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(fā)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(fā)生的問題， 多次現(xiàn)場應用證明該裝置具有使用便捷，成功率高，性能穩(wěn)定等特點。

1 現(xiàn)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(xiàn)場施工中發(fā)現(xiàn)，該釋放器在開發(fā)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(xiàn)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(fā)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(jié)、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(jié)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(jié)；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(wěn)，電流只有80 mA，電流表指針不發(fā)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(jīng)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(wěn)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(wěn)定。

從實驗中可以看出，當給電機彈開式釋放器供適當?shù)呢撾姡姍C就會正常轉動，而且電流發(fā)生變化，我們可以根據(jù)電流的變化判斷釋放器內同位素是否釋放。

3.2 現(xiàn)場應用

現(xiàn)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(shù)、釋放成功率等數(shù)據(jù)，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(jīng)過多次現(xiàn)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(wěn)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(xiàn)，一是新的電機總成實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)生放射性職業(yè)病的風險。

經(jīng)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。