高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系的製作方法

2023-12-11 15:15:52 1

專利名稱：高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系的製作方法
技術領域：
涉及領域本實用新型涉及的是一種用於多參數超聲工程測井儀的高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系。
背景技術：
多參數超聲工程測井儀是可同時檢測套管的內徑大小，檢查套管變形、腐蝕、破裂、射孔等情況以及觀察套管接箍、評價水泥膠結質量的儀器。其測井原理是將背向封裝在一起的高、低頻兩個換能器，安裝在井下儀的旋轉頭中，直接與井液接觸，以5圈/秒的速率旋轉，掃描井壁。利用高頻換能器向井壁發射超聲脈衝並接收從井壁反射回來的回波信號，回波的大小及回波到達時間與井壁(套管)的聲阻抗及幾何形狀有關，在井液的聲衰減知道的情況下(可測出)，回波幅度和回波時間就是套管腐蝕、變形等的函數。利用幅度、時間成像，就可反映套管的腐蝕和變形等。利用低頻換能器發射超聲脈衝，並接收從井壁返回的攜帶有水泥膠結信息的回波全能列信號，通過從時域、頻域分析回波信號，評價水泥的膠結狀況。採用參考換能器檢測井液聲速。
經檢索，與本發明相關的文獻有專利[1]申請號為90105485.2，發明名稱變源距聲波測井方法及換能器，專利[2]申請號為95109596.X，發明名稱補償法高分辨聲波測井方法及聲系，專利[3]申請號為96215439.3，發明名稱斜入射式超聲脈衝反射法測井儀，專利[4]申請號為96225539.4，發明名稱超聲換能器，這些發明中的聲系和換能器的結構、方法與本發明不同。從檢索情況看，還未發現與本發明類似或相同的文獻。
技術內容本實用新型的目的在於為多參數超聲工程測井儀提供一可保證儀器在高溫高壓狀態下，電機旋轉正常，動密封不滲漏，換能器幅頻特性穩定，電機、換能器引線與聲系外殼電絕緣大於200MΩ的高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系。
本實用新型採用如下技術方案包括接插件1、參考換能器2，活塞式壓力平衡機構3、磁滯同步電動機4、密封盤5、四芯雙向承壓插件6、高頻換能器7、低頻換能器8、探頭和膠囊式壓力平衡機構9，高頻換能器7和低頻換能器8封裝在探頭和膠囊式壓力平衡機構9中，該裝置的端部設有接插件1，在接插件1與活塞式壓力平衡機構3之間有參考換能器2，在該裝置的中部依次設有磁滯同步電動機4、密封盤5、四芯雙向承壓插件6。
本實用新型還採用如下技術方案活塞式壓力平衡機構3由缸筒10，中心杆11，限位小孔12，活塞13，彈簧14組成，活塞13在中心杆11與缸筒10內滑動，活塞13在與泥漿接觸的一端裝有彈簧14，在缸筒10上開有限位小孔12。
活塞13內孔與外園均裝有「O」型密封圈和擋泥板環。
探頭和膠囊式壓力平衡機構9由膠囊15，膠囊護套16，探頭體17組成，四芯雙向承壓插件6，由傳動軸18，探頭體19，四芯插座20，四芯插頭21組成。
密封盤5由傳動軸22，動盤23，靜盤24，堵頭25組成。
本實用新型的優點在於1.超聲換能器在大溫差大壓差的環境下，性能穩定。
2.既滿足密封要求，又要保證傳動的靈活性的動密封結構。
3.四芯雙向承壓插件既要滿足兩種壓力平衡裝置的隔離作用，又要具有良好的電氣連接性能。
4.傳動部分採用磁滯同步電機以及星型減速器保證探頭平穩地以5圈/秒的速度旋轉。
5.高溫高壓寬帶換能器和高溫高壓聚焦換能器。
6.利用三個超聲換能器保證了高靈敏度和高解析度的檢測目的。
7.採用雙向承壓插件和兩個相對獨立的壓力平衡裝置，使儀器的適應性和操作的方便性大為提高。
8.採用金屬盤平面密封結構，有效地解決了密封和傳動的矛盾。
本聲系內安裝有3個不同用途的換能器、傳動電機以及壓力平衡裝置，可以在井下溫度155℃、壓力80Mpa的高溫高壓條件下正常工作。


附圖1是本實用新型的結構圖；附圖2是活塞式壓力平衡機構圖；附圖3是探頭和膠囊式壓力平衡機構圖；附圖4是軸端四芯接插件圖；附圖5是動密封結構圖。
具體實施如圖1所示，1為31芯接插件，2為參考換能器，3為活塞式壓力平衡機構，4為磁滯同步電動機，5為密封盤，6為四芯雙向承壓插件，7為高頻換能器，8為低頻換能器，9為探頭和膠囊式壓力平衡機構。
高頻換能器7和低頻換能器8封裝在探頭中。高頻換能器7採用聚焦換能器，因其高靈敏度，用於檢測套管腐蝕；低頻換能器8採用薄圓片平面換能器，利用其高解析度的特性檢測固井質量。參考換能器2安裝在上接頭中，上接頭中有一個弧型缺口，使參考換能器2可以直接浸在泥漿中。參考換能器2發射的聲波信號通過泥漿傳到弧型缺口的另一端面上發生反射，反射波經泥漿原路返回到參考換能器。記錄從發射到接收的時同，就可以算出泥漿的聲速。
附圖2是活塞式壓力平衡機構圖。10為缸筒，11為中心杆，12為限位小孔，13為活塞，14為彈簧。
金屬活塞13在中心杆11與缸筒10內滑動，活塞13內孔與外園均裝有「O」型密封圈和擋泥板環。活塞13一側與泥漿接觸，另一側與液壓油接觸。在與泥漿接觸的一端裝有彈簧14，在缸筒10上開有限位小孔12。當油泵入密封腔後，推動活塞13移動，活塞13壓縮彈簧14，彈簧14給油液預加壓力；當活塞13外園上的「O」型密封圈移到限油小孔12外側時，密封油腔與外界連通，多餘的油從限位小孔12中冒出，停止泵油，彈簧14的彈力推動活塞13回移，活塞13上的「O」型密封圈封閉限位小孔12，油腔密封，與外界隔絕。當井液壓力大於密封油腔內壓力，井液推動活塞13移動，始終使密封油腔內壓力與井液壓力相平衡。
傳動電動機採用磁滯同步電機4，磁滯同步電機4的轉速只受電流頻率影響，不受供應電電壓的影響，在井場供電電壓不穩的情況下及旋轉探頭負載發生波動時，仍能保持探頭旋轉的恆定轉速。減速裝置採用少齒差行星減速，總減速比為10∶1。該行星減速的原理是行星齒輪裝在有偏心距的輸入軸上，當輸入軸旋轉時，行星輪不僅繞自身的軸線旋轉，而且繞內齒輪的軸線作公轉，形成行星運動。這是一種平移和迴轉的複合運動。通過十字滑塊式聯接盤，將行星輪的迴轉運動傳遞給減速器的輸出軸，從而起到減速作用。少齒差內嚙合齒輪傳動的設計須避免輪齒幹涉問題，採取短齒和正變位齒輪可以有效地解決這一問題。
附圖3是探頭和膠囊式壓力平衡機構圖。15為膠囊，16為膠囊護套，17為探頭體。
採用橡膠膠囊15將探頭體內的油液與外界隔開，在井下高壓液體作用下，橡膠膠囊15發生形變，將外界液體高壓傳遞給探頭體17內的油液，可使探頭體內的高頻換能器7和低頻換能器8內外壓力平衡，保證高頻換能器7和固井換能器不會被井液高壓壓壞。高、低頻換能器7、8背向封裝。探頭的接插件1採用一幅四芯雙向承壓插件6，將傳動短節與探頭分開，使傳動短節與探頭的壓力平衡機構自成獨立系統，需要更換探頭時，將探頭卸下，探頭內的油液被四芯雙向承壓插件6封住，油液不會洩漏。同時傳動短節內的油液也被四芯雙向承壓插件6封住，不會洩漏。四芯雙向承壓插件6具有互換性，更換任何探頭，都可使四芯接插件6順利對接，使高頻換能器7與低頻換能器8導線與傳動短節導線聯通。
附圖4是軸端四芯接插件圖。18為傳動軸，19為探頭體，20為四芯插座，21為四芯插頭。
附圖5是動密封結構圖。22為傳動軸，23為動盤，24為靜盤，25為堵頭。
旋轉軸的密封採用金屬盤端面密封，金屬密封的動摩擦係數較小，約為0.07，功率損耗小；其次，金屬密封不因井液的溫度壓力變化而變形，可以保證傳動部分的正常工作；第三，金屬密封具有密封可靠、使用壽命長的優點。金屬密封面的加工精度要求很高。
權利要求1.高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系，包括接插件(1)、參考換能器(2)，活塞式壓力平衡機構(3)、磁滯同步電動機(4)、密封盤(5)、四芯雙向承壓插件(6)、高頻換能器(7)、低頻換能器(8)、探頭和膠囊式壓力平衡機構(9)，其特徵在於高頻換能器(7)和低頻換能器(8)封裝在探頭和膠囊式壓力平衡機構(9)中，該裝置的端部設有接插件(1)，在接插件(1)與活塞式壓力平衡機構(3)之間有參考換能器(2)，在該裝置的中部依次設有磁滯同步電動機(4)、密封盤(5)、四芯雙向承壓插件(6)。
2.根據權利要求1所述的高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系，其特徵在於活塞式壓力平衡機構(3)由缸筒(10)，中心杆(11)，限位小孔(12)，活塞(13)，彈簧(14)組成，活塞(13)在中心杆(11)與缸筒(10)內滑動，活塞(13)在與泥漿接觸的一端裝有彈簧(14)，在缸筒(10)上開有限位小孔(12)。
3.根據權利要求2所述的高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系，其特徵在於活塞(13)內孔與外園均裝有「O」型密封圈和擋泥板環。
4.根據權利要求1所述的高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系，其特徵在於探頭和膠囊式壓力平衡機構(9)由膠囊(15)，膠囊護套(16)，探頭體(17)組成。
5.根據權利要求1所述的高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系，其特徵在於四芯雙向承壓插件(6)由傳動軸(18)，探頭體(19)，四芯插座(20)，四芯插頭(21)組成。
6.根據權利要求1所述的高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系，其特徵在於密封盤(5)由傳動軸(22)，動盤(23)，靜盤(24)，堵頭(25)組成。
專利摘要一種用於多參數超聲工程測井儀的高溫高壓多參數超聲工程測井儀聲系，包括活塞式壓力平衡機構3、四芯雙向承壓插件6、高頻換能器7、低頻換能器8、探頭和膠囊式壓力平衡機構9等，高頻換能器7和低頻換能器8封裝在探頭和膠囊式壓力平衡機構9中，該裝置的端部設有接插件1，在該裝置的中部依次設有磁滯同步電動機4、密封盤5、四芯雙向承壓插件6，可保證儀器在高溫高壓狀態下，電機旋轉正常，動密封不滲漏，換能器幅頻特性穩定，電機、換能器引線與聲系外殼電絕緣大於200MΩ。
文檔編號G01N29/04GK2613758SQ03240330
公開日2004年4月28日 申請日期2003年3月11日 優先權日2003年3月11日
發明者強毓明, 應兆閔, 雷芙蓉, 李長文 申請人:中國石油天然氣集團公司