論測井儀器電極系的結構改進

沙玉琢

摘 要：測井儀器，是石油工業中一個很重要的部分，直接影響石油的產量和對地下情況的掌握。測井儀器，是指在開采石油過程中對油井周圍環境進行探測的儀器。測井儀器的工作環境特別惡劣，通常是高壓，高溫，且被泥圍。在這樣的工作環境下，對測井儀器的絕緣性、密封性、耐腐蝕性、可拆洗性、易損件的可更換性等的要求也就比普通儀器要高。

關鍵詞：測井儀器電極系;結構改進

一、傳統測井儀器探測深度表征方法

普通電阻率測井的電極系探測深度定義是在均勻介質中，以供電電極為中心，以某一半徑作球面，如果球面內包括的介質對電極系測量結果的貢獻占總結果的50%時，則此半徑就定義為該電極系的探測深度（或探測半徑）。普通電阻率電極系結構簡單，發射電流不聚焦，采用球面模型定義。對于側向電極系，結構復雜，發射的主電流均被聚焦電極屏蔽后徑向流人地層，電流不是球狀發散，而是以柱狀流向地層。當電極系的總響應值中侵入帶電阻率占50%貢獻時所對應的侵入半徑為探測深度。這種定義方法一般稱為偽幾何因子法。

二、測井儀器電極系的結構改進

1.玻璃鋼就是環氧樹脂，是一種耐高溫耐腐蝕的絕緣材料，但它的強度不高，不能承受壓力，所以這些零件之間基本沒有配合要求。皮囊和芯棒之間，必須形成密閉腔，以免芯棒內的導線被泥漿磨損和腐蝕，影響絕緣性，所以將皮囊用鋼絲緊扎在芯棒上。在電極系玻璃鋼外殼的圓柱形表面上加工有三個縱向的槽，三個縱向槽呈沿圓周均勻分布，沿長度方向還有五個環形的燕尾槽，四個窄的，一個寬的，窄的裝電極皮，寬的也裝電極皮，三個過線槽是將芯棒里面的導線用絕緣皮包裹，套上絕緣套接出來，放在過線槽里，再焊接到五個電極皮上，五塊用來做電極的金屬片，是將薄的不銹鋼板切成塊，再沿圓周緊箍在燕尾環槽里面，安裝的步驟操作起來非常困難，對燕尾槽的寬度、深度及電極皮的寬度等都有非常嚴格的要求，板料加工又不像機加工那樣，可以保證較高的尺寸精度，玻璃鋼是非金屬，加工的表面光潔度不高，測量尺寸誤差較大。要達到精確的配合很不容易。電極皮或燕尾槽的尺寸稍不合適，不是鑲不進去，這頭進去了那頭又翹起來了，就是太松了，在槽里鑲不緊，容易脫落。電極系裝好之后，還必須將固定柱上的導線從電極系的一端穿入芯棒，經由芯棒內孔，再從芯棒的另一端拉出來，裝入過線槽，最后焊接到電極皮上。芯棒是一個由不銹鋼材料加工成的長兩米多，最小內徑只有20 毫米的細長管子，管子是由機床冷加工形成的。由于這樣的裝配和加工過程，就產生了下面的問題：1、導線很長，在緊固兩端螺紋時線會隨著兩端的螺紋一起轉動，會絞線，極易將線扯斷。2、導線是在密封塞上焊接著的，密封塞固定在堵塊上，導線必須先在外邊焊好，再用接線柱送入芯棒。由于內孔是用機床切削加工形成的，難免會有一些刀痕或者棱角，雖然一般對內孔臺階的倒角都倒了圓弧，可還會經常發生導線的絕緣皮被掛破的事情，這是令操作者非常頭疼的事。有時也令操作者百思不得其解，線上都包有一層厚厚的絕緣皮，還有套管，可還是會短路，這是導線破皮絞在一起的緣故。這樣的結構拆起來也是同樣的困難。就給易損件的更換產生了很大的難度。3、皮囊是一種橡膠制品，很軟，很容易被尖銳物品扎洞，壽命也遠比不了金屬材料，只要有一個小洞整個電極系就會遭到破壞，皮囊式結構是影響電極系壽命的一個薄弱環節。4、由于電極系外部工作環境非常惡劣，玻璃鋼外殼不可避免會造成磨損，玻璃鋼的外表面一經磨損，燕尾槽就淺了或者磨平了，電極皮就會裸露或脫落，整個電極系還是會遭到破壞。

2.改進后的電極系結構與改進前結構的比較。首先是絞線的問題，改進后的電極系結構，導線都埋在玻璃鋼里面，只有六個導電塊和六個接觸片相接觸，完成了改進前結構的接線柱塞的功能。由于沒有了導線，第二個線破皮的問題也解決了，裝卸起來很容易，只要將外殼往芯棒上一套，再裝上連接片就完成了。接著分析第三個問題，改進后的結構用活塞式結構代替了皮囊式結構，根據井內溫度的變化活塞左右兩端的壓力會有所改變，導致活塞左右移動，進行壓力的調節，從而使活塞左右兩端壓力保持平衡。活塞是鋼結構，比原來的橡膠皮囊結構經久耐用。最后看一下第四個問題，改進后的結構用兩個半圓環狀的金屬瓦片代替原來的電極皮，和電極片焊接在一起，埋在玻璃鋼里面，完成后玻璃鋼外圓經過車削加工后，電極皮就露出來了，即使外面的環氧樹脂層都磨損了，電極皮也不會脫落，這樣的結構比起原來的結構，使用壽命有了很大的提高。

3.從以上分析看來，改進后的結構與改進前的結構相比，解決了原來結構存在的一些缺點和問題，具有明顯的優勢。在考慮結構的同時，要考慮工藝實現上的問題和生產成本，還要考慮由于結構上的變動帶來的其他裝配或功能上的問題。在改進后的結構中，接觸片的結構沒有以前焊線的結構導電可靠，有可能會出現接觸片接觸不上而通不上電的問題，為了解決這個問題，將導電塊的中間加工成一個凹槽，且導電塊和接觸片均鍍金，以增加導電性。在電極系外殼上鉆十幾個孔，便于必要時對電極系外殼進行清洗，電極系外殼與芯棒之間靠密封圈密閉，密封之外的部分，沿圓周還有0 .5mm 的間隙，拆卸起來特別容易。由于零件的大體形狀及尺寸都沒有變，只是需要密封的部位增多，需要密封部位的加工要求提高，加工難度有所加大，還多了幾個接電片，但整體來說，對材料和加工成本沒有大的影響。唯一的不足是玻璃鋼套的工藝復雜了，原來一次成型的玻璃鋼外殼，現在必須兩次成型。制作的過程是先將玻璃鋼作成一個空心圓筒，然后按要求車出臺階，銑槽，焊電極片，在槽內走線，最后再在電極片的外面裹一層環氧樹脂，作成玻璃鋼外殼，工藝比原來的復雜，但也是完全可以實現的。

結束語：

綜上所述，這是對電極系結構一次比較全面的改進，基本解決了原來結構中存在的問題，改進后的結構具有結構簡單，裝卸方便，性能可靠，使用壽命長等優點，是一次比較成功的結構改進。

參考文獻：

[1]張庚驥.電法測井[M].北京：石油工業出版社.2019.

[2]李大潛.有限元素在電法測井中的應用[M].北京，石油工業出版社，2019.