CN111063991A - 一种mrsn天线及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种MRSN天线及其制作工艺，该天线包括：天线外壳、天线内壳、内部天线、天线接头和外部天线，其中，所述天线外壳包裹在天线内壳上，其包括：内结构层、外结构层以及位于内结构层和外结构层间的防渗层，所述防渗层为富树脂防渗层；所述天线内壳外表面开设有连接孔、内部充硅油，所述小孔用于连接所述内部天线和外部天线；所述天线接头粘接在天线内壳两端；所述内部天线可拆卸连接在天线内壳内表面；所述外部天线可拆卸连接在天线内壳外表面，与内部天线通过连接孔连接。本发明提供的MRSN天线及其制作工艺,解决现有测井仪探头中的天线容易发生壳体破坏和渗漏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及测井仪探头技术领域，具体而言，涉及一种MRSN天线及其制作工艺。
背景技术
目前，随着石油测井行业的发展，对要做石油测井设备的要求越来越高，由于井下含有油、水、气、盐和水泥浆等复杂介质，导致井下具备高温、高压环境，这就要求测井仪探头的天线外壳在井下高温高压条件下的力学性能、密封防渗性能、绝缘性能和耐环境性能优良，现有的测井仪探头在这种环境下，测井仪探头中的天线外壳容易发生壳体破坏和渗漏的问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种MRSN天线及其制作工艺，旨在解决现有测井仪探头中的天线容易发生壳体破坏和渗漏的问题。
一个方面，本发明提出了一种MRSN天线，包括：天线外壳、天线内壳、内部天线、天线接头和外部天线，其中，所述天线外壳包裹在天线内壳上，其包括：内结构层、外结构层以及位于内结构层和外结构层间的防渗层，所述防渗层为富树脂防渗层；所述天线内壳外表面开设有连接孔、内部充硅油，所述小孔用于连接所述内部天线和外部天线；所述天线接头粘接在天线内壳两端；所述内部天线可拆卸连接在天线内壳内表面；所述外部天线可拆卸连接在天线内壳外表面，与内部天线通过连接孔连接。
进一步地，上述MRSN天线中，所述连接孔为长方形。
进一步地，上述MRSN天线中，所述内部天线的数量为两个。
进一步地，上述MRSN天线中，所述内部天线的数量为两个。
进一步地，上述MRSN天线中，所述内结构层和外结构层的树脂含量≤30％，防渗层的树脂含量≥70％。
一种MRSN天线的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)复合材料准备：选用环氧树脂为基体材料，玻璃纤维为增强材料；
(2)制作天线内壳：选择一钢质芯模，将其安装在缠绕机上，清洗芯模表面后涂抹脱模剂，在芯模外表面使用上述复合材料第一次缠绕成型特定壁厚的天线内壳，将其固化完全后进行机加工；最后在液压脱模机上将芯模拔出，制成完整的天线内壳；
(3)天线内壳与接头安装：将制成的天线内壳完成内外部天线的安装，安装完毕将两端天线接头与天线内壳固定连接，连接之前采用溶剂清洗、喷砂和机械打磨等方式对连接面进行处理；
(4)制作天线外壳：天线接头与天线内壳紧固连接后，将其安装在缠绕机上，清洗天线内壳外表面后用腻子将壳体修补光顺，然后进行第二次缠绕成型内结构层，采取手工铺设方式缠绕成型防渗层，然后继续缠绕成型外结构层至设计壁厚，最后对外表面进行处理制成天线外壳；
(5)性能测试：性能测试主要进行天线内外壳的气密性试验，将产品两端密封后放入水槽中，通过密封堵盖上的接口对产品内腔进行空气加压，试验压力设计为0.35Mpa，保压过程检查天线内外壳及连接部位有无渗漏，卸压后马上测试金属件之间绝缘电阻，测试结果达到技术指标要求视为合格产品。
进一步地，上述MRSN的天线制作工艺中，所述步骤(2)中芯模的直径为 134mm，长度为2500mm。
进一步地，上述MRSN的天线制作工艺中，所述步骤(2)中天线内壳的厚度为5～6mm。
进一步地，上述MRSN的天线制作工艺中，所述步骤(3)中天线接头与天线内壳采用胶粘剂粘接。
进一步地，上述MRSN的天线制作工艺中，所述步骤(3)中内部天线与外部天线为焊接连接。
进一步地，上述MRSN的天线制作工艺中，所述步骤(4)中防渗层由2～3 层表面毡制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的MRSN天线中，通过对天线外壳结构层内增加富树脂防渗层，解决天线外壳在高温、高压环境下发生壳体渗漏的问题。
进一步的，本发明提供的MRSN天线及其制作工艺，通过对天线内外壳铺层结构设计，结合仿真分析计算，确定复合材料结构层的缠绕角和铺层数，保证天线外壳满足承压性能要求，另外，在天线内壳充硅油，增强壳体在井下高温高压条件下的力学性能和耐环境性能，避免壳体破坏问题的发生，从而保证内部电子仪器和机械部分正常工作，确保设备整体性能稳定可靠。
进一步的，天线壳体与天线接头的粘接处也是容易产生渗漏的一个部位，通过在天线壳体与天线接头的粘接处在采用耐高温韧性胶粘剂、粘接界面处理等措施，尽可能提高接头的粘接强度，避免接头在高温、高压环境下渗漏。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的MRSN天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的MRSN天线制作工艺路线图；
其中，1为天线外壳；2为天线内壳；3为内部天线；4为天线接头；5为外部天线。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参阅图1所示，为本发明实施例的MRSN天线及其制作工艺，其MRSN天线包括：天线外壳1、天线内壳2、内部天线3、天线接头4和外部天线5，其中，所述天线外壳1包裹在天线内壳2上，其包括：内结构层、外结构层和位于内结构层和外结构层间的防渗层，所述防渗层为富树脂防渗层；所述天线内壳2 外表面开设有连接孔、内部充硅油，所述小孔用于连接所述内部天线和外部天线；所述天线接头4连接在天线内壳2两端；所述内部天线3可拆卸连接在天线内壳2内表面；所述外部天线5可拆卸连接在天线内壳2外表面，与内部天线3通过连接孔连接。
参阅图2所示，为本发明实施例的MRSN天线及其制作工艺，其制作工艺包括：复合材料准备、第一次缠绕成型制作天线内壳2、天线内壳2与天线接头4安装、第二次缠绕成型制作天线外壳1和性能测试；其中，复合材料选用环氧树脂为基体材料，高强度玻璃纤维为增强材料；制作天线内壳2步骤选择一钢质芯模，将其安装在缠绕机上，清洗芯模表面后涂抹脱模剂，在芯模外表面使用上述复合材料第一次缠绕成型特定壁厚的天线内壳2，将其固化完全后进行机加工，最后在液压脱模机上将芯模拔出，制成完整的天线内壳2；制作天线外壳1：金属天线接头4与天线内壳2紧固连接后，将其安装在缠绕机上，清洗天线内壳2外表面后用腻子将壳体修补光顺，然后进行第二次缠绕成型内结构层，采取手工铺设方式缠绕成型防渗层，然后继续缠绕成型外结构层至设计壁厚，最后对外表面进行处理制成天线外壳1；性能测试：性能测试主要进行天线内外壳的气密性试验，将产品两端密封后放入水槽中，通过密封堵盖上的接口对产品内腔进行空气加压，试验压力设计为0.35Mpa，保压过程检查天线内外壳及连接部位有无渗漏，卸压后马上测试金属件之间绝缘电阻，测试结果达到技术指标要求视为合格产品。
本实施例中，根据产品指标中对于材料在180℃下的力学性能要求，结合工艺适应性的考虑，复合材料应选取环氧树脂作为基体树脂，采用高强玻璃纤维作为增强材料，基体树脂及复合材料性能见表1、表2所示，复合材料承压壳体通过4FW500X3000型数控缠绕机采用6团高强S4玻璃纤维沙湿法缠绕成型，缠绕方式为环向缠绕和螺旋缠绕，缠绕角为90°或者±54.7°，缠绕张力由内层至外层按照单股纤维10～20N逐层控制，考虑到加工余量，每次成型时在设计壁厚的基础上增加1～2mm，本方案在耐高温复合材料配方研究成果的基础上，选用环氧树脂配方，增强材料选用高强度玻璃纤维，采用湿法缠绕工艺分次成型。通过对复合材料铺层结构设计，结合仿真分析计算，确定复合材料结构层的缠绕角、铺层数及铺层方式，保证复合材料壳体满足承压性能要求，避免壳体破坏问题的发生，从而保证内部电子仪器和机械部分正常工作，确保设备整体性能稳定可靠；性能测试主要进行天线内外壳的气密性试验，将产品两端密封后放入水槽中，通过密封堵盖上的接口对产品内腔进行空气加压，试验压力设计为0.35Mpa，保压过程检查天线内外壳及连接部位有无渗漏，卸压后马上测试金属件之间绝缘电阻，测试结果达到技术指标要求视为合格产品。
表1
表2
| 指标项目 | 弯曲强度(Mpa) | 弯曲模量(Gpa) |
| 室温 | 470～490 | 19.5～21.5 |
| 180℃ | 240～280 | 17.2～19.7 |
具体而言，天线内壳2通过任意材质采取任意成型工艺构成的圆柱体结构，另外天线内壳2的厚度可为任意值，只要其能保证壳体满足承压性能要求即可，其上开设有连接孔，天线内壳2外表面上设置有外部天线5，天线内壳2内设置有内部天线3，外部包裹有天线外壳1，天线接头4连接在天线内壳2上，天线接头4可采用螺纹连接、卡接或者粘贴剂粘接等任意方式连接在天线内壳 2上，只要其能保证壳体满足防渗水要求即可，天线内壳2主要起到固定金属天线和增加承压性能的作用。
本实施例中，天线内壳2选用环氧树脂作为基体树脂，高强度玻璃纤维作为增强材料，采用湿法缠绕工艺成型，另外天线内壳2的厚度为2500mm，天线内壳2外表面上设置有外部天线5，天线内壳2内设置有内部天线3，外部被天线外壳1包裹，天线接头4采用耐高温韧性胶粘剂固定在天线内壳2上，耐高温韧性胶粘剂连接牢固，尽可能提高接头的粘接强度，解决天线接头4与天线内壳2产生缝隙造成渗漏的问题；天线内壳2的制作步骤：首先设计制作直径为
长度为2500mm的钢质芯模，其中，钢制芯模的直线度、圆度及光洁度应严格控制，另外设计芯模直线段带有2％的脱模锥度，为了方便脱模，然后将芯模安装在缠绕机上，用溶剂清洗芯模表面后涂抹脱模剂，按照上述配方和工艺参数缠绕成型壁厚5～6mm的天线内壳2，最后在液压脱模机上将芯模拔出，就制成了完整的天线内壳2，制成的天线内壳2需要进行实验检测其性能，首先，天线同号试样放入180℃硅油浸泡2小时后，测试其弯曲强度为 140Mpa，复合材料的吸水率＜0.2％，外壳耐盐水泥浆渗透，天线同步样板在 180℃下的弯曲性能大于150Mpa，常温下大于300Mpa。天线内壳2主要起到固定内部天线3和增加承压性能的作用，从而保证内部天线3正常工作，确保设备在井下的安全。
具体而言，天线接头4为采取金属或者塑料等任意材质制成的中空圆柱体结构，天线接头4可为任意数量，天线接头4只要能确保其能连接天线内壳2 的稳定性和牢固性即可，天线接头4可采用螺纹连接、卡接或者粘贴剂粘接任意方式连接在天线内壳2上，只要其能保证壳体满足防渗水要求即可，天线接头4主要是为了连接天线内壳2，防止壳体出现渗水的问题。
本实施例中，天线接头4为金属制成的中空圆柱体结构，天线接头4的数量为两个，分别固定在天线内壳2的两端，其上覆盖着天线外壳1，天线接头 4与天线内壳2通过采用耐高温韧性胶粘剂进行固定，粘接之前采用溶剂清洗、喷砂、机械打磨等方式对粘接界面进行处理，减少了天线接头4与天线内壳2 连接处吸水渗水的可能性，解决了壳体出现渗水的问题。
具体而言，天线外壳1包裹在天线内壳2上，位于MRSN天线的最外层，包括：内结构层、外结构层和位于内结构层和外结构层间的防渗层，内外结构层通过任意材质采用任意工艺制成，只要能保证壳体满足承压性能要求即可，防渗层通过任意材质采用任意工艺制成，只要能保证其能起到防渗的功能即可，由于井下含有复杂介质，导致井下具备高温和高压环境，天线外壳1应具备抗压性和防渗漏的性能特点，保证MRSN天线能在井下环境工作。
本实施例中，天线外壳1包裹在天线内壳2上，位于MRSN天线的最外层，包括：内结构层、外结构层和位于内外结构层间的防渗层；内结构层和外结构层均选用酸酐高温固环氧树脂作为基体树脂，高强度玻璃纤维作为增强材料，采用湿法缠绕工艺成型，内结构层和外结构层的树脂含量≤30％，防渗层的树脂含量≥70％，防渗层采取手工铺设方式环向缠绕2～3层表面毡，形成富树脂防渗；天线外壳1的制作步骤：安装完毕返回后将两端天线接头与复合材料壳体采用耐高温胶粘剂粘接，粘接之前采用溶剂清洗、喷砂、机械打磨等方式对粘接界面进行处理，然后在天线内壳2上进行缠绕成型天线外壳1内结构层，内结构层的材料为环氧树脂作为基体树脂，高强度玻璃纤维作为增强材料，然后防渗层在内结构层成型约4mm之后，采取手工铺设方式环向缠绕2～3层表面毡，然后继续采用纤维缠绕成型制成外结构层至设计壁厚，按照规定固化制度固化结构完全后，进行天线外壳1外表面机加工至产品要求尺寸，最后根据用户需要，对产品外表面抛光或喷涂处理，就制成了完整的天线外壳1；环氧树脂具备强度高的特点，加上玻璃纤维后可使天线外壳1适应井下高压环境，避免壳体发生破裂的问题，表面毡因为毡薄和直径较细的特点，容易吸附较多数值的树脂形成富树脂防渗层，制成的防渗层吸水性＜0.2％，解决了天线外壳1树脂含量偏低，有可能天线外壳1产生毛细管渗漏的问题，从而保证内部电子仪器和机械部分正常工作，确保设备整体稳定安全。
具体而言，内部天线3为任意数量和任意材质，采取可拆卸连接或者固定连接在天线内壳2的内表面，外部天线5采取可拆卸连接或者固定连接在天线内壳2的外表面，为了保证天线起到接收和传递信息的作用，内部天线3与外部天线5通过天线内壳2上开设的任意形状的连接孔连接，内部天线3与外部天线5主要起到接收和传递信息的作用。
本实施例中，内部天线3的数量为两个，为铜制成，其使用环氧树脂高温胶连接在天线内壳2的内表面，外部天线5先用胶连接在天线内壳2的外表面，然后通过缠绕成型工艺形成的天线外壳1将其无缝连接，内部天线3与外部天线5之间通过天线内壳2上开设的长方形连接孔焊接连接，使用长方形小条通过长方形连接孔，然后将长方形小条的两端分别与内部天线3与外部天线5焊接，内部天线3与外部天线5主要起到接收和传递信息的作用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种MRSN天线，其特征在于，包括：天线外壳、天线内壳、内部天线、天线接头和外部天线；其中，
所述天线外壳包裹在天线内壳上，其包括：内结构层、外结构层以及位于内结构层和外结构层间的防渗层，所述防渗层为富树脂防渗层；
所述天线内壳外表面开设有连接孔、内部充硅油，所述小孔用于连接所述内部天线和外部天线；
所述天线接头粘接在天线内壳两端；
所述内部天线可拆卸连接在天线内壳内表面；
所述外部天线可拆卸连接在天线内壳外表面，与内部天线通过连接孔连接。
2.根据权利要求1所述的MRSN天线，其特征在于，所述连接孔为长方形。
3.根据权利要求1所述的MRSN天线，其特征在于，所述内部天线的数量为两个。
4.根据权利要求1所述的MRSN天线，其特征在于，所述内结构层和外结构层的树脂含量≤30％，防渗层的树脂含量≥70％。
5.一种MRSN天线的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)复合材料准备：选用环氧树脂为基体材料，玻璃纤维为增强材料；
(2)制作天线内壳：选择一钢质芯模，将其安装在缠绕机上，清洗芯模表面后涂抹脱模剂，在芯模外表面使用上述复合材料第一次缠绕成型特定壁厚的天线内壳，将其固化完全后进行机加工；最后在液压脱模机上将芯模拔出，制成完整的天线内壳；
(3)天线内壳与接头安装：将制成的天线内壳完成内外部天线的连接，安装完毕将两端天线接头与天线内壳固定连接，连接之前采用溶剂清洗、喷砂和机械打磨等方式对连接面进行处理；
(4)制作天线外壳：天线接头与天线内壳紧固连接后，将其安装在缠绕机上，清洗天线内壳外表面后用腻子将壳体修补光顺，然后进行第二次缠绕成型内结构层，采取手工铺设方式缠绕成型防渗层，然后继续缠绕成型外结构层至设计壁厚，最后对外表面进行处理制成天线外壳；
(5)性能测试：性能测试主要进行天线内外壳的气密性试验，将产品两端密封后放入水槽中，通过密封堵盖上的接口对产品内腔进行空气加压，试验压力设计为0.35Mpa，保压过程检查天线内外壳及连接部位有无渗漏，卸压后马上测试金属件之间绝缘电阻，测试结果达到技术指标要求视为合格产品。
6.根据权利要求5所述的MRSN天线的制作工艺，其特征在于，所述步骤(2)中芯模的直径为134mm，长度为2500mm。
7.根据权利要求5所述的MRSN天线的制作工艺，其特征在于，所述步骤(2)中天线内壳的厚度为5～6mm。
8.根据权利要求5所述的MRSN天线的制作工艺，其特征在于，所述步骤(3)中天线接头与天线内壳采用胶粘剂粘接。
9.根据权利要求5所述的MRSN天线的制作工艺，其特征在于，所述步骤(3)中内部天线与外部天线为焊接连接。
10.根据权利要求5所述的MRSN天线的制作工艺，其特征在于，所述步骤(4)中防渗层由2～3层表面毡制成。
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