁共振测井仪、密度测井仪等。在这类测井仪中都会附带1个偏心推靠器，利用板弹簧自身的张力将仪器推靠到井壁的另一侧，起到补偿井径的作用。偏心推靠器的性能将影响到测井质量［1］。

在偏心推靠器的设计中，板弹簧的设计尤为重要，张力过大将导致仪器下放和上提过程中阻力过大，严重时导致电缆断裂；张力过小使仪器贴井壁效果不好，影响测井效果。

1 偏心推靠器的结构及工作原理

单弹簧偏心推靠器总体结构如图1。前固定套和滑动轨道用M6螺钉连接后焊接在壳套上。板弹簧通过长螺钉与滑动轨道连接。耐磨块用M6螺钉与板弹簧连接。U形卡带用M6螺钉与前固定套连接。U形卡带和壳套的左侧在轴向连接。定位顶丝孔则保证偏心推靠器径向固定。

图1 单弹簧偏心推靠器总体结构

当测井仪器下入套管时，依靠板弹簧的张力使仪器贴向井壁，板弹簧在两端滑动轨道上滑动，以适应不同井径。

2 板弹簧设计

2.1 结构［2］

由于偏心仪器在下放和上拉过程中，板弹簧的受力方向相反，所以板弹簧采用对称结构，两端设计成上卷耳用于固定，如图2。

图2 对称式半椭圆形板弹簧

考虑到测井仪器都是圆柱形，在推靠的位置有限，其板弹簧的两端都采用如图3所示结构。

图3 板弹簧端部结构

2.2 材料［1］

板弹簧的材料可选用55Si2Mn、60Si2MnA、55SiMnVB、55SiMnVNb。大多选用60Si2MnA，其力学性能较好，使用寿命较长，且价格低廉。

2.3 主要参数及受力计算［1，4］

张径选择215.9mm（8.5英寸），最大张径280 mm，收拢后高度64.1mm，板弹簧长度855mm。选用材料60Si2MnA，热处理硬度为375～444HB。板弹簧结构参数如图4。

已知板弹簧曲率半径254mm，弯曲角度45°，自由状态下单边纵向长度427.5mm，自由状态下弧高280mm。由文献［1］得

式中，δ为扰度增大系数，δ＝1.5；L为板弹簧伸直长度，L＝300mm；I为板弹簧端面惯性矩，I＝6 500 mm4；f为板弹簧厚度，mm；E为硅锰钢的弹性模量，E＝2.1×105MPa；P为贴井壁力，N。把数据带入式（2），计算数值如表1。

图4 板弹簧结构参数

表1 板弹簧厚度与贴井壁力的对应数值

理想的贴井壁力约为130N。由表1知：当f＞4.5mm时，贴井壁力P明显大于理想值，容易遇卡；当f＜3mm时，贴井壁力P太小，不能使测井仪器紧贴套管。

不同测井仪器对贴井壁力的要求不一样，例如核磁共振测井仪本身就具有磁性，在下套管时会增大阻力，可适当增加板弹簧厚度。对于密度测井仪，其贴井壁力达到安全系数即可。

偏心推靠器可以分为单弹簧偏心推靠器（如图5）和双弹簧偏心推靠器（如图6）。单弹簧偏心推靠器只有1个推靠点，不易遇卡，在水平井和斜度不大的井中使用。双弹簧偏心推靠器具有2个推靠点，在水平井中推靠效果更理想。由于是双弹簧推靠，可适当减小板弹簧厚度。

图5 单弹簧偏心推靠器

图6 双弹簧偏心推靠器

2.4 滑动轨道长度计算

在下放和上提测井仪时板弹簧所受挤压力的方向不同，导致板弹簧在挤压过程中沿滑动轨道的滑动方向也不一样，所以在设计轨道长度时要充分考虑板弹簧受力方向的变化。根据板弹簧自由状态下单边纵向长度，加上适当的安全系数就可得出滑动轨道的设计长度。

3 特点

1） 结构简单，装卸方便。

2） 适应各种井径要求，贴井壁效果好，提高了测井质量。

3） 造价低廉且使用寿命长。

4） 便于维修、保养。

4 结论

1） 测井用偏心推靠器的推靠力会影响到测井效果。以单弹簧偏心推靠器为例，计算得到推靠力与板弹簧厚度成正比关系。合理选择板弹簧厚度才能达到理想的推靠效果。

2） 在水平井中应选择双弹簧偏心推靠器，确保测井质量。

3） 偏心推靠器结构简单、价格低廉，贴井壁的效果非常理想，在石油测井中得到广泛应用。可根据仪器的长短和仪器重心位置确定板弹簧的数量和位置。

4） 推靠力不仅与板弹簧的结构参数有关，还与加工工艺有关，应加强研究。

［1］ 傅 滨，杨春林.板弹簧推靠器及应用效果［J］.煤矿机械，1993（6）：53－55.

［2］ 成大先.机械设计手册：弹簧［K］.5版.北京：化学工业出版社，2010：538－539.

［3］ 鲍忠利，于会媛，候洪伟.常见测井仪器推靠器结构综述［J］.石油矿场机械，2010，39（5）：84－88.

［4］ 赵 斌.基于MATLAB的VSP测井仪推靠机构的优化设计［J］.石油矿场机械，2008，37（6）：42－45.

［5］ 于会媛，宋公仆，蔡池渊，等.核磁共振测井仪刻度系统机械结构设计［J］.石油矿场机械，2011，40（4）：47－49.

Structure Design of Eccentric Device Used in Logging Tools

CAI Chi－yuan，YU Hui－yuan，FAN Wei，WANG Guang－wei
（Well－Tech R＆D Institutes，COSL，Beijing101149，China）

The structure of an eccentric device used in logging tools is introduced.The thrust force is the key factor influencing the quality of well logging.So a calculation was made for the thrust force with the thickness of the plate spring working in a single spring eccentric device.And this guides the design of the plate spring used in eccentric devices.As a conclusion，a suggestion was put forward that two plate springs should be used in eccentric devices while horizontal well logging.

well logging；de－centralizer thruster；spring

1001－3482（2012）08－0018－03

TE927.403

A

2012－02－15

蔡池渊（1982－），男，湖北枝江人，工程师，主要从事核磁共振测井仪器机械结构设计及其方法、原理和技术研究，E－mail：caicy＠cosl.com.cn。