六臂井徑測井儀推靠器設計

王野梁

【摘 要】本文結合六臂井徑測井儀器的運用情況，針對性的設計了一種專用的新型推靠器。介紹了六臂井徑測井儀推靠器的結構、技術指標、工作原理，并進行了相關的分析和計算。以及推靠器實際運用的情況。希望對測井儀器的推靠器設計起到一點積極的作用。

【關鍵詞】六臂井徑測井儀；推靠器；專用；新型

中圖分類號： F279.26 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）23-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.008

【Abstract】Based on the application of the Hex-arm Caliper Logging Tool， a new type of special decentralizer is designed in this paper.The structure， technical specification and working principle of the Hex-arm Caliper Logging Tool are introduced and analyzed and calculated. As well as the actual application of the decentralizer. It is hoped that it will play a positive role in the design of the decentralizer of logging tools.

【Key words】Hex-arm Caliper；Decentralizer；Special；New pattern

0 引言

井徑測井是石油測井作業中重要且必須的測井項目之一。準確的井徑測量，是準確計算井眼容積的重要手段。井徑測量儀器與方位儀器進行組合測量，是確定地層應力的一種有效方法，對其它測井資料的成果解釋有著重要的輔助作用。井眼幾何尺寸的測量也是通過精確測量井眼某一深度的多條井徑值，結合深度和方位測量信息，利用幾何算法，得到井眼幾何尺寸圖，供油井解釋及施工應用。目前常規的井徑測井儀，多數為3臂井徑或4臂井徑測井儀，測量精度較低，線性度差，且大多測量的是平均井徑，不能確定井眼的橢圓度和橢圓方位，也無法得到其幾何形狀。六臂井徑測井儀，可以確定不同方向的井徑值，進而計算得到不規則的井眼幾何尺寸圖，準確計算井眼容積，同時可為對地層應力的研究提供一些更有價值的資料。因此，為該儀器設計一種專用的新型推靠器非常重要。

1 六臂井徑測井儀推靠器設計總體規劃

目前，推靠器在越來越多測井儀器中得到應用，并且直接影響測井效果。對于推靠器的設計要考慮諸多方面的因素，例如，可靠性、耐磨性、耐高溫、耐腐蝕，有時還考慮密封、連線等[1]。這些因素主要是來自于這些帶推靠器的測井儀器的本身的測井要求。

六臂井徑測井儀要求：

（1）該儀器在測井時既可“上測”又可“下測”；

（2）能測出6條井眼的實時半徑曲線；

（3）考慮含硫化氫井的使用情況。

筆者對儀器的使用條件和相關的電子工程師進行了溝通，對六臂井徑測井儀推靠器做出總體設計規劃。

（1）既然六臂井徑測井儀要求測井時既可“上測”又可“下測”，那么該儀器的推靠器的探頭部分需要特殊設計，而不能采用傳統的“極板”來實現。因為采用帶“極板”的推靠器的常規測井儀器，只能“上測”而不能“下測”；

（2）推靠器設計為“分動式”結構；

（3）使用非接觸測量式的磁阻傳感器來代替拉桿電位器，避免了導線的外漏，提高了儀器的可靠性；

（4）探頭部分的材料不能采用傳統的橡膠件材質。

2 六臂井徑測井儀推靠器結構和技術指標

（1）六臂井徑測井儀推靠器結構

六臂井徑測井儀器的推靠器設計為“分動式”結構。如圖1所示。分動功能要求每組運動機構能夠獨立的運動，保證各個運動機構根據井眼的變化而變化，使測量點貼到井壁[2]。

1—芯軸，2—引線接頭，3—高精度磁阻磁傳感器，4—鎖緊銷軸組件，5—轉軸，6—螺釘，7—螺釘，8—上壓簧，9—下壓簧，10—彈簧，11—彈簧套，12—固定套，13—推桿，14—連接頭，15—耐磨塊，16—圓柱銷，17—中心定位銷，18—定位螺釘，19—螺釘，20——中心彈簧板，21—32芯母頭，22—32芯承壓塊，23—下護帽接頭，24—擋圈，25—護套

六臂井徑測井儀器的6條推靠臂分別由6條上臂和6條下臂組成，它們分別按照60°圓周均布于芯軸的兩端。12個高精度磁阻傳感器布置于6條上臂和下臂的末端，通多鎖緊銷軸組件鉸接在芯軸上。12個彈簧分別置于彈簧套內，對12個推桿提供推力。分別控制6個耐磨塊緊貼于裸眼井的井壁上。這樣各臂對井壁都能產生足夠的壓力，從而實現井徑的測量。

六臂井徑測井儀的推靠器在下井前就是打開的，不必靠電機來驅動。而且，在芯軸和上、下臂之間都設置有保證推靠臂回彈的彈性元件，給6條推靠臂提供足夠的回彈力。

（2）技術指標

3 工作原理

推靠器采用單獨的六個臂設計，每個臂由上、下2個半臂組成，每個半臂采用彈簧驅動可獨立伸縮結構。每個半臂都可獨立伸縮，儀器既可上提測量又可下放測量。每個半臂底部用銷軸固定連接在儀器機體上，可以沿儀器機體徑向繞銷軸進行轉動，轉動環節根部裝有磁環，作為磁阻傳感器的測量對象。上、下2個半臂通過1個耐磨塊連接，形成固定的三角幾何關系。

六臂井徑測井儀的推靠器在下井前就是打開的。在儀器進行“上測”或者“下測”的過程中時，儀器的耐磨塊實時緊貼著裸眼井井壁滑動。耐磨塊與井壁緊密接觸并且隨著井眼直徑的大小使2個半臂發生壓縮或者拉伸，磁阻傳感器可以精確測量出伸縮臂的角度，從而可以算出將井眼呈60°劃分的6個臂所測半徑，從而最終得到3條直徑。在地面系統進行數據處理后（配合方位儀器的數據），最終實現對井眼輪廓的擬合成像。

4 相關分析與計算

六臂井徑測井儀推靠器的結構簡圖如圖2所示。

圖中：L為同一條推靠臂上、下臂末端磁體的連線長度

X為上臂在水平方向上的投影

R為磁體至耐磨塊幾何中心的連線長度

θ為上臂夾角

β為下臂夾角

根據三角函數關系公式，可得

將X帶入Ж式，可得

由于R距耐磨塊的邊緣存在確定的距離1，磁體距離芯軸的中心軸線存在確定的距離2。距離1+距離2的值為常量44mm。L的具體數值為常量1120mm。將這兩個常量帶入К式，可得

Ψ式即為最后的井眼半徑尺寸的計算式。在測井過程中，6個θ角、和6個β角在實時的不斷發生變化。測井地面系統通過將傳回的數據進行計算處理，就可以得到實時的3條井眼直徑值。當然，根據甲方的需求，也可以提供6條井眼半徑尺寸值。

5 現場應用情況

六臂井徑測井儀推靠器最后的總裝如圖3所示。

帶有專用推靠器的六臂井徑測井儀器科研樣機在南海西部某井現場作業時（配合方位儀器），實際測得的曲線值和擬合的井眼尺寸輪廓圖如圖4所示。

從圖4可以清晰的看到3條不同顏色的井眼直徑曲線。以及最終成像的井眼輪廓尺寸圖。曲線清晰，井眼輪廓尺寸直觀。取得的資料得到了一線作業人員和甲方的贊許。同時為后續固井時的水泥用量估算提供了有力的支持。同時，也用實踐證明了六臂井徑測井儀推靠器的設計是合理且成功的。

6 結束語

井徑測量雖然是一項常規測井項目，在用的儀器也種類繁多。但是為了更加精確的得到裸眼井的井眼尺寸值而研發的新型推靠器，將儀器從測量原理上得到了改變。該儀器的推靠器的成功運用，克服了其他儀器不防、測量精度低、線性差、維修頻度高等問題。使得六臂井徑測井儀器并得到廣泛應用，同時又取得較好的經濟效益和社會評價。

【參考文獻】

[1]鮑忠利，于會媛，侯洪為.石油礦場機械.2010年第39卷.

[2]穆德全.石油儀器.2008年第22卷第1期.