CN108318927B - 电阻率扫描成像极板一体化发射和接收电极系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电阻率扫描成像极板一体化发射和接收电极系。所述电阻率扫描成像仪器极板包括极板主基体（13），该电极系包括：两个一体化发射电极（11）和一体化接收电极（12），所述一体化发射电极和一体化接收电极被固定连接到所述极板主基体上。

Description

电阻率扫描成像极板一体化发射和接收电极系

技术领域

本发明涉及石油勘探领域，并且尤其涉及一种在石油测井油基泥浆电阻率扫描成像极板上使用的一体化发射和接收电极系。

背景技术

电阻率扫描成像测井能够比较准确、直观地反映井中的地质构造、孔隙度以及裂缝分布等重要信息，因此，电阻率扫描成像测井技术被越来越广泛地应用于石油勘探开发中。

电阻率扫描成像仪器测量的原理是通过发射电极向地层发射电信号，在电流通路上设置接收电极采集固定间距的电压和电流信号，计算出不同井深位置的浸入带电阻率，然后通过计算机程序处理，将电阻率值转为不同色阶的图像从终端显示器上显示出来，从而获得可视化的高质量的井壁地质图像。

作为终端探测用的发射电极和接收电极可以整体设置在管筒状仪器本体上，如常规的普通电阻率测井和测向测井中所采用的那样；也可以在井筒圆周方向上放置多个配对的发射电极和接收电极，采集之后的信号通过软件算法扩展到整个井筒壁面，如水基泥浆和油基泥浆微电阻率扫描成像仪器。后者通常将发射电极、接收电极和相应终端处理电路板封装成探测极板，每个仪器主体上安装有两组以上的极板，每组包括几块极板。由于处理电路板更靠近测量对象、极板探测结构更容易采集到真实有效的原始数据。

水基泥浆微电阻率扫描成像仪器由于是电流单发射并且回流终端在仪器本体上，因此仪器受接收电极与基体之间的绝缘度影响较小；而油基泥浆微电阻率扫描成像仪器电流发射和回流在同一块极板的两个发射电极上，此类仪器极板要求发射电极和接收电极和仪器或者极板本身之间要有足够的绝缘度。

在过去，为了采集高质量的微电阻率扫描成像数据资料，只能选择使用水基泥浆。随着钻井技术的发展，越来越多地开始使用油基泥浆。油基泥浆具有抗高温、抗盐钙侵蚀的优点，并且有利于井壁稳定、润滑性更好，并且对于油气层损害更小。在本发明中，电阻率扫描成像极板及其一体化发射和接收电极系更合适地针对油基泥浆被使用，以便采集更高质量的微电阻率扫描成像数据资料。

发明内容

本发明的目的是为电阻率扫描成像极板提供一种高温高压下（温度高于150℃，压力大于100MPa）使用的由一体化发射电极和一体化接收电极组成的电极系。

为满足上述要求，本发明提供一种用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，所述电阻率扫描成像仪器极板包括极板主基体，该电极系可以包括：两个一体化发射电极和一体化接收电极，所述一体化发射电极和一体化接收电极被固定连接到所述极板主基体上。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述一体化发射电极可以包括沿所述极板主基体的长度方向布置的两个一体化发射电极，所述一体化接收电极位于所述两个一体化发射电极之间的中心位置。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述一体化发射电极可以由铍铜、PEEK绝缘材料和不锈钢三种材料整体注塑成型，其中，最里层是焊接在一起的发射铍铜板和发射铍铜芯，中间层是PEEK绝缘层，最外层是不锈钢支撑件。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述发射铍铜板和PEEK绝缘层可以具有板状结构。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述PEEK绝缘层可以具有从其板状结构向下突出的柱塞，所述发射铍铜芯、所述柱塞和所述不锈钢支撑件形成为柱塞形状。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述PEEK绝缘层的柱塞可以形成有密封件密封槽，以供诸如O形圈的密封件安置在其上。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述一体化接收电极可以由铍铜、PEEK绝缘材料和金属合金整体地注塑成型，其中，最里层是接收铍铜芯，中间层是PEEK绝缘层，最外层是金属合金基座。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述接收铍铜芯可以包括十个接收铍铜芯，所述十个接收铍铜芯以形成为两排、每排五个的方式在空间上均匀排列。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述一体化发射电极可以通过固定销被固定连接到所述极板主基体上。

在本发明的一体化发射和接收电极系的优选实施例中，所述一体化接收电极可以通过具有密封件的密封螺钉被固定连接到所述极板主基体上。

本发明的技术内容及其适用领域将从具体实施方式、权利要求书以及图式变得显而易见。具体实施方式和具体实例仅意欲用于说明目的而非意欲限制本发明的范围。

附图说明

从具体实施方式的下述阐述并且结合附图将能够更完整地理解本发明的内容，其中：

图1 是电阻率扫描成像仪器极板的俯视图；

图2 是电阻率扫描成像仪器极板主中心剖面视图；

图3是一体化发射电极的三维轴测图；

图4是一体化发射电极的俯视图；

图5是一体化发射电极的主中心剖面图；

图6 是一体化接收电极的三维轴测图；

图7是一体化接收电极的仰视图；

图8是一体化接收电极的剖面图。

具体实施方式

在石油勘探领域，电阻率扫描成像仪器用于地层电阻率成像，从而实现油基泥浆中地层电阻率成像的目的。在电阻率扫描成像仪器上设置有便携式电阻率扫描成像仪器极板，以用于定位在井壁上在所需测量的高度处进行测量。电阻率扫描成像仪器极板包括一体化发射和接收电极系，以用于终端探测。

通常来说，极板在工作时处于高温高压的工况，亦即，井眼中所需测量的高度或深度处具有高温和高压，在本领域中，高于150℃的温度可被认为是高温，大于100MPa的压力可被认为是高压，并且在本领域中选择大约175℃的温度和大约140MPa的压力作为承压部件（例如，极板）的破坏试验参数。也就是说，如果便携式电阻率扫描成像仪器极板能够在大约150℃-175℃的温度和大约100MPa-140MPa的压力下能够正常地工作，可以认为便携式电阻率扫描成像仪器极板能够耐受高温高压，能够在绝大多数井况下被使用。

图1至图8描述的是应用在电阻率扫描成像器极板的一体化发射和接收电极系的具体实施例。

图1 是电阻率扫描成像仪器极板的俯视图。便携式电阻率扫描成像仪器极板包括极板主基体13，所述极板主基体由机械强度高的耐高温高压且耐腐蚀的金属材料制成，优选地由钛合金材料制成，该金属材料能够耐受在井底环境中的高温和高压（例如大于150℃的温度和大于100MPa的压力），从而有助于电阻率扫描成像仪器极板的高强度、耐温耐压性能。电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系由两个一体化发射电极11和一个一体化接收电极12构成，其中，一体化接收电极12位于两个一体化发射电极11的几何中心位置上。本领域技术人员容易理解，其他数量的一体化接收电极和一体化发射电极也是可行的。

图2是电阻率扫描成像仪器极板的主中心剖面示意图，其中，一体化发射电极11和一体化接收电极12均位于极板主基体13的同一侧面上，并且在测量时该侧面面向井壁。一体化发射电极11通过两个固定销14固定在极板主基体13上，一体化接收电极12通过密封螺钉15固定在极板主基体13上。

图3是一体化发射电极11的三维轴测图。该一体化发射电极11由板状结构21和柱塞状结构22构成。

图4是一体化发射电极11的俯视图。从图4可以看出，板状结构21由发射铍铜板23和PEEK绝缘层24构成。铍铜是铜合金中性能最好的高级有弹性材料，有很高的强度、弹性、硬度、疲劳强度、弹性滞后小、耐蚀、耐磨、耐寒、高导电、无磁性、冲击不产生火花等一系列优良的物理、化学和力学性能。在本发明中，采用发射铍铜板是利用铍铜的电阻率低、电性能好的优点，因此采用该材料对于所采集的信号影响较小。PEEK也称为聚醚醚酮，是polyetheretherketone的简称，是半结晶性、热塑性塑料。PEEK耐高温（可耐约260℃的温度）、机械性能优异、自润滑性好、耐化学品腐蚀、阻燃、耐剥离性、耐磨性、抗辐射，并且由于其超强的机械性能而可用于高端的机械领域。在本发明中，选择PEEK作为电绝缘材料以耐受工作环境中的高温和高压，并且仍展现良好的机械性能。

图5是一体化发射电极11的主中心剖面图。所述一体化发射电极11由铍铜、PEEK绝缘材料和不锈钢三种材料整体注塑成型，其中，最里层是焊接在一起的发射铍铜板23和发射铍铜芯25，中间层是PEEK绝缘层24，最外层是不锈钢支撑件26。从图5可以看出，柱塞状结构22由发射铍铜芯25、PEEK绝缘层24的柱塞（从PEEK绝缘层24的下表面向下突出）和不锈钢支撑件26构成。发射铍铜板23和发射铍铜芯25被焊接到一起，以形成一体化发射电极11与极板内部的电路通道。PEEK绝缘层24整体地包围着该电路通道，该电路通道的外形包括板状和柱塞状。不锈钢支撑件26包围PEEK绝缘层24的柱塞的下部，起到支撑作用。PEEK绝缘层24在板状结构两端加工有孔27，以供诸如固定销14的紧固件穿过以实现固定，从而将一体化发射电极11固定连接到所述极板主基体13上。在柱塞状结构22中部加工有密封件密封槽28，以供诸如O形圈的密封件安置在其上。

图6是一体化接收电极12的三维轴测图。所述一体化接收电极12由铍铜、PEEK绝缘材料和金属合金整体地注塑成型，其中，最里层是接收铍铜芯32，中间层是PEEK绝缘层31，最外层是金属合金基座33。从图6可以看出，一体化接收电极12由接收铍铜芯32、PEEK绝缘层31以及金属合金基座33构成，所述接收铍铜芯32包括一共两排、每排五个、在空间上均匀排列的共十个接收铍铜芯32。本领域技术人员容易理解，其他数量的组以及每组所包括的其他接收铍铜芯数量也是可行的。

图7是一体化接收电极12的仰视图。从图7可以看出，金属合金基座33的底部加工有一系列布线槽34，用于线路布线。金属合金基座33用于通过诸如螺钉15的紧固件被附接到极板主基体13上。

图8是沿图7中的虚线剖切的一体化接收电极12的剖面图。从图8上可以看出，在接收铍铜芯32在其外轮廓上具有迷宫式结构，十个接收铍铜芯32在它们之间并且在各个接收铍铜芯32与金属基座33之间均填充PEEK绝缘层31，该PEEK绝缘层31在所述接收铍铜芯32处具有与所述迷宫式结构互补的结构从而实现了良好的密封。PEEK绝缘层31总体外形为圆柱形，上部为圆弧形状36，该圆柱在靠近该上部的外圆周侧加工有密封件密封槽35，以供诸如O形圈的密封件安置在其上。一体化接收电极12的外径例如大于40mm，总体而言，所述一体化接收电极12是大直径的PEEK高温高压注塑件。

上述具体实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员应当理解：依然能够对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，所附属的权利要求意在涵盖落入本发明的精神和范围内的所有这些修改或者等同替换。

Claims (9)

1.一种用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，所述电阻率扫描成像仪器极板包括极板主基体（13），该电极系包括：两个一体化发射电极（11）和一体化接收电极（12），所述一体化发射电极和一体化接收电极被固定连接到所述极板主基体上，所述一体化发射电极（11）由铍铜、PEEK绝缘材料和不锈钢三种材料整体注塑成型，其中，最里层是焊接在一起的发射铍铜板（23）和发射铍铜芯（25），中间层是PEEK绝缘层（24），最外层是不锈钢支撑件（26）。

2.如权利要求1所述的用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，其特征在于，所述两个一体化发射电极沿所述极板主基体的长度方向布置，所述一体化接收电极（12）位于所述两个一体化发射电极之间的中心位置。

3.如权利要求1所述的用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，其特征在于，所述发射铍铜板（23）和PEEK绝缘层（24）具有板状结构。

4.如权利要求3所述的用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，其特征在于，所述PEEK绝缘层（24）具有从其板状结构向下突出的柱塞，所述发射铍铜芯（25）、所述柱塞和所述不锈钢支撑件形成为柱塞形状。

5.如权利要求4所述的用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，其特征在于，所述PEEK绝缘层（24）的柱塞形成有密封件密封槽（28），以供密封件安置在其上。

6.如权利要求1或2所述的用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，其特征在于，所述一体化接收电极（12）由铍铜、PEEK绝缘材料和金属合金整体地注塑成型，其中，最里层是接收铍铜芯（32），中间层是PEEK绝缘层（24），最外层是金属合金基座（33）。

7.如权利要求6所述的用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，其特征在于，所述接收铍铜芯（32）包括十个接收铍铜芯（32），所述十个接收铍铜芯（32）以形成为两排、每排五个的方式在空间上均匀排列。

8.如权利要求1或2所述的用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，其特征在于，所述一体化发射电极（11）通过固定销（14）被固定连接到所述极板主基体上。

9.如权利要求1或2所述的用于电阻率扫描成像仪器极板的一体化发射和接收电极系，其特征在于，所述一体化接收电极（12）通过具有密封件的密封螺钉（15）被固定连接到所述极板主基体上。

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