新型高分辨率感應(yīng)線(xiàn)圈系的設(shè)計(jì)與分析

熊長(zhǎng)華+熊長(zhǎng)偉+張俊國(guó)+李少華

摘 要：感應(yīng)測(cè)井最初應(yīng)用在干井或泥漿不導(dǎo)電的井中，隨著技術(shù)的改進(jìn)逐步應(yīng)用于各種性質(zhì)泥漿的井中，因此感應(yīng)測(cè)井得到廣泛的應(yīng)用。新型的高分辨率感應(yīng)測(cè)井，由地面控制系統(tǒng)、與地面連接的電纜、絕緣短節(jié)、數(shù)字電路短節(jié)、高分辨率感應(yīng)模擬電路、球形數(shù)字聚焦模擬電路、高分辨率感應(yīng)線(xiàn)圈系和球形數(shù)字聚焦電極系組成。為了成像測(cè)井系統(tǒng)總體的開(kāi)發(fā)，文章特研制一種新型的高分辨率感應(yīng)線(xiàn)圈系。

關(guān)鍵詞：成像測(cè)井系統(tǒng)；高分辨率感應(yīng)線(xiàn)圈系；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高分辨率感應(yīng)測(cè)井，包括地面控制系統(tǒng)、與地面連接的電纜、絕緣短節(jié)、數(shù)字電路短節(jié)、高分辨率感應(yīng)模擬電路、球形數(shù)字聚焦模擬電路、高分辨率感應(yīng)線(xiàn)圈系和球形數(shù)字聚焦電極系組成。該測(cè)井方法的特征是：將高分辨率感應(yīng)線(xiàn)圈系和球形聚焦電極系結(jié)合在一起，線(xiàn)圈系包括發(fā)射線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈，利用發(fā)射線(xiàn)圈的產(chǎn)生等幅、穩(wěn)頻的交變電流，通過(guò)接收線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成兩個(gè)分量，即與發(fā)射電流相位相同的分量為實(shí)部（R）信號(hào)，與發(fā)射電流相位異相的分量為虛部（X）信號(hào)；電極系通過(guò)測(cè)量主電極與回流電極之間的測(cè)量電流和主電極與屏蔽電極之間的聚焦電流之比值IB/IM，以及測(cè)量電壓，進(jìn)行數(shù)字聚焦；線(xiàn)圈系的信號(hào)與高分辨率感應(yīng)模擬電路連接，電極系的信號(hào)與球形數(shù)字聚焦模擬電路連接。

1 線(xiàn)圈系的設(shè)計(jì)

新型感應(yīng)線(xiàn)圈系由一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈和5個(gè)接收線(xiàn)圈組成，如圖1所示。每個(gè)線(xiàn)圈系包含一個(gè)接收線(xiàn)圈和一個(gè)屏蔽線(xiàn)圈。新感應(yīng)線(xiàn)圈系由密封接頭、8個(gè)屏蔽密封塞組件、一個(gè)自然電位組件、一個(gè)發(fā)射線(xiàn)圈組件、5組接收線(xiàn)圈組件、5組屏蔽線(xiàn)圈組件、熱敏電阻隔套、玻璃鋼芯棒、連接套和壓力平衡組件等共同組成。由于感應(yīng)線(xiàn)圈系的特殊性，除密封接頭、三芯屏蔽密封塞組件、連接套和壓力平衡組件用金屬材料，SP組件用銅，其余零件均用非金屬材料。

T為發(fā)射，B為屏蔽，R為接收。

T（匝數(shù)，中心位置，線(xiàn)圈長(zhǎng)度）發(fā)射線(xiàn)圈直徑0.6 mm。

B（匝數(shù)，中心位置，線(xiàn)圈長(zhǎng)度）。

R（匝數(shù)，中心位置，線(xiàn)圈長(zhǎng)度）屏蔽線(xiàn)圈直徑、接收線(xiàn)圈直徑0.2 mm。

新感應(yīng)線(xiàn)圈系上共有11個(gè)尺寸規(guī)格各不相同的骨架。骨架材料選用氮化硅（Si3N4）或氧化鋯做基體的陶瓷材料。陶瓷材料應(yīng)具有高的絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，良好的力學(xué)性能和加工性能，并有耐沖擊、震動(dòng)、膨脹及有一定的柔性。發(fā)射線(xiàn)圈骨架上要纏繞180匝線(xiàn)徑為0.6 mm的高溫漆包線(xiàn)。為了縮短陶瓷骨架的長(zhǎng)度采用兩層繞制。接收線(xiàn)圈骨架上要分別纏繞80，130，200，320，500匝線(xiàn)徑為0.2 mm的高溫漆包線(xiàn)，采用對(duì)稱(chēng)繞制，根據(jù)長(zhǎng)度不同共有5種規(guī)格的接收線(xiàn)圈骨架，如圖2所示。

以上各11種線(xiàn)圈的陶瓷骨架加工完成以后，清洗、高溫除濕、纏繞各自匝數(shù)和線(xiàn)徑的高溫漆包線(xiàn)經(jīng)噴漆、烘干、焊Φ1鍍銀線(xiàn)、涂3145膠并在兩側(cè)Φ60上粘側(cè)屏蔽柵之后進(jìn)行線(xiàn)圈系骨架組裝。

2 分析計(jì)算

由于線(xiàn)圈系采用活塞平衡的方式，因此采用了壓力平衡組件，該組件需要保證在以下3種情況下的平衡。

（1）常壓下在烘箱內(nèi)加溫到175℃情況下的壓力平衡。

（2）常溫、140 MPa情況下的壓力平衡。

（3）高溫175℃，140 MPa情況下的壓力平衡。

常溫高壓情況下，甲基硅油（201型100cs）在高壓的作用下被壓縮，使活塞左移，常壓高溫的情況下，硅油膨脹，使活塞右移，常溫高壓的活塞位移與常壓高溫時(shí)的活塞位移疊加，可得高溫高壓情況的活塞位移。由于常溫高壓與常壓高溫活塞位移的作用方向相反，該組件只要保證前兩種工作情況的平衡，就可以保證第3種工況下的平衡，以下是對(duì)線(xiàn)圈系中硅油體積的變化進(jìn)行的計(jì)算。

2.1 壓力影響

根據(jù)相關(guān)資料，硅油所受壓力增大時(shí)，其體積會(huì)減小，體積的變化量可以由下式計(jì)算：

將各參數(shù)代入式（1）中，對(duì)于液體壓縮率，取其上限值，。

2.2 溫度影響

根據(jù)相關(guān)資料，液體溫度升高時(shí)，其體積會(huì)增大，體積的變化量可以由下式計(jì)算：

式中：溫—液體體積的變化量

將各參數(shù)代入式（2）中，對(duì)于液體熱膨脹系數(shù)，取其上限值，；對(duì)于溫度變化量，忽略對(duì)地下深層溫度影響微弱的地表溫度。

2.3 綜合影響

假設(shè)地溫與地壓梯度為理想情況，地溫=0.03℃/m，即每100 m地溫上升3℃計(jì)算；泥漿比重ρ=2.5g/mm3計(jì)算，即每100 m泥漿地壓上升約2.5 MPa計(jì)算。對(duì)于壓力變化量，忽略地面影響微弱的大氣壓（1 bar=0.1 MPa），如果地面溫度為0℃，則5 800 m時(shí)，溫度為174℃，壓力為145 MPa。則：

常溫加壓145 MPa，硅油體積減小百分比為

按加壓后活塞向左移動(dòng)至其端面距離鋼筒端面15 mm計(jì)算，可得出常溫加壓后的硅油體積為 2.375 L。

由此可得，常溫常壓下，應(yīng)注入的硅油體積為

常溫加壓的壓縮位移為

常壓加溫后的硅油膨脹位移為

按加溫到175℃時(shí)，活塞右端面距離鋼下堵頭左端面為15 mm計(jì)算，得鋼筒內(nèi)腔左端面距離下堵頭左端面距離應(yīng)不小于68.50+106.34+15+80+15= 284.9 mm。

3 結(jié)語(yǔ)

新研制的高分辨率感應(yīng)線(xiàn)圈系具有良好的一致性、重復(fù)性，薄層探測(cè)特性好，縱向分辨率高；對(duì)于復(fù)雜井況的探測(cè)適應(yīng)性更強(qiáng)。對(duì)定量描述徑向侵入特性，判斷油水層分界面、確定含油飽和度等方面具有重要的作用。廣泛適用于低阻復(fù)雜非均質(zhì)巖層的測(cè)井需求，能有效地識(shí)別油氣層，確定油氣儲(chǔ)量。該儀器在我國(guó)各大油田測(cè)井作業(yè)中取得了較好的資料，并得到用戶(hù)的好評(píng)，同時(shí)也取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1]尹國(guó)平，劉恒.生產(chǎn)測(cè)井陣列成像儀在水平井的應(yīng)用[J].石油管材與儀器，2016（6）：59-62.

[2]葛玖浩，李偉，陳國(guó)明，等.2 000 m超深水水下分離器承壓結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[J].石油機(jī)械，2015（2）：60-64.

[3]徐秉業(yè)，劉信聲.應(yīng)用彈塑性力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1995.

[4]周俊波，劉洋.FLUENT6.3流動(dòng)分析從入門(mén)到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.