六臂井徑測井儀推靠器設(shè)計

王野梁

【摘 要】本文結(jié)合六臂井徑測井儀器的運用情況，針對性的設(shè)計了一種專用的新型推靠器。介紹了六臂井徑測井儀推靠器的結(jié)構(gòu)、技術(shù)指標(biāo)、工作原理，并進行了相關(guān)的分析和計算。以及推靠器實際運用的情況。希望對測井儀器的推靠器設(shè)計起到一點積極的作用。

【關(guān)鍵詞】六臂井徑測井儀；推靠器；專用；新型

中圖分類號： F279.26 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 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

井徑測井是石油測井作業(yè)中重要且必須的測井項目之一。準(zhǔn)確的井徑測量，是準(zhǔn)確計算井眼容積的重要手段。井徑測量儀器與方位儀器進行組合測量，是確定地層應(yīng)力的一種有效方法，對其它測井資料的成果解釋有著重要的輔助作用。井眼幾何尺寸的測量也是通過精確測量井眼某一深度的多條井徑值，結(jié)合深度和方位測量信息，利用幾何算法，得到井眼幾何尺寸圖，供油井解釋及施工應(yīng)用。目前常規(guī)的井徑測井儀，多數(shù)為3臂井徑或4臂井徑測井儀，測量精度較低，線性度差，且大多測量的是平均井徑，不能確定井眼的橢圓度和橢圓方位，也無法得到其幾何形狀。六臂井徑測井儀，可以確定不同方向的井徑值，進而計算得到不規(guī)則的井眼幾何尺寸圖，準(zhǔn)確計算井眼容積，同時可為對地層應(yīng)力的研究提供一些更有價值的資料。因此，為該儀器設(shè)計一種專用的新型推靠器非常重要。

1 六臂井徑測井儀推靠器設(shè)計總體規(guī)劃

目前，推靠器在越來越多測井儀器中得到應(yīng)用，并且直接影響測井效果。對于推靠器的設(shè)計要考慮諸多方面的因素，例如，可靠性、耐磨性、耐高溫、耐腐蝕，有時還考慮密封、連線等[1]。這些因素主要是來自于這些帶推靠器的測井儀器的本身的測井要求。

六臂井徑測井儀要求：

（1）該儀器在測井時既可“上測”又可“下測”；

（2）能測出6條井眼的實時半徑曲線；

（3）考慮含硫化氫井的使用情況。

筆者對儀器的使用條件和相關(guān)的電子工程師進行了溝通，對六臂井徑測井儀推靠器做出總體設(shè)計規(guī)劃。

（1）既然六臂井徑測井儀要求測井時既可“上測”又可“下測”，那么該儀器的推靠器的探頭部分需要特殊設(shè)計，而不能采用傳統(tǒng)的“極板”來實現(xiàn)。因為采用帶“極板”的推靠器的常規(guī)測井儀器，只能“上測”而不能“下測”；

（2）推靠器設(shè)計為“分動式”結(jié)構(gòu)；

（3）使用非接觸測量式的磁阻傳感器來代替拉桿電位器，避免了導(dǎo)線的外漏，提高了儀器的可靠性；

（4）探頭部分的材料不能采用傳統(tǒng)的橡膠件材質(zhì)。

2 六臂井徑測井儀推靠器結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)

（1）六臂井徑測井儀推靠器結(jié)構(gòu)

六臂井徑測井儀器的推靠器設(shè)計為“分動式”結(jié)構(gòu)。如圖1所示。分動功能要求每組運動機構(gòu)能夠獨立的運動，保證各個運動機構(gòu)根據(jù)井眼的變化而變化，使測量點貼到井壁[2]。

1—芯軸，2—引線接頭，3—高精度磁阻磁傳感器，4—鎖緊銷軸組件，5—轉(zhuǎn)軸，6—螺釘，7—螺釘，8—上壓簧，9—下壓簧，10—彈簧，11—彈簧套，12—固定套，13—推桿，14—連接頭，15—耐磨塊，16—圓柱銷，17—中心定位銷，18—定位螺釘，19—螺釘，20——中心彈簧板，21—32芯母頭，22—32芯承壓塊，23—下護帽接頭，24—擋圈，25—護套

六臂井徑測井儀器的6條推靠臂分別由6條上臂和6條下臂組成，它們分別按照60°圓周均布于芯軸的兩端。12個高精度磁阻傳感器布置于6條上臂和下臂的末端，通多鎖緊銷軸組件鉸接在芯軸上。12個彈簧分別置于彈簧套內(nèi)，對12個推桿提供推力。分別控制6個耐磨塊緊貼于裸眼井的井壁上。這樣各臂對井壁都能產(chǎn)生足夠的壓力，從而實現(xiàn)井徑的測量。

六臂井徑測井儀的推靠器在下井前就是打開的，不必靠電機來驅(qū)動。而且，在芯軸和上、下臂之間都設(shè)置有保證推靠臂回彈的彈性元件，給6條推靠臂提供足夠的回彈力。

（2）技術(shù)指標(biāo)

3 工作原理

推靠器采用單獨的六個臂設(shè)計，每個臂由上、下2個半臂組成，每個半臂采用彈簧驅(qū)動可獨立伸縮結(jié)構(gòu)。每個半臂都可獨立伸縮，儀器既可上提測量又可下放測量。每個半臂底部用銷軸固定連接在儀器機體上，可以沿儀器機體徑向繞銷軸進行轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動環(huán)節(jié)根部裝有磁環(huán)，作為磁阻傳感器的測量對象。上、下2個半臂通過1個耐磨塊連接，形成固定的三角幾何關(guān)系。

六臂井徑測井儀的推靠器在下井前就是打開的。在儀器進行“上測”或者“下測”的過程中時，儀器的耐磨塊實時緊貼著裸眼井井壁滑動。耐磨塊與井壁緊密接觸并且隨著井眼直徑的大小使2個半臂發(fā)生壓縮或者拉伸，磁阻傳感器可以精確測量出伸縮臂的角度，從而可以算出將井眼呈60°劃分的6個臂所測半徑，從而最終得到3條直徑。在地面系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理后（配合方位儀器的數(shù)據(jù)），最終實現(xiàn)對井眼輪廓的擬合成像。

4 相關(guān)分析與計算

六臂井徑測井儀推靠器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖中：L為同一條推靠臂上、下臂末端磁體的連線長度

X為上臂在水平方向上的投影

R為磁體至耐磨塊幾何中心的連線長度

θ為上臂夾角

β為下臂夾角

根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系公式，可得

將X帶入Ж式，可得

由于R距耐磨塊的邊緣存在確定的距離1，磁體距離芯軸的中心軸線存在確定的距離2。距離1+距離2的值為常量44mm。L的具體數(shù)值為常量1120mm。將這兩個常量帶入К式，可得

Ψ式即為最后的井眼半徑尺寸的計算式。在測井過程中，6個θ角、和6個β角在實時的不斷發(fā)生變化。測井地面系統(tǒng)通過將傳回的數(shù)據(jù)進行計算處理，就可以得到實時的3條井眼直徑值。當(dāng)然，根據(jù)甲方的需求，也可以提供6條井眼半徑尺寸值。

5 現(xiàn)場應(yīng)用情況

六臂井徑測井儀推靠器最后的總裝如圖3所示。

帶有專用推靠器的六臂井徑測井儀器科研樣機在南海西部某井現(xiàn)場作業(yè)時（配合方位儀器），實際測得的曲線值和擬合的井眼尺寸輪廓圖如圖4所示。

從圖4可以清晰的看到3條不同顏色的井眼直徑曲線。以及最終成像的井眼輪廓尺寸圖。曲線清晰，井眼輪廓尺寸直觀。取得的資料得到了一線作業(yè)人員和甲方的贊許。同時為后續(xù)固井時的水泥用量估算提供了有力的支持。同時，也用實踐證明了六臂井徑測井儀推靠器的設(shè)計是合理且成功的。

6 結(jié)束語

井徑測量雖然是一項常規(guī)測井項目，在用的儀器也種類繁多。但是為了更加精確的得到裸眼井的井眼尺寸值而研發(fā)的新型推靠器，將儀器從測量原理上得到了改變。該儀器的推靠器的成功運用，克服了其他儀器不防、測量精度低、線性差、維修頻度高等問題。使得六臂井徑測井儀器并得到廣泛應(yīng)用，同時又取得較好的經(jīng)濟效益和社會評價。

【參考文獻】

[1]鮑忠利，于會媛，侯洪為.石油礦場機械.2010年第39卷.

[2]穆德全.石油儀器.2008年第22卷第1期.