SJC-10C水泥膠結(jié)綜合測井儀的設(shè)計(jì)

童然（中船重工第七一五研究所 浙江 杭州 310012）

外徑ф51mm的水泥膠結(jié)綜合測井儀是主要是用來測量小井眼的固井質(zhì)量的儀器，由于其特殊的外徑尺寸和適用功能，屬于非常規(guī)儀器。原先該尺寸的儀器為SJC-5C，主要用來測5”以下套管，以4”和4-1/2”的套管為主。而現(xiàn)在部分套管是上小下大，即井口尺寸小，測量段尺寸大，尤其是在5”以上套管，原儀器的VDL無法檢測的到地層波，不能滿足工作需要。客戶普遍反映需要能量更大的儀器，用來測量5”或者5-1/2”套管的水泥膠結(jié)質(zhì)量。為了滿足市場需求，需要設(shè)計(jì)一款能測5-1/2”及以下套管的水泥膠結(jié)測井儀（5-1/2”為油田套管常見尺寸）。SJC-10C就是為此設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。

一、SJC-10C水泥膠結(jié)綜合測井儀的設(shè)計(jì)原理

SJC-10C水泥膠結(jié)綜合測井儀是一型的單芯儀器，其組成部分自上而下分別是CCL、GR、CBL/VDL。如下圖1所示。

套管接箍定位器CCL由繞在軟鐵鐵芯上的繞組線圈和兩組永久磁鋼組成,當(dāng)其通過套管接箍時(shí)，在線圈兩端產(chǎn)生的信號(hào),傳送至地面系統(tǒng)，通過一定處理并記錄下來，配合CBL測井，提供相關(guān)的準(zhǔn)確深度。

GR探測器的作用是將伽馬射線轉(zhuǎn)換為電脈沖，單位時(shí)間輸出的脈沖數(shù)應(yīng)與入射伽馬射線的強(qiáng)度成正比。主要作用是提供相關(guān)的準(zhǔn)確深度。

聲波水泥膠結(jié)測井CBL/VDL的聲系是單發(fā)雙收聲系，源距分別為3英尺和5英尺。地面系統(tǒng)同時(shí)獨(dú)立記錄傳輸時(shí)間TT（3′源距）、套管信號(hào)幅度和全波列波形即變密度記錄VDL（5′源距），用于檢查固井質(zhì)量和找漏找竄。

圖1 SJC-10C水泥膠結(jié)綜合測井儀示意圖

電源給CCL供電，同時(shí)將電壓供給聲波電路，經(jīng)過聲波電路的電壓再經(jīng)過三芯接插件給GR電路提供工作電壓，GR信號(hào)再通過三芯接插件送回到聲波電路中，再由聲波電路反復(fù)合后，經(jīng)電纜驅(qū)動(dòng)電路，和聲波信號(hào)儀器送到地面系統(tǒng)中。

二、改進(jìn)設(shè)計(jì)措施

1.結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)設(shè)計(jì)

（1）SJC-10C為了將儀器縮短，將CCL和GR的骨架連成了一體，并將GR中使用的一個(gè)電源模塊放置在兩支儀器連接的部分，節(jié)省了放置模塊的空間，使現(xiàn)儀器比原儀器縮短100mm。

（2）電路骨架改變以前焊接的方式，采用整體切割加工的方式，使骨架各部分成為一個(gè)整體，既保證了儀器骨架的強(qiáng)度，又增強(qiáng)了骨架的觀賞性，使其更加美觀。

（3）聲系與電路的之間采用螺紋環(huán)結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)有定位槽。螺紋環(huán)結(jié)構(gòu)，使用勾頭扳手拆裝儀器，取代了原先用手?jǐn)Q的普通螺紋結(jié)構(gòu)，使拆裝儀器更加方便和安全。

2.電路上的改進(jìn)設(shè)計(jì)

（1）由于原先SJC-5C水泥膠結(jié)綜合測井儀的工作能量比較小，SJC-10C采用全電極發(fā)射換能器及相應(yīng)電路，增加儀器的發(fā)射能量。

為了匹配全電極發(fā)射換能器，必需設(shè)計(jì)一款全新的發(fā)射升壓脈沖變壓器，使換能器發(fā)揮出其應(yīng)有的效果。由于高溫性能和儀器外徑的限制，我們采用了兩個(gè)硅鋼環(huán)一起打包的辦法，增加線圈的導(dǎo)磁率，相應(yīng)的可以減少線圈扎數(shù)，同時(shí)，又能保證線圈的高溫穩(wěn)定性。

由于升壓脈沖變壓器次級(jí)線圈必需要跟發(fā)射換能器匹配，適應(yīng)其諧振頻率，而由于線圈扎數(shù)的限制，升壓脈沖變壓器的初級(jí)扎數(shù)就極其有限，容易造成發(fā)射放電時(shí)的大電流，影響儀器工作。

由線圈振蕩的諧振頻率公式f=1/(2π*(L*C) )可得，當(dāng)電容值降低時(shí)，電感量上升。我們將兩個(gè)發(fā)射換能器進(jìn)行串連，降低換能器的靜態(tài)電容，從而提高發(fā)射脈沖變壓器次級(jí)線圈的電感量，進(jìn)而提高初級(jí)線圈扎數(shù)，減少放電電流對(duì)儀器的影響。

放射電路具體如圖2。HV高壓將能量存于C3、C4中，當(dāng)PULSE觸發(fā)信號(hào)來時(shí)，V1導(dǎo)通，將C3、C4中的能量經(jīng)T對(duì)地放電，同時(shí)T的次級(jí)感應(yīng)出放電電壓，激勵(lì)B1、B2工作。

圖2

（2）電源部分改為電源模塊供電方式，放棄SJC-5C上使用的逆變電路的供電方式。電源模塊的工作方式，大大提高了儀器的調(diào)試生產(chǎn)效率和使用維修效率，并使儀器具有更高的一致性，不需要經(jīng)常調(diào)整電路參數(shù)，來調(diào)整電壓。

（3）接收和驅(qū)動(dòng)部分，基本采用FJCY-1八扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的電路，做到電路的一致性和繼承性，方便電路調(diào)試和生產(chǎn)。

三、儀器使用效果

經(jīng)過大港油田、克拉瑪依油田、大慶油田的使用和實(shí)井檢測，SJC-10C水泥膠結(jié)綜合測井儀能很好的測量5-1/2”套管的水泥膠結(jié)質(zhì)量，能明顯測出地層波信息，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，并得到油田工作人員的肯定。

總結(jié)

SJC-10C水泥膠結(jié)綜合測井儀很好地解決了SJC-5C水泥膠結(jié)綜合測井儀無法很好測量5-1/2”套管的問題，實(shí)現(xiàn)了非常規(guī)的小井眼儀器測量常規(guī)套管的目的。在水平井流行的各大油田，SJC-10C發(fā)揮了其重要的作用，不但能解決小井眼的測井問題，還能兼顧常規(guī)5”和5-1/2”井眼的測井，使儀器利用率增高，同時(shí)，小隊(duì)上井作業(yè)的效率也可大大提高。

[1]章成廣等.聲波測井原理及應(yīng)用(第1版).石油工業(yè)出版社.2009.