论测井仪器电极系的结构改进

沙玉琢

摘 要：测井仪器，是石油工业中一个很重要的部分，直接影响石油的产量和对地下情况的掌握。测井仪器，是指在开采石油过程中对油井周围环境进行探测的仪器。测井仪器的工作环境特别恶劣，通常是高压，高温，且被泥围。在这样的工作环境下，对测井仪器的绝缘性、密封性、耐腐蚀性、可拆洗性、易损件的可更换性等的要求也就比普通仪器要高。

关键词：测井仪器电极系;结构改进

一、传统测井仪器探测深度表征方法

普通电阻率测井的电极系探测深度定义是在均匀介质中，以供电电极为中心，以某一半径作球面，如果球面内包括的介质对电极系测量结果的贡献占总结果的50%时，则此半径就定义为该电极系的探测深度（或探测半径）。普通电阻率电极系结构简单，发射电流不聚焦，采用球面模型定义。对于侧向电极系，结构复杂，发射的主电流均被聚焦电极屏蔽后径向流人地层，电流不是球状发散，而是以柱状流向地层。当电极系的总响应值中侵入带电阻率占50%贡献时所对应的侵入半径为探测深度。这种定义方法一般称为伪几何因子法。

二、测井仪器电极系的结构改进

1.玻璃钢就是环氧树脂，是一种耐高温耐腐蚀的绝缘材料，但它的强度不高，不能承受压力，所以这些零件之间基本没有配合要求。皮囊和芯棒之间，必须形成密闭腔，以免芯棒内的导线被泥浆磨损和腐蚀，影响绝缘性，所以将皮囊用钢丝紧扎在芯棒上。在电极系玻璃钢外壳的圆柱形表面上加工有三个纵向的槽，三个纵向槽呈沿圆周均匀分布，沿长度方向还有五个环形的燕尾槽，四个窄的，一個宽的，窄的装电极皮，宽的也装电极皮，三个过线槽是将芯棒里面的导线用绝缘皮包裹，套上绝缘套接出来，放在过线槽里，再焊接到五个电极皮上，五块用来做电极的金属片，是将薄的不锈钢板切成块，再沿圆周紧箍在燕尾环槽里面，安装的步骤操作起来非常困难，对燕尾槽的宽度、深度及电极皮的宽度等都有非常严格的要求，板料加工又不像机加工那样，可以保证较高的尺寸精度，玻璃钢是非金属，加工的表面光洁度不高，测量尺寸误差较大。要达到精确的配合很不容易。电极皮或燕尾槽的尺寸稍不合适，不是镶不进去，这头进去了那头又翘起来了，就是太松了，在槽里镶不紧，容易脱落。电极系装好之后，还必须将固定柱上的导线从电极系的一端穿入芯棒，经由芯棒内孔，再从芯棒的另一端拉出来，装入过线槽，最后焊接到电极皮上。芯棒是一个由不锈钢材料加工成的长两米多，最小内径只有20 毫米的细长管子，管子是由机床冷加工形成的。由于这样的装配和加工过程，就产生了下面的问题：1、导线很长，在紧固两端螺纹时线会随着两端的螺纹一起转动，会绞线，极易将线扯断。2、导线是在密封塞上焊接着的，密封塞固定在堵块上，导线必须先在外边焊好，再用接线柱送入芯棒。由于内孔是用机床切削加工形成的，难免会有一些刀痕或者棱角，虽然一般对内孔台阶的倒角都倒了圆弧，可还会经常发生导线的绝缘皮被挂破的事情，这是令操作者非常头疼的事。有时也令操作者百思不得其解，线上都包有一层厚厚的绝缘皮，还有套管，可还是会短路，这是导线破皮绞在一起的缘故。这样的结构拆起来也是同样的困难。就给易损件的更换产生了很大的难度。3、皮囊是一种橡胶制品，很软，很容易被尖锐物品扎洞，寿命也远比不了金属材料，只要有一个小洞整个电极系就会遭到破坏，皮囊式结构是影响电极系寿命的一个薄弱环节。4、由于电极系外部工作环境非常恶劣，玻璃钢外壳不可避免会造成磨损，玻璃钢的外表面一经磨损，燕尾槽就浅了或者磨平了，电极皮就会裸露或脱落，整个电极系还是会遭到破坏。

2.改进后的电极系结构与改进前结构的比较。首先是绞线的问题，改进后的电极系结构，导线都埋在玻璃钢里面，只有六个导电块和六个接触片相接触，完成了改进前结构的接线柱塞的功能。由于没有了导线，第二个线破皮的问题也解决了，装卸起来很容易，只要将外壳往芯棒上一套，再装上连接片就完成了。接着分析第三个问题，改进后的结构用活塞式结构代替了皮囊式结构，根据井内温度的变化活塞左右两端的压力会有所改变，导致活塞左右移动，进行压力的调节，从而使活塞左右两端压力保持平衡。活塞是钢结构，比原来的橡胶皮囊结构经久耐用。最后看一下第四个问题，改进后的结构用两个半圆环状的金属瓦片代替原来的电极皮，和电极片焊接在一起，埋在玻璃钢里面，完成后玻璃钢外圆经过车削加工后，电极皮就露出来了，即使外面的环氧树脂层都磨损了，电极皮也不会脱落，这样的结构比起原来的结构，使用寿命有了很大的提高。

3.从以上分析看来，改进后的结构与改进前的结构相比，解决了原来结构存在的一些缺点和问题，具有明显的优势。在考虑结构的同时，要考虑工艺实现上的问题和生产成本，还要考虑由于结构上的变动带来的其他装配或功能上的问题。在改进后的结构中，接触片的结构没有以前焊线的结构导电可靠，有可能会出现接触片接触不上而通不上电的问题，为了解决这个问题，将导电块的中间加工成一个凹槽，且导电块和接触片均镀金，以增加导电性。在电极系外壳上钻十几个孔，便于必要时对电极系外壳进行清洗，电极系外壳与芯棒之间靠密封圈密闭，密封之外的部分，沿圆周还有0 .5mm 的间隙，拆卸起来特别容易。由于零件的大体形状及尺寸都没有变，只是需要密封的部位增多，需要密封部位的加工要求提高，加工难度有所加大，还多了几个接电片，但整体来说，对材料和加工成本没有大的影响。唯一的不足是玻璃钢套的工艺复杂了，原来一次成型的玻璃钢外壳，现在必须两次成型。制作的过程是先将玻璃钢作成一个空心圆筒，然后按要求车出台阶，铣槽，焊电极片，在槽内走线，最后再在电极片的外面裹一层环氧树脂，作成玻璃钢外壳，工艺比原来的复杂，但也是完全可以实现的。

结束语：

综上所述，这是对电极系结构一次比较全面的改进，基本解决了原来结构中存在的问题，改进后的结构具有结构简单，装卸方便，性能可靠，使用寿命长等优点，是一次比较成功的结构改进。

参考文献：

[1]张庚骥.电法测井[M].北京：石油工业出版社.2019.

[2]李大潜.有限元素在电法测井中的应用[M].北京，石油工业出版社，2019.