一種新型測井釋放器的設(shè)計與應(yīng)用

朱立新

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

近年來，隨著油田開發(fā)技術(shù)策略的調(diào)整,越來越多的小直徑油管應(yīng)用到注入井中，針對這部分井的測試，采用外徑Φ29 mm的同位素示蹤測井儀器，示蹤劑投放采用與儀器外徑相同的燃燒式小直徑釋放器。該種釋放器由于打開方式和設(shè)計的不足，易造成藥塊燒毀儀器電路板和釋放失敗，嚴(yán)重影響了測井施工效率。小直徑彈開式釋放器的研制與應(yīng)用，很好的解決了以上發(fā)生的問題， 多次現(xiàn)場應(yīng)用證明該裝置具有使用便捷，成功率高，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

目前的小直徑同位素測井儀器中普遍采用燃燒式釋放器，該釋放器外徑29 mm，釋放器內(nèi)部填充燃燒藥塊。釋放時，采取地面供200 V負(fù)電電壓使藥塊燃燒，打開釋放器?，F(xiàn)場施工中發(fā)現(xiàn)，該釋放器在開發(fā)方式和設(shè)計上存在以下不足。一是藥塊燃燒時產(chǎn)生的高溫易燒毀儀器電路板，導(dǎo)致儀器維護(hù)成本的提高；二是藥塊質(zhì)量不好，藥塊的燃燒率偏低，易造成釋放器打開失敗，導(dǎo)致測井效率的降低；三是儀器下井前需要填充藥塊，延長了操作人員操作時間，導(dǎo)致操作人員受到放射性照射計量增加[1]。為了適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)需求，亟待研制一種新型釋放器來解決以上問題。為此，研制開發(fā)了小直徑電機(jī)彈開式釋放器。

2 儀器研制

此種小直徑電機(jī)彈開式釋放器包括電機(jī)總成和釋放總成兩部分[2]，如圖1和圖2所示。

圖1 電機(jī)總成結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 釋放總成結(jié)構(gòu)簡圖

2.1 電機(jī)總成的設(shè)計

電機(jī)總成的外殼由密封筒和插接頭組成，兩者之間用螺紋連接，其腔內(nèi)由觸點(diǎn)、觸點(diǎn)絕緣套、壓帽、電機(jī)固定套、電機(jī)、連軸節(jié)、軸承擋帽、推力軸承、密封套壓帽、密封套、傳動桿、開關(guān)撥動頭、卡爪、彈簧片組成。其中觸點(diǎn)與觸點(diǎn)絕緣套用螺紋連接，觸點(diǎn)絕緣套、電機(jī)與電機(jī)固定套用螺釘固定，電機(jī)輸出軸與傳動桿之間用連軸節(jié)連接[3]，推力軸承裝在傳動桿上，密封套壓帽與插接頭螺紋連接，開關(guān)撥動頭與傳動桿用銷子固定，卡爪套在銷軸上，銷軸與插接頭鉚接。

2.2 釋放總成的設(shè)計

釋放器總成的外殼由插接套、源筒、釋放短接、彈簧盒、尾帽組成。其腔內(nèi)由拉桿、拔銷、堵片、凡爾彈簧、彈簧擋片、活動門、活動門撥丁、堵源伐、壓簧、壓簧擋片以及螺母組成。其中拔銷為彈簧銷，插入拉桿的橫孔內(nèi)成為一體，堵片、凡爾彈簧、彈簧擋片與插接套組成一個單流凡爾[4]，彈簧擋片與插接套的細(xì)脖鉚死，活動門撥丁與活動門螺紋連接，拉桿與堵源伐螺紋連接，壓簧和彈簧擋片穿在堵源伐的軸上，螺母裝在堵源伐軸的外螺紋上[5]。具體標(biāo)記如圖3所示。

1-壓帽；2-觸點(diǎn)；3-絕緣套；4-電機(jī)固定套；5-電機(jī)；6-密封筒；7-連軸節(jié)；8-推離軸承及擋帽；9-卡爪；10-開關(guān)撥動頭；11-彈簧片；12-密封壓帽；13-密封套；14-插接套；15-拔銷槽；16-拔銷；17-單流凡爾；18-活動門撥?。?9-注藥孔；20-源筒；21-堵源伐；22-彈簧盒；23-尾帽；24-堵片；25-凡爾彈簧；26-彈簧擋片；27-壓簧；28-壓簧擋片；29-螺母。圖3 小直徑電機(jī)彈開式釋放器構(gòu)件標(biāo)記圖

2.3 電路設(shè)計

由于測井儀工作時需要供正電，所以電機(jī)彈開式釋放器工作要供負(fù)電。為了保證測井儀工作時釋放器不工作，在電機(jī)的觸點(diǎn)與電機(jī)供電端接上反向二極管[6]。釋放器工作電壓為-40 V，有效降低了工作電壓，避免高壓擊穿電路。

2.4 工作原理

首先分裝同位素微球。取出釋放總成，用專用工具卡住拔銷，用力向上拉動拉桿，使堵源伐封堵住源筒下開口，轉(zhuǎn)動拉桿，使拔銷卡在插接套的拔銷槽上。用起子撥動活動門拔釘，打開活動門，向源筒內(nèi)裝入同位素微球。最后用起子撥動活動門拔釘，關(guān)上活動門，同位素分裝完畢。再將電機(jī)總成接在注入剖面測井儀的下部組成一體，螺紋連接。

在井場上一切準(zhǔn)備就緒，電機(jī)與釋放器設(shè)計了快速連接頭，將電機(jī)總成的插接頭插入釋放總成的插接套上，拔銷嵌在開關(guān)撥動頭內(nèi)。

再將儀器下入井內(nèi)的要求深度，給儀器供負(fù)電40 V，電機(jī)內(nèi)的傳動桿轉(zhuǎn)動，帶動開關(guān)撥動頭轉(zhuǎn)動，即而推動拔銷離開拔銷槽，在壓縮彈簧的作用下下彈，使堵源伐離開封堵位置，敞開釋放孔，達(dá)到釋放目的[7]。工作時，電機(jī)旋轉(zhuǎn)1/4圈左右，耗時2～3 s時間，即可完成釋放動作。

2.5 技術(shù)指標(biāo)

外徑： 29 mm

電機(jī)總成長度： 24.5 cm

釋放總成長度： 67.5 cm

組合長度： 0.82 m

工作電壓： -40 V

工作電流： 150 mA

工作壓力： 80 MPa

溫度： 0～125℃

3 儀器的應(yīng)用效果

3.1 實(shí)驗(yàn)效果分析

在地面，給電機(jī)總成供-40 V，電機(jī)撥動頭轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，電流只有80 mA，電流表指針不發(fā)生擺動，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。取出一支沒有裝載同位素微球的釋放總成，使拔銷卡在插接套的拔銷槽上，并將釋放總成與電機(jī)配接，再給其供-40 V，電機(jī)撥動頭轉(zhuǎn)動，推動拔銷離開拔銷槽，此時電流由80 mA升高到140 mA，經(jīng)過將近2 s的時間隨之聽到一聲啪的聲音，堵源伐離開封堵位置，敞開釋放孔，此時電流恢復(fù)到80 mA并且穩(wěn)定。

將配接好的電機(jī)彈開式釋放器放入盛有水的容器中，給電機(jī)供-40 V，電機(jī)撥動頭轉(zhuǎn)動，電流從85 mA達(dá)到150 mA，當(dāng)拔銷離開拔銷槽時，電流恢復(fù)到85 mA并且穩(wěn)定。

從實(shí)驗(yàn)中可以看出，當(dāng)給電機(jī)彈開式釋放器供適當(dāng)?shù)呢?fù)電，電機(jī)就會正常轉(zhuǎn)動，而且電流發(fā)生變化，我們可以根據(jù)電流的變化判斷釋放器內(nèi)同位素是否釋放。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用

現(xiàn)場分別應(yīng)用小直徑電機(jī)彈開式釋放器和小直徑燃燒式釋放器各測井16井次，通過對比下井次數(shù)、釋放成功率等數(shù)據(jù)，驗(yàn)證新型釋放器的性能。兩種釋放器使用情況見表1。

表1 小直徑電機(jī)彈開式釋放器與小直徑燃燒式釋放器使用對比表

從表1中可以看出，測井16口，使用小直徑燃燒式釋放器須測井20井次才能得到完整合格的16口井資料，釋放器打開失敗3次，儀器線路板燒毀3次。使用小直徑電機(jī)彈開式釋放器釋放同位素，測井儀器不會因?yàn)楣┴?fù)電而燒壞儀器內(nèi)的電子元?dú)饧凰蒯尫懦晒β蔬_(dá)100%，測井成功率提高20%[8]。

經(jīng)過多次現(xiàn)場應(yīng)用驗(yàn)證，小直徑彈開式釋放器具有使用簡單方便、掛接釋放器時間短、釋放同位素快、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

4 結(jié) 論

小直徑電機(jī)彈開式釋放器的設(shè)計宗旨在本文中都已實(shí)現(xiàn)，一是新的電機(jī)總成實(shí)現(xiàn)電機(jī)低電壓旋轉(zhuǎn)，避免了高電壓擊穿儀器電路板，保障了儀器的安全運(yùn)行；二是新的釋放總成實(shí)現(xiàn)放射源的自動釋放，摒棄了火藥爆炸釋放方式，提高了釋放成功率。同時，設(shè)計的快速接頭能夠?qū)崿F(xiàn)釋放器與儀器的快速對接，簡單便捷，減少操作人員受照射時間，降低了操作人員發(fā)生放射性職業(yè)病的風(fēng)險。

經(jīng)實(shí)際使用證明，與原有火藥式釋放器相比，電機(jī)彈開式釋放器設(shè)計合理，操作方便，工作可靠、成功率高，有利于保護(hù)儀器安全，具有廣闊的應(yīng)用前景。