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1、一种基于液压平衡的油基泥浆电成像极板的设计摘要随着油气田的不断开发，油基泥浆的应用越来越广泛，对油基泥浆电成像测井仪的要求也越来越高。在高温高压的井下环境中，如何保证测井仪器稳定运行成为目前研究人员重点解决的问题。本文介绍了一种基于液压平衡的油基泥浆电成像极板的设计研究，并重点对高温高压环境下液压平衡系统的可靠性进行分析，提出设计及使用过程中的本卷须知，降低测井仪器的故障率，提高测量结果稳定性。关键词油基泥浆电成像极板液压平衡可靠性分析中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1007-0745202101-0001-02测井仪器工作在数千米的地下，处于高温、高压环境，仪器一直浸泡在各种腐
2、蚀性介质中。同时，在测井过程中还伴有不同程度的振动，工况十分恶劣，因此对仪器的机械性能要求很高。液压系统因其质量轻，以及可以无级调速，节省设计空间等优点，已应用于多种测井仪器中。其主要应用方式有两种：一种是液压平衡系统，另一种是液压驱动系统。而本次设计的油基泥浆电成像极板，采取的是液压平衡方式。在仪器限定外形尺寸的前提下，合理进行机械结构排布设计，满足仪器技术指标要求。1油基泥浆电成像极板的应用背景1.1极板工作原理常规测井时，在井下普通泥浆中，微电阻率扫面测井仪通过传导电流将泥浆、地层和仪器联通起来，形成回路，继而测量所需参数。但是油基泥浆不导电，导致此回路被破坏。因此，在这样的环境中，需要
3、将极板和导电地层作为电容器两极，给其加高频交变电流，使电流能越过不导电的油基泥浆层流动，形成回路【1】。因此，油基泥浆电成像极板在仪器测量中占据非常重要的地位。1.2极板设计要求测井仪器的工作环境多高温高压且伴有介质腐蚀，此次极板在设计时要求满足耐温170，耐压140MPa。同时，满足在8寸井眼中测量范围不小于80%的要求，极板的外形尺寸也受到了限制。为了在有限的空间内实现极板功能，最终决定采取液压平衡的方式来实现极板的耐压系统。2液压平衡系统的设计2.1液压平衡系统总体设计方案通过多方计算，得到液压平衡系统极板结构如下图1所示。2.1.1确定极板外形尺寸为满足井眼测量覆盖率，仪器整体采取两组
4、共八个极板的排布方式，同一个平面排布四个极板如图2所示。2.1.2设计液压平衡系统在得到电路板尺寸后，首先确定了极板腔体的尺寸。鉴于电路板尺寸给极板留下的密封空间很小，普通结构耐压达不到140MPa的要求，因此采用液压平衡【2】。在极板前端的主体上，做了四组液压平衡活塞如图3所示。1是平衡活塞，数量为二，在极板对称位置还有一个。2是注油处活塞，3是排气处活塞，4是液压平衡腔体。2.1.3排布极板电极极板电极平面布局如图4所示。极板中间为纽扣电极阵列，纽扣电极外围是一圈屏蔽电极，极板两侧为两个回流电极。此次电极排布的难点在于中间纽扣电极的排列，因为极板外表是圆弧形，纽扣电极数量较多，且要求每个电
5、极的底端都要连接到腔体内的线路板上，因此给设计带来了很大的困难。经过屡次尝试，将21个纽扣电极分成两列，且交叉均匀排布，同时采取不同弧度不同打孔深度的方式，实现了纽扣电极的无干扰排布【3】。如图5所示2.2液压平衡装置零部件的选用极板主体本着高强度且耐腐蚀的原那么，选用了测井仪器常用的0Cr17Ni4Cu4Nb/17-4PH沉淀硬化不銹钢。而极板电极主体局部，要求采用绝缘材料，考虑到耐温性能及加工工艺，选用了聚醚醚酮PEEK。极板主体与电极主体之间采用高强度螺钉连接，密封方式用耐高温的氟橡胶密封圈，增加了系统的可靠性。2.3机械部件加工精度要求液压系统在应用过程中，活塞的运动流畅度至关重要，这
6、就对活塞及活塞筒的加工工艺提出了很高的要求，我们在设计的时候，要求外表粗糙度不低于0.6，以保证活塞运动顺畅。另外，纽扣电极孔为阶梯孔，且最大孔径2mm，最小孔径1mm，对同轴度要求不超过0.01。3液压平衡电成像极板的可靠性保障3.1组装之前务必对液压腔进行清洗液压系统在正式使用之前都要经过清洗，清洗的目的主要是去除残留在系统内的尘土、金属屑等污染物：1用电子清洗剂清洗液压腔，再用带压空气去除清洗剂剩余;2清洗四组活塞，并彻底晾干后再装配;3检查所有活塞是否运行流畅，活塞卡簧是否安装到位。3.2定期维护保养井下工作环境恶劣，极板使用一段时间后，由于密封圈形变，或者活塞受腐蚀老化，极易出现漏油
7、现象，因此，要求在工作3口井后，要对密封圈进行及时的更换，并且定期检查活塞受损情况。液压油是平衡系统的关键，在使用过程中，要定期更换，并且对液压腔进行清洗过滤【4】。每次更换液压油，要对液压腔整体进行几次抽真空操作，减少系统内部的空气残留，保障液压系统的稳定性。4结论随着石油勘探开发的快速开展，测井仪器也在随之更新换代。在机械结构中，液压系统作为相对精密的装置，需要设计人员有足够的相关经验，同时要求维修保养人员按照规程进行操作，这样才可以保证液压系统在高温高压环境下的稳定性和平安性。参考文献：【1】冯永仁，秦小飞，徐凤阳.测井仪器液压动力系统高温高压试验装置的设计J.液压气动与密封，2021，2801：23-25.【2】刘磊，葛承河，刘春莹，陈波，张建新，于云华.基于电容耦合法的油基泥浆电成像极板设计C.中国石油学会第二十一届测井年会论文集，2021：66-75.【3】王珺，杨长春，许大华.微电阻率扫描成像测井方法应用及开展前景J.地球物理学进展，202120：357-364.【4】李清松，潘和平，张荣.电阻率成像测井进展J.工程地球物理学报，2021l2：304-310.1.中石化经纬胜利测井公司，山东东营257096;2.潍柴雷沃重工股份，山东潍坊261206