測井用偏心推靠器結構設計

蔡池淵，于會媛，范 偉，王光偉

（中海油田服務股份有限公司油田技術研究院，北京101149） ①

測井用偏心推靠器結構設計

蔡池淵，于會媛，范 偉，王光偉

（中海油田服務股份有限公司油田技術研究院，北京101149） ①

介紹了測井用偏心推靠器的結構。板彈簧產生的貼壁力是影響測井效果的關鍵參數。以單彈簧偏心推靠器為例，計算了板彈簧厚度與貼壁力的對應值，可為偏心推靠器板彈簧的設計提供參考。為提高推靠效果，建議在水平井中采用雙彈簧偏心推靠器。

測井；偏心推靠器；板彈簧

在石油測井中，除了居中測井外，還有偏心測井，例如核磁共振測井儀、密度測井儀等。在這類測井儀中都會附帶1個偏心推靠器，利用板彈簧自身的張力將儀器推靠到井壁的另一側，起到補償井徑的作用。偏心推靠器的性能將影響到測井質量［1］。

在偏心推靠器的設計中，板彈簧的設計尤為重要，張力過大將導致儀器下放和上提過程中阻力過大，嚴重時導致電纜斷裂；張力過小使儀器貼井壁效果不好，影響測井效果。

1 偏心推靠器的結構及工作原理

單彈簧偏心推靠器總體結構如圖1。前固定套和滑動軌道用M6螺釘連接后焊接在殼套上。板彈簧通過長螺釘與滑動軌道連接。耐磨塊用M6螺釘與板彈簧連接。U形卡帶用M6螺釘與前固定套連接。U形卡帶和殼套的左側在軸向連接。定位頂絲孔則保證偏心推靠器徑向固定。

圖1 單彈簧偏心推靠器總體結構

當測井儀器下入套管時，依靠板彈簧的張力使儀器貼向井壁，板彈簧在兩端滑動軌道上滑動，以適應不同井徑。

2 板彈簧設計

2.1 結構［2］

由于偏心儀器在下放和上拉過程中，板彈簧的受力方向相反，所以板彈簧采用對稱結構，兩端設計成上卷耳用于固定，如圖2。

圖2 對稱式半橢圓形板彈簧

考慮到測井儀器都是圓柱形，在推靠的位置有限，其板彈簧的兩端都采用如圖3所示結構。

圖3 板彈簧端部結構

2.2 材料［1］

板彈簧的材料可選用55Si2Mn、60Si2MnA、55SiMnVB、55SiMnVNb。大多選用60Si2MnA，其力學性能較好，使用壽命較長，且價格低廉。

2.3 主要參數及受力計算［1，4］

張徑選擇215.9mm（8.5英寸），最大張徑280 mm，收攏后高度64.1mm，板彈簧長度855mm。選用材料60Si2MnA，熱處理硬度為375～444HB。板彈簧結構參數如圖4。

已知板彈簧曲率半徑254mm，彎曲角度45°，自由狀態下單邊縱向長度427.5mm，自由狀態下弧高280mm。由文獻［1］得

式中，δ為擾度增大系數，δ＝1.5；L為板彈簧伸直長度，L＝300mm；I為板彈簧端面慣性矩，I＝6 500 mm4；f為板彈簧厚度，mm；E為硅錳鋼的彈性模量，E＝2.1×105MPa；P為貼井壁力，N。把數據帶入式（2），計算數值如表1。

圖4 板彈簧結構參數

表1 板彈簧厚度與貼井壁力的對應數值

理想的貼井壁力約為130N。由表1知：當f＞4.5mm時，貼井壁力P明顯大于理想值，容易遇卡；當f＜3mm時，貼井壁力P太小，不能使測井儀器緊貼套管。

不同測井儀器對貼井壁力的要求不一樣，例如核磁共振測井儀本身就具有磁性，在下套管時會增大阻力，可適當增加板彈簧厚度。對于密度測井儀，其貼井壁力達到安全系數即可。

偏心推靠器可以分為單彈簧偏心推靠器（如圖5）和雙彈簧偏心推靠器（如圖6）。單彈簧偏心推靠器只有1個推靠點，不易遇卡，在水平井和斜度不大的井中使用。雙彈簧偏心推靠器具有2個推靠點，在水平井中推靠效果更理想。由于是雙彈簧推靠，可適當減小板彈簧厚度。

圖5 單彈簧偏心推靠器

圖6 雙彈簧偏心推靠器

2.4 滑動軌道長度計算

在下放和上提測井儀時板彈簧所受擠壓力的方向不同，導致板彈簧在擠壓過程中沿滑動軌道的滑動方向也不一樣，所以在設計軌道長度時要充分考慮板彈簧受力方向的變化。根據板彈簧自由狀態下單邊縱向長度，加上適當的安全系數就可得出滑動軌道的設計長度。

3 特點

1） 結構簡單，裝卸方便。

2） 適應各種井徑要求，貼井壁效果好，提高了測井質量。

3） 造價低廉且使用壽命長。

4） 便于維修、保養。

4 結論

1） 測井用偏心推靠器的推靠力會影響到測井效果。以單彈簧偏心推靠器為例，計算得到推靠力與板彈簧厚度成正比關系。合理選擇板彈簧厚度才能達到理想的推靠效果。

2） 在水平井中應選擇雙彈簧偏心推靠器，確保測井質量。

3） 偏心推靠器結構簡單、價格低廉，貼井壁的效果非常理想，在石油測井中得到廣泛應用。可根據儀器的長短和儀器重心位置確定板彈簧的數量和位置。

4） 推靠力不僅與板彈簧的結構參數有關，還與加工工藝有關，應加強研究。

［1］ 傅 濱，楊春林.板彈簧推靠器及應用效果［J］.煤礦機械，1993（6）：53－55.

［2］ 成大先.機械設計手冊：彈簧［K］.5版.北京：化學工業出版社，2010：538－539.

［3］ 鮑忠利，于會媛，候洪偉.常見測井儀器推靠器結構綜述［J］.石油礦場機械，2010，39（5）：84－88.

［4］ 趙 斌.基于MATLAB的VSP測井儀推靠機構的優化設計［J］.石油礦場機械，2008，37（6）：42－45.

［5］ 于會媛，宋公仆，蔡池淵，等.核磁共振測井儀刻度系統機械結構設計［J］.石油礦場機械，2011，40（4）：47－49.

Structure Design of Eccentric Device Used in Logging Tools

CAI Chi－yuan，YU Hui－yuan，FAN Wei，WANG Guang－wei
（Well－Tech R＆D Institutes，COSL，Beijing101149，China）

The structure of an eccentric device used in logging tools is introduced.The thrust force is the key factor influencing the quality of well logging.So a calculation was made for the thrust force with the thickness of the plate spring working in a single spring eccentric device.And this guides the design of the plate spring used in eccentric devices.As a conclusion，a suggestion was put forward that two plate springs should be used in eccentric devices while horizontal well logging.

well logging；de－centralizer thruster；spring

1001－3482（2012）08－0018－03

TE927.403

A

2012－02－15

蔡池淵（1982－），男，湖北枝江人，工程師，主要從事核磁共振測井儀器機械結構設計及其方法、原理和技術研究，E－mail：caicy＠cosl.com.cn。