專利名稱：恒功率雙側(cè)向測井儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田裸眼井地層電阻率測量儀器領(lǐng)域，主要是一種恒功率雙側(cè)向測井儀。
技術(shù)背景隨著勘探數(shù)控測井技術(shù)的快速發(fā)展，油田為解決勘探測井效率低、作業(yè)時間長等缺點， 紛紛推出高可靠性大組合快速測井平臺， 一次測井能夠同時取得放射性、電法、聲波的地層 信息資料，從而大大提高測井時效。傳統(tǒng)的雙側(cè)向儀器由三部分組成電子線路、探頭和下 電極，長度近10米，組合能力差，在大組合測井時安全性降低，同時由于其長度的影響為 獲取油井底部目的層數(shù)據(jù)必須增加鉆探深度，勢必大幅增加鉆井成本；另外，目前國內(nèi)雙側(cè) 向電極都采用金屬電極和橡膠硫化成一休模式，可維修性差，僅能一次使用；在功率控制技 術(shù)方面，普遍采用單片機控制技術(shù)，需耍通過大量的計算和數(shù)據(jù)處理，才能確定輸出功率大 小，功率輸出滯后于測井過程。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的正是為了克服上述技術(shù)的不足，而提供的一種恒功率雙側(cè)向測井儀，用于 石油勘探測井，能同時完成地層侵入帶電阻率和原狀地層電阻率兩種不同探測深度的視電阻 率測量，用以研究地層間電阻率的變化，與其它測并資料配合可直觀地劃分滲透層，判斷油 水層，確定和評價地層含油特性7本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種恒功率雙側(cè)向測井儀，主要包括探頭，所述 ,頭由屯了線嚼、皿、M、玻璃鋼隔離套組6而成， 離套套在芯軸外部，電 極內(nèi)部采用壓力平衡活塞補償結(jié)構(gòu)，電子線路部分置于探頭芯軸內(nèi)部，探頭電極通過高壓密 針引出，電極和線路之間通過轉(zhuǎn)換接頭連接。恒功率雙側(cè)向測井儀電路部分利用單片機完成儀器采樣信號的數(shù)字化處理，采用485總 線模式完成井下儀器間通訊，速率為187.5kb/s，與傳統(tǒng)模擬信號傳輸比較，減少了接口纜芯 數(shù)量，提高了儀器組合能力；儀器功率控制通過功率控制模塊實現(xiàn)，該模塊采用模擬方式， 功率輸出反應(yīng)速度達到微秒級，功率大小能夠根據(jù)種!井地層信息快速調(diào)整，使測井資料更準(zhǔn)確地反映出地層真實信息。本發(fā)明有益的效果是通過上述設(shè)計，減卞了電子線路長度，并為儀器的靈活組合創(chuàng)造 了條件。探頭采用金屬電極和玻璃鋼隔離套組合方式，能夠保證高溫、高壓條件下的絕緣性 能，提高測井質(zhì)量，并滿足含硫化氫氣體等復(fù)雜井況條件下使用要求，同時，儀器的拆卸、 清洗、保養(yǎng)非常方便，能夠重復(fù)使用，延長產(chǎn)品使用壽命。


圖1是本發(fā)明的整機結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是電子線路骨架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是電子線路和電極轉(zhuǎn)換接頭的結(jié)構(gòu)示意圖圖4是探頭平衡活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的通訊接口和數(shù)據(jù)處理板原理圖；圖6是本發(fā)明的功率控制板原理圖。附圖標(biāo)記說明保護帽-1,上管殼-2，上絕緣套管I-3，前置放大電路-4， 26芯插頭座 -5，密封高壓插針-6，芯軸-7,金屬桿-8，電極A1^9，電極A1-10，壓縮彈簧-11， 31芯插 針座-12,電極M2-13，銅排-14，電極M1-15,電極AO-16，電極Ml' -17，電極M2' -18， 電極A1， -19，活塞-20，密封圈-21，碟形彈簧-22，電極AW -23,減摩環(huán)-24，下端接管 -25，固定套-26，下接頭-27，下外殼-28,保護塞-29。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步介紹fei器探頭的整體實現(xiàn)參照附圖"探頭外部的電極和隔離奩、內(nèi)部的芯軸和電子線路的結(jié)構(gòu)組成關(guān)系參照附圖2。電極和隔離套在探頭的最外部，芯軸在電極內(nèi)部，芯軸內(nèi)部為電子線路部分，線路印制 板、小整件安裝在線路骨架上，電極、隔離套、芯軸、電子線路合為一體就構(gòu)成了恒功率雙 側(cè)向儀器。探頭由電極、隔離套等零部件及其貫穿儀器內(nèi)部的芯軸組成。上管殼2通過螺紋連接到 芯軸7上端，上管殼2內(nèi)部有前置放大電路4，外面套著上絕緣套管I3，起電場平衡作用，上端安裝保護帽1對上部探頭接口進行保護。電極A016、M115、M1' 17、M213、M2' 18、A110、 Al， 19、 Al*9、 Al*' 23和隔離套對稱分布在芯軸7外部，并依靠與芯軸7下端螺紋連接的 下端接管25壓緊，下端接管25與下接頭27、下接頭27與下外殼28之間均通過螺紋連接， 下外殼28端口裝上保護塞29對下端進行保護。芯軸7上、下兩端通過芯軸7上安裝的密封 高壓插針6實現(xiàn)液空連接，電極經(jīng)芯軸7上分布的銅排14、密封高壓插針6與電路相連。電 極A110內(nèi)的壓縮彈簧11與下端接管25共同作用產(chǎn)生一定的壓力，壓緊芯軸7外一次安裝 的各個零件，并使零件間的密封圈產(chǎn)生一定的變形起到密封作用，當(dāng)電極A110內(nèi)的壓縮彈 簧ll間隙為l-1.5mm時，表明探頭的電極、隔離套裝配到位。但是，僅僅依靠端面密封圈 并不能滿足140MPa高壓下的密封要求。為了解決上述問題，探頭整體設(shè)計了壓力平衡系統(tǒng)。 在芯軸7、電極和隔離套等零件組成的圓筒和活塞20(位于電極Al' 19內(nèi))組成的密閉腔體 內(nèi)充入硅油，不僅提高了電極間的絕緣性能，并傳遞由活塞20傳遞進儀器內(nèi)部的外界壓力， 當(dāng)外界壓力大于內(nèi)部壓力時，活塞20向內(nèi)移動，實際測井時，隨著地層溫度的增加，腔體 內(nèi)硅油的體積因溫度升高而膨脹，推動活塞20向外移動，探頭內(nèi)外壓保持自動平衡。 電極A1' 19自動平衡的實現(xiàn)參照附圖4。電極A1' 19及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如附圖4所示。當(dāng)溫度升高后，硅油膨脹壓力推動碟形彈簧 22移動，當(dāng)活塞密封圈21滑過卸油孔后，硅油通過卸油孔排出探頭，釋放探頭內(nèi)部壓力； 外界壓力大于硅油膨脹壓力時，活塞20向內(nèi)移動，通過調(diào)節(jié)儀器內(nèi)部硅油所占空間的大小， 使電極內(nèi)外的壓力保持動態(tài)平衡，儀器內(nèi)部壓力與外界環(huán)境壓力相差很小。隔離套和電極間 的密封圈正是在這樣的小壓差環(huán)境下，依靠壓縮彈簧11和下端接管25共同作用產(chǎn)生的壓緊電子線路放入探頭芯軸7具體實現(xiàn)參照附圖3。由于電子線路骨架外徑為53ram，探頭外 徑為99mm，為保證探頭電極、玻璃鋼及活塞20組成的腔體能夠承受140MPa的壓力，探頭內(nèi) 部必須有足夠的空間，即保證硅汕的膨脹和壓縮體積能夠滿足實現(xiàn)探頭的內(nèi)外壓自動平衡， 同時，芯軸7自身必須承受140MPa壓力，通過合理計算，兼顧探頭、芯軸7承壓能力和實 際加工難度，將芯軸7的內(nèi)孔尺寸設(shè)計為55mm,并且安裝在電子線路上的變壓器等零部件高 度小于芯軸7內(nèi)孔尺寸，這樣，電子線路部分就能置于芯軸7內(nèi)部，以減短儀器整體長度。電子線路與電極之間的連接參照附圖3。電子線路放置于芯軸7內(nèi)部后，如何保證探頭 電極、前置放大電路4和電子線路之間的連接，并且操作維修方便可靠，是結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮到 的。在設(shè)計中，我們采用一根中空金屬桿8，里面可以通過導(dǎo)線，金屬桿8上端固定一個26 芯插頭座5，與前置放大電路4、電極及探頭上部儀器相連，下部固定一個31芯插針座12， 與芯軸7內(nèi)部電子線路相連，31芯插針座12上面加工一個導(dǎo)向鍵，避免連接過程中31芯插 針座12錯位。在電子線路插、拔過程中，下端用一通過螺紋與下端接管25連接的固定套26 將電子線路頂緊。為減小電子線路安裝時的阻力，同時保證電子線路骨架在芯軸7內(nèi)部不發(fā) 生彎曲，與芯軸有良好的同軸性，電子線路骨架最大直徑小于芯軸內(nèi)孔直徑，在骨架上加裝 二對減摩環(huán)24與芯軸7內(nèi)壁緊密接觸。通訊接口和數(shù)據(jù)處理板參照附圖5。測量模擬信號深側(cè)向電壓Vd、深側(cè)向電流Id、淺側(cè)向電壓Vs、淺側(cè)向電流Is輸入到多 路選擇開關(guān)Dll的信號輸入端，單片機的控制信號PC0-PC5經(jīng)D6電平轉(zhuǎn)換后，A0、 B0、 C0 連接到多路開關(guān)Dll的控制端A0、 Al、 A2,分時選通輸入模擬信號，選通輸出的模擬信號連 接到運放N2的輸入端，單片機控制信號D0選擇信號增益，經(jīng)2倍或16倍放大后，送入AD574 模擬信號輸入端，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)D8、 D9 74LS245分兩次讀入單片機。井下儀器之間的 通訊通過單片機串口 TXD/RXD、 IL711/712總線隔離和SP485總線實現(xiàn)，儀器接收到地面系 統(tǒng)發(fā)出的指令后，對指令譯碼產(chǎn)生兩位控制位PC3、 PC4，經(jīng)D6電平轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生兩路控制 信號B4、 B5，進行零刻、正刻和測量三種工作狀態(tài)的變換，采樣的模擬信號經(jīng)選通、放大、 A/D轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)存儲在單片機中，接收到地面數(shù)據(jù)采樣指令后按187.5Kb/s數(shù)率發(fā)送數(shù)據(jù)。Nl、 N2自激振蕩后產(chǎn)生280Hz正弦波，經(jīng)LM111比較器'N3后產(chǎn)生280Hz方波，280Hz 方波輸入到D1CD4040，分頻產(chǎn)生35Hz方波，280Hz、 35Hz方波經(jīng)D2CD4049反向器后分兩路 輸出， 一路作為測量板的檢波信號，另一路作為D3、 D4DG307模擬開關(guān)的控制信號。模擬信號Vd、 Id、 Vs、 Is輸入到厚膜電路N4的輸入端，經(jīng)厚膜電路內(nèi)部電路處理后產(chǎn) 生兩路直流電壓，分別連接到模擬選擇開關(guān)DG307D3、 D4的輸入端，DG307選擇開關(guān)的兩個 選擇控制端分別連接兩路控制信號， 一端連接到280Hz方波和35Hz方波控制信號，分別產(chǎn)生280Hz方波和35H :方波功率控制信號，通過功率放大后輸出；另一端連接到功率信號控 制端，控制DG307輸出方波的大小，實現(xiàn)電阻率測井時高、低電阻率輸出功率的切換。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技 術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種恒功率雙側(cè)向測井儀，主要包括探頭，其特征在于所述的探頭由電子線路、芯軸、電極、玻璃鋼隔離套組合而成，電極和隔離套套在芯軸外部，電極內(nèi)部采用壓力平衡活塞補償結(jié)構(gòu)，電子線路部分置于探頭芯軸內(nèi)部，探頭電極通過高壓密針引出，電極和線路之間通過轉(zhuǎn)換接頭連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的恒功率雙側(cè)向測井儀，其特征在于上管殼(2)通過螺紋連接到芯軸(7)上端，上管殼(2)內(nèi)部有前置放大電路(4)，外面套著上絕緣套管I (3)， 電極A0(16)、電極M1(15)、電極M1， (17)、電極M2(13)、電極M2' (18)、電極Al(lO)、 電極A1， (19)、電極AW (9)、電極Al+' (23)和隔離套對稱分布在芯軸(7)外部，并 通過與芯軸(7)下端螺紋連接的下端接管(25)壓緊，下端接管(25)與下接頭(27)、下 接頭(27)與下外殼(28)之間均通過螺紋連接；芯軸(7)上、下兩端通過芯軸(7)上安 裝的密封高壓插針(6)實現(xiàn)液空連接，電極經(jīng)芯軸(7)上分布的銅排(14)、密封高壓插 針(6)與電路相連；電極A1 (10)內(nèi)的壓縮彈簧(11)與下端接管(25)共同壓緊芯軸(7) 外一次安裝的各個零件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒功率雙側(cè)向測井儀，其特征在于壓力平衡活塞補償結(jié)構(gòu) 是在芯軸(7)、電極和隔離套零件組成的圓筒和活塞(20)，即位于電極A1' (19)內(nèi)， 組成的密閉腔體內(nèi)充有硅油，并傳遞由活塞(20)傳遞進儀器內(nèi)部的外界壓力，當(dāng)外界壓力 大于內(nèi)部壓力時，活塞(20)向內(nèi)移動；隨著地層溫度的增加，腔體內(nèi)硅油的體積因溫度升 高而膨脹，推動活塞(20)向外移動，探頭內(nèi)外壓保持自動平衡。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的恒功率雙側(cè)向測井儀，其特征在于在中空的金屬桿(8)上 端固定一個26芯插頭座(5)，與前置放大電路(4)、電極及探頭上部儀器相連，下部固定 一個31芯插針座(12)，與芯軸(7)內(nèi)部電子線路相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種恒功率雙側(cè)向測井儀，主要包括探頭，所述的探頭由電子線路、芯軸、電極、玻璃鋼隔離套組合而成，電極和隔離套套在芯軸外部，電極內(nèi)部采用壓力平衡活塞補償結(jié)構(gòu)，電子線路部分置于探頭芯軸內(nèi)部，探頭電極通過高壓密針引出，電極和線路之間通過轉(zhuǎn)換接頭連接。本發(fā)明有益的效果是通過上述設(shè)計，減少了電子線路長度，并為儀器的靈活組合創(chuàng)造了條件。探頭采用金屬電極和玻璃鋼隔離套組合方式，能夠保證高溫、高壓條件下的絕緣性能，提高測井質(zhì)量，并滿足含硫化氫氣體等復(fù)雜井況條件下使用要求，同時，儀器的拆卸、清洗、保養(yǎng)非常方便，能夠重復(fù)使用，延長產(chǎn)品使用壽命。
文檔編號E21B49/00GK101245702SQ200810001320
公開日2008年8月20日 申請日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者寧 劉, 吳先海, 吳建農(nóng), 吳玉飛, 方加生, 陳文峰, 陳海貴 申請人:杭州瑞利聲電技術(shù)公司