提高石油測井儀器耐高溫性能方法的研究

石燦

摘要：近些年，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國的油田開發(fā)技術(shù)也在不斷提高，石油作為社會發(fā)展中的關(guān)鍵性資源之一，其在各個領(lǐng)域中均有所應(yīng)用和涉及，近些年伴隨著我國工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，石油資源的消耗量逐年增長，這也間接促使石油資源的勘測以及開采技術(shù)成為目前石油領(lǐng)域的發(fā)展關(guān)鍵性問題。

關(guān)鍵詞：石油測井儀器;耐高溫性能;提升方法

隨著科技的不斷發(fā)展，我國的油田開采技術(shù)也得到相應(yīng)的提升，石油作為工業(yè)的血液，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)的發(fā)展中，近幾年隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，石油資源即將消耗殆盡，進(jìn)而石油的勘測和開采技術(shù)的發(fā)展就進(jìn)入一個瓶頸，面臨著開采困難的局面。在油田采油井利用現(xiàn)有的開采技術(shù)已不能滿足開采的需要，現(xiàn)階段，石油在開采的過程中所需要的溫度更高。為了使開采的石油量能滿足經(jīng)濟(jì)市場發(fā)展的需求，應(yīng)對測井儀器的耐高溫性能進(jìn)行優(yōu)化。

一、慨述

石油資源的生產(chǎn)開采面臨著非常惡劣的環(huán)境，因此對開采技術(shù)的要求也非常高。要想適應(yīng)復(fù)雜多變的開采環(huán)境就必須進(jìn)一步提升測井儀器的性能，這樣才能將測井儀器的性能充分發(fā)揮出來。我國關(guān)于測井儀器的相關(guān)研究還比較落后，但是歐洲國家已經(jīng)研制出了完全適應(yīng)生石油開采系統(tǒng)變化情況的測井體系，而且相關(guān)的測井儀器能夠在最高溫度為260℃以及最大壓力為175MPa環(huán)境下很好的完成作業(yè)。與傳統(tǒng)的測井儀器相比較，該測井體系的主要材料經(jīng)過了嚴(yán)格的隔熱、吸熱以及預(yù)熱等處理。

對測井設(shè)備耐溫性能起到?jīng)Q定性影響的因素有很多，具體可以將其劃分為外部因素以及內(nèi)部因素，外部因素主要是測井儀器外表面所面臨的溫度環(huán)境;由于測井儀器本身需要在高溫高壓的環(huán)境下進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，因此必須充分保證測井儀器內(nèi)部各種元件不會出現(xiàn)發(fā)熱故障。因此，針對測井儀器的內(nèi)部元件要盡量使用阻抗、已經(jīng)發(fā)熱量都比較小的元件，這樣就能充分減少測井儀器在運(yùn)行過程中自身產(chǎn)生的熱量。此外，電路圖的差異也會導(dǎo)致設(shè)備自身產(chǎn)生熱量出現(xiàn)差別，因此可以對測井儀器內(nèi)部的電路圖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最大程度減少電路的產(chǎn)熱量。雖然目前測井儀器應(yīng)用的保溫瓶能夠起到一定的隔熱作用，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，保溫瓶不僅會占用較大的體積，從而直接增加測井設(shè)備體積，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中該技術(shù)也沒有得到廣泛應(yīng)用。充分結(jié)合當(dāng)前我國油田行業(yè)的技術(shù)以及實(shí)際的資源現(xiàn)狀來看，可以在測井儀器中大力推廣使用熱障涂層技術(shù)以及相變儲能技術(shù)。

二、提升測定以及耐高溫性能的方法

1、熱障涂層技術(shù)。該技術(shù)主要是應(yīng)用具備較強(qiáng)的耐腐蝕性、抗氧化作用連接最下層與金屬磁器材料涂層共同構(gòu)成了一種熱障涂層。通過連接最下層的作用能夠?qū)X合金材料以及鋼結(jié)構(gòu)等有效的連接在一起形成涂層，這樣就能為金屬陶瓷材料提供很好的過渡作用。這樣，當(dāng)涂層與基體接觸的部分一旦發(fā)生溫度變化，就會使得涂層也逐漸轉(zhuǎn)變成基體，這樣就能充分減少測井儀器的熱效應(yīng)。納米氧化釔穩(wěn)定氧化鋯能夠在超過200℃的環(huán)境下保持熱導(dǎo)率為2.015。由此可見，其導(dǎo)熱率非常好，而且這種材料的膨脹系數(shù)比較低。在熱障涂層技術(shù)中充分運(yùn)用這種材料能夠有效提升測井儀器的耐高溫性能。通過相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，即使不使用熱冷或者相應(yīng)的吸熱材料，在金屬構(gòu)建桌面覆蓋納米氧化釔穩(wěn)定氧化鋯能夠有效的阻止外部熱源向內(nèi)部傳導(dǎo)，而且該材料能夠充分滿足在250℃以內(nèi)以及150MPa的環(huán)境下很好的完成測試作業(yè)。

2、相變儲能技術(shù)。儲能降溫在實(shí)際應(yīng)用的過程中主要有顯熱儲存、潛熱儲存以及化學(xué)能儲等方式。通過對常規(guī)儲能材料進(jìn)行處理，讓其能夠?qū)⒁徊糠譄崃績Υ嫫饋?，這個過程就是顯熱儲存。儲熱材料實(shí)際的比熱容密度與其能夠存儲的熱量存在非常緊密的聯(lián)系，隨著現(xiàn)代新型材料比熱容以及密度的不斷提升，使得材料存儲熱量的性能也在不斷提升。而相變儲存能量實(shí)際上就是潛熱儲能。潛熱儲能主要是利用材料在發(fā)生相變的過程中儲存能量的特性來實(shí)現(xiàn)對熱量的存儲。儲能材料在實(shí)際發(fā)生相變的過程中所能夠存儲的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其在潛熱時熱量的儲存量，因此，潛熱儲的熱量實(shí)際上能量密度更大。一些特殊的材料在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中出現(xiàn)的吸收和釋放熱量的現(xiàn)象如果能夠達(dá)到測井儀器實(shí)際上的熱量存儲以及釋放密度就是化學(xué)儲能。雖然儲能方式中化學(xué)儲能的效率最高，但是這種技術(shù)目前仍然處于研發(fā)階段，還沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。一些潛能材料在發(fā)生相態(tài)變化的過程中能夠融化大量的潛熱量，而且在冷卻過程中結(jié)晶率以及熱導(dǎo)率都比較高，化學(xué)性質(zhì)也相對比較穩(wěn)定，不會對容器產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，材料的價格也比較低，因此完全可以作為熱障涂層技術(shù)的隔熱材料。

在具體安裝相變儲能材料的時候通常情況下都會充分結(jié)合熱源主要的流動方向來進(jìn)行確定，這樣才能充分保證絕大部分的熱量能夠傳導(dǎo)到潛熱儲存物質(zhì)。通常情況下，在進(jìn)行測量設(shè)備相變物質(zhì)選擇的時候主要會從材料的比熱容、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱系數(shù)等幾個方面進(jìn)行考慮，與此同時還要充分考慮材料是否會引發(fā)已經(jīng)出現(xiàn)腐蝕情況，而且還要充分保證材料能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)利用。與保溫瓶相比較，熱障涂層的隔熱性能相對較差，因此在實(shí)際進(jìn)行又讓涂層材料選擇的過程要盡量選擇導(dǎo)熱速率快、熱敏性較好、發(fā)生熱變時釋放熱量多、膨脹系數(shù)比較小的材料，綜合上述性能，易熔鉍合金是目前最適合在材料，因此，要加強(qiáng)易熔鉍合金在測井儀器耐高溫性能提升方面的應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，測井技術(shù)在環(huán)境耐受性方面的能力必然會不斷的提升，雖然說當(dāng)前測井設(shè)備在耐高溫方面的性能已經(jīng)達(dá)到了一個瓶頸，但是伴隨著國家資金、人才的持續(xù)性投入，對其進(jìn)行深入性研究探索，必然可以創(chuàng)新出儀器耐高溫處理措施?？傊?，耐高溫處理方式，可以一定程度的提升測井儀器的耐高溫性能，同時在高溫、深度油井中可以滿足當(dāng)前測井領(lǐng)域中測井成功率，具備一定的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價值。

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