CN111810134A - 一种石油核磁共振测井仪探头磁体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种随钻核磁共振测井仪探头磁体装置,其整体结构外观呈半圆柱状、内部是中空半圆筒的结构,通过螺栓将其成对的装配在钻铤骨架的两端,其主要由基体、端盖、软磁半环片、磁块、磁块栅栏、磁块保护外管组成,磁块通过磁块栅栏中的扇形槽固定装配,形成一体化半圆筒型结构。本发明产品在能满足测井探头的基本功能外,还具备抗振、装配简单、运输便利、成本低等特点。
Description
技术领域
本发明属于石油勘探开发领域的设备装置,该装置可用在石油勘探开发中,是石油工业随钻测井LWD(Logging While Drilling)仪器随钻核磁共振测井探头(图1)的关键部件之一。
背景技术
石油工业随钻测井LWD(Logging While Drilling)一般是指在钻井的过程中测量地层岩石物理参数,并用数据遥测系统将测量结果实时传送到地面进行处理。随钻测井相对于电缆测井具有很多优点:电缆测井需占用一定的钻机在用时间,井眼环境和泥浆滤液的侵入严重影响常规测井数据的质量,与之相比,随钻测井资料是在泥浆滤液侵入地层之前或侵入很浅时测得的,更真实地反映原状地层的地质特征。在大斜度井、水平井或特殊地质环境钻井时,电缆测井困难或风险大以致不能进行作业时,随钻测井可以取而代之进行测量。这样既减小钻井在用时间,降低成本,又提高了地层评价测井数据的质量。目前,在海上钻井活动中几乎都采用随钻测井技术。
目前国际上已经进行商业化应用的随钻核磁共振测井仪包括:哈里伯顿(Halliburton)的MRIL-WD,斯伦贝谢(Schlunberger)的proVISION和贝克休斯(BHGE)(已被GE收购)的MagTrak。
哈里伯顿MRIL-WD的探头结构为磁体径向磁化形成梯度静磁场,探测敏感区为关于仪器中心轴旋转对称的圆柱壳层,说明书附图14所示中的10。
斯伦贝谢的随钻核磁测井仪proVISION采用了“Inside-Out”方案的磁体结构:包含三块同极相对的圆管状钐钴磁体(说明书附图15中的12),按位置划分称为底部磁体、中部磁体和顶部磁体。静磁场在同极磁极之间的中垂面上沿径向分布,proVISION包含三块磁体两个磁极间距,所以有两个敏感区 (说明书附图15中的10表示敏感区)。如说明书附图15和说明书附图16。
贝壳休斯的随钻核磁测井仪MagTrak直接采用了“Inside-out”设计方案,两块同极相对的圆管状磁体,在中垂面上的静磁场沿径向旋转对称分布。径向上的静磁场从零开始先增加到一个最大值Bmax(鞍点saddle point),然后再减小到无穷远的零值,所谓的敏感区匀强磁场是指的这个最大值Bmax附近的区域,这个区域磁场梯度很低,可近似看作匀场区域,探头包括两块同极相对的磁体(说明书附图17中的序号12),天线为螺线管线圈(说明书附图17中的序号11)在探头敏感区,静磁场B0沿径向方向发散,而射频场BRF沿轴向方向垂直于B0。如说明书附图17和说明书附图18。
在石油探测领域中,核磁共振测井作为目前比较前沿的技术被广泛应用,核磁共振测井仪中探头内关键部件之一是磁体,本专利装置指的是该关键部件。随钻核磁共振测井仪在井下工作时会承受较大的振动,而磁块较脆,受到振动影响很容易碎,进而影响探测的精度,甚至会导致探头失效。因此将磁体部分设计成为一个整体结构,便于安装以及保护磁块。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于石油勘探开发领域的核磁共振测井仪探头磁体部分的发明产品,能够有效克服现有技术中核磁探头磁体易碎的缺陷。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种石油核磁共振测井探头磁体装置,其整体结构外观呈半圆柱状、内部是中空半圆筒的结构(图3),通过螺栓紧固在钻铤骨架上,安装方式可以根据情况调节,包括左右对称的两对安装方式,四对安装方式(如图1和图2),六对安装方式等;也可以采用非对称式安装。
磁体装置(12)由基体(2)、端盖(3)、两个软磁环片(4)、磁块(5)、磁块栅栏(6和7)、磁块保护外管(1)组成;核磁共振探头磁体装备装配时,先将基体(2)固定,将两个端盖(3)通过焊接固定在基体(2)两端,然后紧贴端盖(3)安装两个软磁环片(4),接着安装磁块栅栏(图9)、磁块(5),最后安装磁块保护外管(1),磁块保护外管(1)与端盖(3)通过焊接和螺钉接连接固定。
磁块栅栏(图9)是圆周上均匀分布扇形槽的多孔圆筒型结构,由半环形弹性片(6)和矩形弹性片(7)组成;半环形弹性片(6)的圆周上均匀分布3~6个矩形槽;矩形弹性片(7)的两端分布2个台阶,台阶中间分布着矩形槽;半圆环形弹性片上的矩形槽与矩形弹性片两边的台阶和矩形槽配合,形成扇形槽的多孔磁块栅栏,将磁块(图12)单独安装在扇形槽内。
上述软磁半环片(图13)具有很好的均匀磁场的作用,由于核磁探头内部的磁体是块状(图12)的,存在漏磁的现象,半环形软磁片可以均匀磁场,减少漏磁。
所述端盖(图7)其特征为两边和中心位置有螺纹孔的半圆环结构,其外环面与磁块保护外管装配,通过焊接和螺栓连接,其外环面与基体装配,通过焊接和螺栓连接,厚度可以根据需求进行调节;其材质为304不锈钢。
上述核磁共振测井仪探头磁体装置,还可具有如下特点:
所述磁块栅栏(图9)具有固定磁块位置和缓解磁体之间的冲击的作用。由于磁块(图12)较脆,受到撞击很容易破碎,而且磁体本身造价昂贵,磁块栅栏(图9)采用弹性材料,通过卡槽和台阶装配,形成圆周上分布多个扇形槽的多孔结构(图9),将磁块(图12)单独安装在扇形槽内,当随钻在钻探过程中,即使振动较大,由于磁块栅栏本身弹性较好,对于振动具有很好的缓冲作用,解决了核磁探头内磁块在工作时受到振动影响而破碎的问题。
优选地,所述磁块栅栏(图9),其材质为紫铜、铝合金、尼龙中的一种,可以将磁块(图12)安装在其扇形槽内(图5),相比较传统的将磁块粘贴在核磁探头钻铤骨架上的方法,本安装方法简化了磁块的安装,提高了磁块安装的效率,节约了磁块安装成本。
本发明产品将磁块、软磁环片等零件组装在一起(图3),再安装在核磁探头骨架上(图1和图2),本产品一体化较高,便于整体的安装和运输,其内部做了大量的减振保护措施,能够很好的保护磁体。
本发明结构简单,便于加工和装配,可以用随钻核磁共振测井设备内,对于保护磁块起到重要作用,可以降低更换破损磁块的费用,同时也提高了随钻的工作效率,节约了时间和成本。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明,本发明的上述以及其他特征将更加明显。附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案,并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为核磁探测仪器的整体剖视图,其中剖视图的椭圆区域为本发明产品安装在探头上的位置。
图2为本发明产品的一种安装方式。
图3为本发明产品轴向视图。
图4为本发明产品中磁体单元的三维等视半剖视图。
图5为本发明中磁块栅栏和磁块等装配之后的效果图。
图6为本发明中基体的示意图。
图7为本发明中端盖的示意图。
图8为本发明产品中磁块保护外管的示意图。
图9为本发明产品中磁块栅栏的示意图。
图10为本发明产品中磁块栅栏的矩形弹性片示意图。
图11为本发明产品中磁块栅栏的半环形弹性片示意图。
图12为本发明产品中磁块的示意图。
图13为本发明产品中软磁半环片的示意图。
图14为MRIL-WD仪器结构示意图。
图15为proVISION仪器结构示意图。
图16为proVISION探头结构和敏感区示意图。
图17为MagTrak探头的磁体、天线结构及敏感区示意图。
图18为MagTrak探头敏感区的俯视图和侧视图。
其中,1-磁块保护外管,2-基体,3-端盖,4-软磁半环片,5-磁块,6- 半环形弹性片,7-矩形弹性片,10-探测敏感区,11-天线,12-磁体装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明提供了一种核磁探头的磁体结构,从整体上来看(如图3所示),主要包括基体2、端盖3、软磁半环片4、磁块5、半环形弹性片6,矩形弹性片7、磁块保护外管1;核磁共振探头磁体装备装配时,先将基体2固定,将两个端盖3通过焊接固定在基体2两端,然后紧贴端盖3安装两个软磁半环片4,接着安装磁块栅栏(图9)、磁块5,最后安装磁块保护外管1,磁块保护外管 1与端盖3通过焊接和螺钉接连接固定。
所述基体,如图6所示,是半圆形结构,半圆轴向两端有台阶,台阶上有四个螺纹孔,可用于端盖和基体的紧固,以及两个核磁共振探头磁体装备之间的紧固,主要作用是作为其他零件的承载体,固定其位置,以及方便装卸等;本发明具体操作中,基体材料可以为奥氏体不锈钢。
上述磁块栅栏,如图9所示,由半环形弹性片6和矩形弹性片7装配而成,其中半环形弹性片6的圆周均匀分布3个矩形槽(图11),矩形弹性片 (图10)的两边分布2个台阶,台阶中间分布着矩形槽,环形弹性片和矩形弹性片通过矩形卡槽和台阶连接,组装成具有扇形槽的多孔磁块栅栏,磁体安装在扇形槽内;优选地,环形弹性片和矩形弹性片材料可以是黄铜、铝合金、尼龙中的任意一种。
上述端盖3的特征为两边和中心位置有螺纹孔的半圆环结构,如图7 所示,其外环面与磁块保护外管1装配,通过焊接和螺栓连接,其外环面与基体3装配,通过焊接和螺栓连接,厚度可以根据需求进行调节;其材质为304 不锈钢。
上述软磁半环片4是半圆环结构,如图13所示,其厚度可以为3-5mm,软磁半环片材料可以为铁钴钒(Fe-Co-V)。
上述磁块5为扇形结构,如图12所示,磁块材料可以为钐钴。
上述磁块保护外管1,如图8所示,其特征为中空半圆筒形结构,在其径向两端分布六个孔,其中中间的为螺纹孔,用于磁块保护外管和端盖的紧固,其材质可以为304不锈钢。
优选地,软磁半环片以及磁块栅栏和磁块装配体的外直径小于磁块保护外管的内直径,这样在磁块保护内管与软磁环片、磁块栅栏和磁块之间留有灌胶空隙,保证装配完之后灌胶的流通。
优选地,为了更好的配合核磁共振测井仪的内部结构,以及有效的保护磁块,磁块栅栏中环形弹性片6之间的距离可以为38-42mm,弹性片的厚度可以为1-2mm。
具体实施中,核磁共振探头磁体装备装配在随钻钻铤骨架上时,可以采用成对配合方式,包括但不仅限于左右对称的两对安装方式,四对安装方式 (如图1和图2),六对安装方式等乘二倍的方式装配在钻铤骨架的两端;也可以采用非对称式安装。
本发明通过上述结构,能够克服目前随钻测井中磁块受到振动易碎的技术缺陷,且在磁体装配过程中简化安装过程,能够最大程度的省去特殊的工装制备要求,通过本发明上述结构,可以将磁块安装固定在磁块栅栏内的扇形槽中,避免了磁块在核磁探头作业中的相互碰撞,磁块栅栏本身采用了弹性较好的材料,为磁块的冲击起到缓冲减振的作用,进一步保护了磁块,增加了磁体的使用寿命。
同时,本发明结构组成合理,由于磁块本身不是一个整体,磁块之间存在漏磁,本发明在磁块栅栏两端分别加装了一个软磁环片,能够很好的均匀磁场,减少漏磁,保证了静磁场的磁场强度,保证了探测精度。
另外,本发明结构装配简单,磁体单元内部装配顺序合理、清晰,便于安装和拆解,有利于后期的维护。
本领域的技术人员应该明白,虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上,但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式,并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员,在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下,可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化,但本发明实施例的专利保护范围,仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种用于石油勘探开发领域的核磁共振测井仪探头磁体装备,其特征在于:
所述发明整体外观呈半圆柱状、内部是中空半圆筒式结构,由基体、端盖、软磁环片、磁块、磁块栅栏、磁块保护外管组成。
2.根据权利要求1所述的基体,其特征在于:
基体是半圆形结构,半圆轴向两端有台阶,台阶上有四个螺纹孔,可用于端盖和基体的紧固,以及两个核磁共振探头磁体装备之间的紧固;其材质为304不锈钢。
3.根据权利要求1所述的磁块保护外管,其特征在于:
磁块保护外管整体呈半圆形结构,在其径向两端分布六个孔,其中中间的为螺纹孔,用于磁块保护外管和端盖的紧固。
4.根据权利要求1所述的磁块栅栏,其特征在于:
磁块栅栏是圆周上均匀分布扇形槽的多孔半圆筒型结构,由半圆环形弹性片和矩形弹性片组成;
环形弹性片的圆周上均匀分布3~6个矩形槽;
矩形弹性片的两端分布2个台阶,台阶中间分布着矩形槽;
半圆环形弹性片上的矩形槽与矩形弹性片两边的台阶和矩形槽配合,形成扇形槽的多孔磁块栅栏。
磁块栅栏材质可以为黄铜、铝合金、尼龙中的任意一种。
5.根据权利要求1所述中的软磁环片,其特征为环状片体结构,其材料可以为铁钴钒(化学符号:Fe-Co-V)。
6.根据权利要求1所述的端盖,其特征为两边和中心位置有螺纹孔的半圆环结构,其外环面与磁块保护外管装配,通过焊接和螺栓连接,其外环面与基体装配,通过焊接和螺栓连接,厚度可以根据需求进行调节;其材质为304不锈钢。
7.根据权利要求1所述的磁块单元,其特征在于:
磁块为扇形,其材料为钐钴(化学符号:Sm2Co17)或铷铁硼(化学符号:Nd2Fe14B)。
8.根据以上权利要求,本发明产品的装配方法为:
核磁共振探头磁体装备装配时,先将基体固定,将两个端盖通过焊接固定在基体两端,然后紧贴端盖安装两个软磁半环片,接着安装磁块栅栏、磁块,最后安装磁块保护外管,磁块保护外管与端盖通过焊接和螺钉接连接固定。
9.根据以上权利要求,本发明产品还具有以下特征:
核磁共振探头磁体装备在装配在随钻钻铤骨架上时,可以采用成对配合方式,包括但不仅限于两对组合、四对组合等乘二倍的方式装配在钻铤骨架的两端。
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