一種新型測井釋放器的設計與應用

朱立新

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

近年來，隨著油田開發技術策略的調整,越來越多的小直徑油管應用到注入井中，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計的不足，易造成藥塊燒毀儀器電路板和釋放失敗，嚴重影響了測井施工效率。小直徑彈開式釋放器的研制與應用，很好的解決了以上發生的問題， 多次現場應用證明該裝置具有使用便捷，成功率高，性能穩定等特點。

1 現狀調查

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，釋放器內部填充燃燒藥塊。釋放時，采取地面供200 V負電電壓使藥塊燃燒，打開釋放器。現場施工中發現，該釋放器在開發方式和設計上存在以下不足。一是藥塊燃燒時產生的高溫易燒毀儀器電路板，導致儀器維護成本的提高；二是藥塊質量不好，藥塊的燃燒率偏低，易造成釋放器打開失敗，導致測井效率的降低；三是儀器下井前需要填充藥塊，延長了操作人員操作時間，導致操作人員受到放射性照射計量增加[1]。為了適應現場生產需求，亟待研制一種新型釋放器來解決以上問題。為此，研制開發了小直徑電機彈開式釋放器。

2 儀器研制

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

圖1 電機總成結構簡圖

圖2 釋放總成結構簡圖

2.1 電機總成的設計

電機總成的外殼由密封筒和插接頭組成，兩者之間用螺紋連接，其腔內由觸點、觸點絕緣套、壓帽、電機固定套、電機、連軸節、軸承擋帽、推力軸承、密封套壓帽、密封套、傳動桿、開關撥動頭、卡爪、彈簧片組成。其中觸點與觸點絕緣套用螺紋連接，觸點絕緣套、電機與電機固定套用螺釘固定，電機輸出軸與傳動桿之間用連軸節連接[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]。具體標記如圖3所示。

1-壓帽；2-觸點；3-絕緣套；4-電機固定套；5-電機；6-密封筒；7-連軸節；8-推離軸承及擋帽；9-卡爪；10-開關撥動頭；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-活動門撥丁；19-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 小直徑電機彈開式釋放器構件標記圖

2.3 電路設計

由于測井儀工作時需要供正電，所以電機彈開式釋放器工作要供負電。為了保證測井儀工作時釋放器不工作，在電機的觸點與電機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，向源筒內裝入同位素微球。最后用起子撥動活動門拔釘，關上活動門，同位素分裝完畢。再將電機總成接在注入剖面測井儀的下部組成一體，螺紋連接。

在井場上一切準備就緒，電機與釋放器設計了快速連接頭，將電機總成的插接頭插入釋放總成的插接套上，拔銷嵌在開關撥動頭內。

再將儀器下入井內的要求深度，給儀器供負電40 V，電機內的傳動桿轉動，帶動開關撥動頭轉動，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，達到釋放目的[7]。工作時，電機旋轉1/4圈左右，耗時2～3 s時間，即可完成釋放動作。

2.5 技術指標

外徑： 29 mm

電機總成長度： 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 儀器的應用效果

3.1 實驗效果分析

在地面，給電機總成供-40 V，電機撥動頭轉動平穩，電流只有80 mA，電流表指針不發生擺動，電機運轉正常。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配接，再給其供-40 V，電機撥動頭轉動，推動拔銷離開拔銷槽，此時電流由80 mA升高到140 mA，經過將近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，此時電流恢復到80 mA并且穩定。

將配接好的電機彈開式釋放器放入盛有水的容器中，給電機供-40 V，電機撥動頭轉動，電流從85 mA達到150 mA，當拔銷離開拔銷槽時，電流恢復到85 mA并且穩定。

從實驗中可以看出，當給電機彈開式釋放器供適當的負電，電機就會正常轉動，而且電流發生變化，我們可以根據電流的變化判斷釋放器內同位素是否釋放。

3.2 現場應用

現場分別應用小直徑電機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、釋放成功率等數據，驗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。使用小直徑電機彈開式釋放器釋放同位素，測井儀器不會因為供負電而燒壞儀器內的電子元氣件，同位素釋放成功率達100%，測井成功率提高20%[8]。

經過多次現場應用驗證，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、性能穩定等特點。

4 結 論

小直徑電機彈開式釋放器的設計宗旨在本文中都已實現，一是新的電機總成實現電機低電壓旋轉，避免了高電壓擊穿儀器電路板，保障了儀器的安全運行；二是新的釋放總成實現放射源的自動釋放，摒棄了火藥爆炸釋放方式，提高了釋放成功率。同時，設計的快速接頭能夠實現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，降低了操作人員發生放射性職業病的風險。

經實際使用證明，與原有火藥式釋放器相比，電機彈開式釋放器設計合理，操作方便，工作可靠、成功率高，有利于保護儀器安全，具有廣闊的應用前景。