六臂井径测井仪推靠器设计

王野梁

【摘 要】本文结合六臂井径测井仪器的运用情况，针对性的设计了一种专用的新型推靠器。介绍了六臂井径测井仪推靠器的结构、技术指标、工作原理，并进行了相关的分析和计算。以及推靠器实际运用的情况。希望对测井仪器的推靠器设计起到一点积极的作用。

【关键词】六臂井径测井仪；推靠器；专用；新型

中图分类号： F279.26 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.008

【Abstract】Based on the application of the Hex-arm Caliper Logging Tool， a new type of special decentralizer is designed in this paper.The structure， technical specification and working principle of the Hex-arm Caliper Logging Tool are introduced and analyzed and calculated. As well as the actual application of the decentralizer. It is hoped that it will play a positive role in the design of the decentralizer of logging tools.

【Key words】Hex-arm Caliper；Decentralizer；Special；New pattern

0 引言

井径测井是石油测井作业中重要且必须的测井项目之一。准确的井径测量，是准确计算井眼容积的重要手段。井径测量仪器与方位仪器进行组合测量，是确定地层应力的一种有效方法，对其它测井资料的成果解释有着重要的辅助作用。井眼几何尺寸的测量也是通过精确测量井眼某一深度的多条井径值，结合深度和方位测量信息，利用几何算法，得到井眼几何尺寸图，供油井解释及施工应用。目前常规的井径测井仪，多数为3臂井径或4臂井径测井仪，测量精度较低，线性度差，且大多测量的是平均井径，不能确定井眼的椭圆度和椭圆方位，也无法得到其几何形状。六臂井径测井仪，可以确定不同方向的井径值，进而计算得到不规则的井眼几何尺寸图，准确计算井眼容积，同时可为对地层应力的研究提供一些更有价值的资料。因此，为该仪器设计一种专用的新型推靠器非常重要。

1 六臂井径测井仪推靠器设计总体规划

目前，推靠器在越来越多测井儀器中得到应用，并且直接影响测井效果。对于推靠器的设计要考虑诸多方面的因素，例如，可靠性、耐磨性、耐高温、耐腐蚀，有时还考虑密封、连线等[1]。这些因素主要是来自于这些带推靠器的测井仪器的本身的测井要求。

六臂井径测井仪要求：

（1）该仪器在测井时既可“上测”又可“下测”；

（2）能测出6条井眼的实时半径曲线；

（3）考虑含硫化氢井的使用情况。

笔者对仪器的使用条件和相关的电子工程师进行了沟通，对六臂井径测井仪推靠器做出总体设计规划。

（1）既然六臂井径测井仪要求测井时既可“上测”又可“下测”，那么该仪器的推靠器的探头部分需要特殊设计，而不能采用传统的“极板”来实现。因为采用带“极板”的推靠器的常规测井仪器，只能“上测”而不能“下测”；

（2）推靠器设计为“分动式”结构；

（3）使用非接触测量式的磁阻传感器来代替拉杆电位器，避免了导线的外漏，提高了仪器的可靠性；

（4）探头部分的材料不能采用传统的橡胶件材质。

2 六臂井径测井仪推靠器结构和技术指标

（1）六臂井径测井仪推靠器结构

六臂井径测井仪器的推靠器设计为“分动式”结构。如图1所示。分动功能要求每组运动机构能够独立的运动，保证各个运动机构根据井眼的变化而变化，使测量点贴到井壁[2]。

1—芯轴，2—引线接头，3—高精度磁阻磁传感器，4—锁紧销轴组件，5—转轴，6—螺钉，7—螺钉，8—上压簧，9—下压簧，10—弹簧，11—弹簧套，12—固定套，13—推杆，14—连接头，15—耐磨块，16—圆柱销，17—中心定位销，18—定位螺钉，19—螺钉，20——中心弹簧板，21—32芯母头，22—32芯承压块，23—下护帽接头，24—挡圈，25—护套

六臂井径测井仪器的6条推靠臂分别由6条上臂和6条下臂组成，它们分别按照60°圆周均布于芯轴的两端。12个高精度磁阻传感器布置于6条上臂和下臂的末端，通多锁紧销轴组件铰接在芯轴上。12个弹簧分别置于弹簧套内，对12个推杆提供推力。分别控制6个耐磨块紧贴于裸眼井的井壁上。这样各臂对井壁都能产生足够的压力，从而实现井径的测量。

六臂井径测井仪的推靠器在下井前就是打开的，不必靠电机来驱动。而且，在芯轴和上、下臂之间都设置有保证推靠臂回弹的弹性元件，给6条推靠臂提供足够的回弹力。

（2）技术指标

3 工作原理

推靠器采用单独的六个臂设计，每个臂由上、下2个半臂组成，每个半臂采用弹簧驱动可独立伸缩结构。每个半臂都可独立伸缩，仪器既可上提测量又可下放测量。每个半臂底部用销轴固定连接在仪器机体上，可以沿仪器机体径向绕销轴进行转动，转动环节根部装有磁环，作为磁阻传感器的测量对象。上、下2个半臂通过1个耐磨块连接，形成固定的三角几何关系。

六臂井径测井仪的推靠器在下井前就是打开的。在仪器进行“上测”或者“下测”的过程中时，仪器的耐磨块实时紧贴着裸眼井井壁滑动。耐磨块与井壁紧密接触并且随着井眼直径的大小使2个半臂发生压缩或者拉伸，磁阻传感器可以精确测量出伸缩臂的角度，从而可以算出将井眼呈60°划分的6个臂所测半径，从而最终得到3条直径。在地面系统进行数据处理后（配合方位仪器的数据），最终实现对井眼轮廓的拟合成像。

4 相关分析与计算

六臂井径测井仪推靠器的结构简图如图2所示。

图中：L为同一条推靠臂上、下臂末端磁体的连线长度

X为上臂在水平方向上的投影

R为磁体至耐磨块几何中心的连线长度

θ为上臂夹角

β为下臂夹角

根据三角函数关系公式，可得

将X带入Ж式，可得

由于R距耐磨块的边缘存在确定的距离1，磁体距离芯轴的中心轴线存在确定的距离2。距离1+距离2的值为常量44mm。L的具体数值为常量1120mm。将这两个常量带入К式，可得

Ψ式即为最后的井眼半径尺寸的计算式。在测井过程中，6个θ角、和6个β角在实时的不断发生变化。测井地面系统通过将传回的数据进行计算处理，就可以得到实时的3条井眼直径值。当然，根据甲方的需求，也可以提供6条井眼半径尺寸值。

5 现场应用情况

六臂井径测井仪推靠器最后的总装如图3所示。

带有专用推靠器的六臂井径测井仪器科研样机在南海西部某井现场作业时（配合方位仪器），实际测得的曲线值和拟合的井眼尺寸轮廓图如图4所示。

从图4可以清晰的看到3条不同颜色的井眼直径曲线。以及最终成像的井眼轮廓尺寸图。曲线清晰，井眼轮廓尺寸直观。取得的资料得到了一线作业人员和甲方的赞许。同时为后续固井时的水泥用量估算提供了有力的支持。同时，也用实践证明了六臂井径测井仪推靠器的设计是合理且成功的。

6 结束语

井径测量虽然是一项常规测井项目，在用的仪器也种类繁多。但是为了更加精确的得到裸眼井的井眼尺寸值而研发的新型推靠器，将仪器从测量原理上得到了改变。该仪器的推靠器的成功运用，克服了其他仪器不防、测量精度低、线性差、维修频度高等问题。使得六臂井径测井仪器并得到广泛应用，同时又取得较好的经济效益和社会评价。

【参考文献】

[1]鲍忠利，于会媛，侯洪为.石油矿场机械.2010年第39卷.

[2]穆德全.石油仪器.2008年第22卷第1期.