一种新型高分辨率双侧向探头的研制

赵灵宣，曹 魏，黄 毅

(中国电子科技集团公司第二十二研究所 河南 新乡 453003)

·开发设计·

一种新型高分辨率双侧向探头的研制

赵灵宣，曹 魏，黄 毅

(中国电子科技集团公司第二十二研究所 河南 新乡 453003)

目前常用的双侧向探头存在绝缘值持续下降、芯轴易弯曲变形，端面密封处漏油等问题。为了解决上述问题并满足在薄层、薄互层地层和盐水泥浆高对比度环境下测井的需要，新研制出一种耐腐蚀、压簧平衡活塞式、便于使用维修的高分辨率双侧向探头。对芯轴连接方式、压力平衡系统，电极引线与接触方式等关键技术进行了阐述，描述了其结构特点并列出其性能指标，最后通过测井实验、与标准曲线对比，证明了仪器的可靠性及可推广性。

电极系；压力平衡；芯轴；导电弹簧；高对比度

0 引 言

目前油田使用的双侧向探头主电极大都采用玻璃钢环，玻璃钢长期浸泡在泥浆中易被稀释而导致绝缘下降；芯轴为多段焊接，焊接处强度有所下降，易造成芯轴弯曲变形；采用端面密封，容易发生漏油现象。因此新研制了一种全PEEK环式耐腐蚀，芯轴摒弃焊接，采用径向密封且易于装配、维修的高分辨率双侧向探头，该探头可满足薄层和薄互层地层测井，可以在盐水泥浆、目的层电阻率上万的高对比度环境下(比如孤古八井，对比度可达到10万)工作。

1 设计介绍

高分辨率双侧向探头的总体设计方案为：主电极由A1*电极环、A1电极环、M2电极环、M1电极环、A0电极环、M1′电极环、M2′电极环、A1′电极环、A1*′电极环和绝缘环组成，采用压缩弹簧充油平衡式，芯轴采用卡块连接，芯轴上缠绕有玻璃钢用来固定各电极条并保证它们与芯轴及相互之间的绝缘，电极环和PEEK绝缘环依次套在芯轴上，电极环通过压缩电极条上的导电弹簧来保证与电极条接触，电极环与绝缘环之间通过O形密封圈实现径向密封，芯轴的上部装有定位套及压紧环将各个电极环与绝缘环定位与压紧，电极线在下端通过承压密封塞引出，上A1电极环内装有应力弹簧和安全阀，下A1电极环内装有压力平衡装置和排油螺钉，探头结构如图1所示。

1.1 关键技术

1)主电极绝缘环采用阻渗性好，抗H2S腐蚀能力强[1]

图1 探头结构

的高强度玻璃纤维增强PEEK材料，既保证了仪器密封性能和绝缘性能，还能承受较大的压力和扭力。

2)芯轴承受140 MPa的绝对压力，摒弃焊接方法，采用新的连接方式。

3)设计了安全可靠压缩弹簧式的压力平衡系统。

4)设计了一种适合电极环径向密封的电极引线与接触方式。

5)实现较好的仪器电气性能指标，测井曲线较好。

1.2 芯轴设计

芯轴是承受绝对压力的零件，并将电极环与绝缘环部分及其余部分固定连接在一起，从而构成一个完整的电极系。以往双侧向探头芯轴多采用焊接的形式以方便电极引出线密封塞孔的加工，而本电极探头芯轴下端通过卡块与中间接头连接，如图2所示，上端通过螺套与上耐压钢筒连接，电极线由中间接头上的承压密封塞引出，整支芯轴没有一处焊接，大大提高了芯轴强度和使用安全性。

图2 芯轴连接图(A-A剖面参考图1 )

1.3 压力平衡系统设计

压力平衡系统如图3所示，其位于上A1电极环内部，主要有活塞、压缩弹簧、固定座组成。装配时压力平衡装置与上A1电极环整体作为一个部件装入。

图3 压力平衡系统

压力平衡装置起到以下作用：

1)保证电极系内部硅油与外部泥浆的压力平衡。

2)在上A1电极环设置了一个可以剪断剪切销的安全阀，如图4所示，当活塞被卡或缺油时，外压超过内压10 MPa时，安全阀的剪切销被泥浆压力剪断，泥浆即会进入仪器，使内外压平衡，仪器得到保护。

图4 安全阀

3)在注油过量或内压大于外压1.2 MPa[2]时，多余的液压油从溢流阀流出(参见图1)。

补偿系统与补偿活塞是实现压力平衡的关键。该部位的排油螺钉用于充油时，油的循环及腔体内部空气的排出，通过补偿活塞的移动实现腔体内部与泥浆的压力平衡。

1.4 电极引线与接触方式设计

高分辨率双侧向电极系有A1*、A1、M1、M2、A0、M1′、M2′、A1′,A1*′共9个电极，A0、M1、M2、M1′，M2′四个电极各自引出一根导线，但要将M1与M2双绞，M1′与M2′双绞。A1*电极与A1*′电极共用一根电极条直接引出到密封塞，上下两个A1电极环之间采用两根A1电极条连接，两个A1电极条分别引线，两根导线由走线槽走到A1电极条中间位置并锡焊在A1电极条上导电块的弧形槽内，如图5所示。

图5 A1电极条引线

以往玻璃钢电极系探头所用接触簧片为镀金簧片[3，4]，它需要安装在电极环端面上所加工的槽内，安装电极环时需要将接触簧片对准芯轴上电极条，装配过程中电极环不能有丝毫的转动，否则会导致接触不好。采用径向密封可以避免硅油渗漏[5]，而对于采用径向密封的电极环其端面无法加工安装接触簧片的槽，本电极系探头采用镀金导电弹簧，如图6所示。将导电弹簧套在相应电极环下玻璃钢环形槽与电极弧形槽内，电极环通过压缩带有弹性的导电弹簧来保持导通，如图7所示。电极条与导电弹簧都浸泡在硅油中，不会出现生锈、腐蚀现象。对于A1、A1′等较长的电极环，在相应的位置多套几个导电弹簧来增大其接触面积。

图6 导电弹簧

1.5 仪器性能指标[6]

最高工作温度：175°C，2h；最大工作压力： 140 MPa；供电电源：180 V±20 VAC，50 Hz±2 Hz；深浅侧向测量范围：0.2～40 000 Ω·m；深浅侧向测量精度：0.2 Ω·m≤R<1 Ω·m，误差≤20%；1 Ω·m≤R<2 000 Ω·m，误差≤5%；2 000 Ω·m≤R<5 000 Ω·m，误差≤10%；5 000 Ω·m≤R<40 000 Ω·m 误差≤20%；深浅侧向纵向分辨率：0.2 m；

仪器径向探测深度：LLDh，1.0 m，LLSh，0.36 m；井眼适用范围：130～508 mm；电极系外径：Φ100 mm；仪器抗拉力：300 kN；

仪器抗扭力：800 N·m。

2 测井验证

新型高分辨率双侧向探头研制的目的是争取在高对比度环境下同样可以得到优质曲线，满足更广范围的测井要求。图8是新研制的高分辨率双侧向在孤古八井的试验曲线图，与之相对比的标准曲线是斯伦贝谢的MAXIS 500侧向曲线。通过曲线可以看出，在盐水泥浆环境下，无论是低阻还是高阻，高分辨率双侧向的深、浅侧向和标准资料MAXIS 500的深、浅侧向的基值都对比良好，纵向分辨率也达到了0.2 m高分辨率的要求，满足了仪器可以在高对比度环境下测井的研制要求。

图8 孤古八井曲线对比资料

3 结束语

新研制的新型高分辨率双侧向探头具有抗H2S腐蚀性，安全系数高，使用维修方便等特点，满足了高分辨率侧向应用于薄层和薄互层地层测井、在盐水泥浆高对比度环境下测井的要求，从2012年至今已经在大庆、吉林、大港等多地区推广使用，为油田客户提供丰富的地层评价信息，并得到用户的充分认可。

[1] 钱栋梁,包春晖，鲍文辉,等.一种新型DLLT-B双侧向探头的研制[J].石油仪器,2012,26(5):18-19.

[2] 中国电子科技集团公司第二十二研究所.SDZ-3011B辅助测量短节使用维修手册[Z].2005.

[3] 北京环鼎科技公司.DLS-1C双侧向测井仪使用维修手册[Z].2007.

[4] 中国石油集团测井有限公司.HCT双侧向测井仪使用维修手册[Z].2004.

[5] 潘 静,闫麦奎，马 颖.小直径双侧向电极系密封改进[J].石油仪器,2011,25(2):12-13.

[6] 中国电子科技集团公司第二十二研究所.SHDL-1高分辨率双侧向下井仪使用维修手册[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

赵灵宣，男，1984年生，工程师，2008年毕业于河北工业大学机械制造及其自动化专业，现主要从事石油测井仪器结构设计工作。E-mail: zhao_0003@163.com

P631.8+3

A

2096-0077(2016)06-0028-03

2016-03-23 编辑：屈忆欣)