CN113933342A - 一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测井技术相关领域，涉及一种测井仪专用绝热瓶的绝热性能快速检验装置及方法。该装置包括外套、第一隔热塞、第二隔热塞、加热片与电源及控制模块；外套为导热材料，且其外形与待测绝热瓶的内壁相适应；加热片设于外套内部；在外套内部沿外套的轴向设有互相远离一预定距离的两个测温点，其中一个测温点的位置对应于加热片；第一隔热塞、第二隔热塞用于对外套的两端封口；电源及控制模块用于控制加热片工作和计算测温点的温升比，进而判断绝热瓶的绝热性能。本发明可以在室温条件下短时间内(≤2h)判断测井仪用绝热瓶的性能，且装置结构简单、集成度高，测试方法用时短、测试条件宽松、结果准确，可有效预警、保障测井仪器下井安全。

Description

一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置及方法

技术领域

本发明属于测井技术相关领域，更具体地，涉及一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置及方法。

背景技术

真空绝热瓶安装在测井仪外，用于隔绝外界高温热流对测井仪的直接侵蚀。测井仪在井下工作时，受到高温、振动、腐蚀、高压等恶劣条件的影响，加之真空绝热瓶内真空层结构复杂、内外金属圆筒之间焊接连接不够牢靠，在真空层多处位置都存在真空破坏的风险。而且只要有一处真空破坏，整个绝热瓶的真空就会失效，失去隔热效果。实际作业中已经出现过这种情况。如果测井仪安装真空失效的绝热瓶下井，高温环境会很快侵蚀测井仪内电子器件，导致电子器件性能下降甚至烧毁，对器件造成不可挽回的损失。因此，为确保测井仪安全工作，在每次下井装配前，需要在常温的现场作业下，快速地获得绝热瓶的绝热性能。

检索表明，GB/T18443-2010《真空绝热深冷设备性能试验方法》规定了若干针对真空绝热深冷设备的的性能检验方法，其中检验绝热性能的指标有真空度测量、静态蒸发率测量、漏热量测量、维持时间测量。以上方法均用于大型真空绝热设备的实验室检测，且测试时长都在24h以上。因此，已有方法均无法满足现场测试中快速判断真空绝热瓶绝热性能的需求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或改进需求，为解决现场作业中无法快速判断绝热瓶绝热性能的问题，本发明旨在设计一套绝热性能快速检验装置及方法，以便弥补现有技术的空白。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，包括：外套、第一隔热塞、第二隔热塞、加热片与电源及控制模块；

外套为导热材料，且其外形与待测绝热瓶的内壁相适应；加热片设于外套内部，用于加热外套的内壁；在外套内部沿外套的轴向设有互相远离一预定距离的两个测温点，其中一个测温点的位置对应于加热片；

第一隔热塞、第二隔热塞用于对外套的两端封口以与外部隔热；

电源及控制模块用于控制加热片工作和采集测温点的温度，并计算两个测温点的温升之比，进而计算该温升之比与预设的标准值的差值，当该差值超过预设范围时表示绝热瓶的绝热性能失效。

进一步地，所述加热片的数量为两个以上，沿外套的周向均匀分布。

进一步地，还包括基座；加热片设于基座的空腔内，并与基座紧密贴合；基座与外套的内壁相适应。

进一步地，两个以上的加热片沿外套的周向均匀分布于基座的空腔内。

进一步地，基座为一长度小于外套的圆柱，圆柱中间开有正多边形通孔，正多边形通孔每一内壁面的正中央均设有加热片。

进一步地，基座、外套、第一隔热塞、第二隔热塞装配之后的总长按照待测系列绝热瓶空腔的总长设计。

进一步地，所述加热片处安置测温点，以测量加热片处的温度；所述第一隔热塞的内壁面安置测温点，以测量隔热塞内壁处的温度。

进一步地，所述加热片位于外套正中央；外套为一体构造或分体组装构造。

为了实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验方法，包括如下步骤：

(a)将如前任一项所述的绝热性能快速检验装置装配好后，按照第一隔热塞侧朝向待测绝热瓶开口端的方式，将整个绝热性能快速检验装置推到待测绝热瓶底部；此时，外套的外壁与待测绝热瓶的内壁紧密接触；

(b)对待测绝热瓶进行测试

启动加热片开始加温，待设定的测试时长结束，电源及控制模块计算两个测温点处与初始时刻的温升之比；将该温升之比与标准值对比，若二者差值在预设范围以内，说明该绝热瓶正常；若差值大于预设范围，说明该绝热瓶的真空层已破坏，绝热性能失效。

进一步地，离线获取标准值的方法为：将绝热性能快速检验装置在正常绝热瓶内安装到位，设定测试时间，加热片开始加温；待设定的测试时长结束，电源及控制模块计算两个测温点处与初始时刻的温升之比；更换多个同型号的正常绝热瓶按照上述步骤进行测试，对多次测试获得的温升之比的数值取平均值作为标准值。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、该绝热瓶绝热性能的快速检验装置的主体部分从外观看仅为一根棒状物，具有结构简单、集成度高、移动方便的优势；且在常温下2h以内即可判断出绝热瓶绝热性能的优劣，测试用时短，对石油勘探进程的影响很小，因此非常适用于工业现场的绝热瓶性能快速检验。

2、该绝热瓶绝热性能的快速检验装置提出的检验方法中，只要是同一型号的正常绝热瓶、测试相同时间，标准值均稳定在同一数值。标准值不受环境温度的影响，因此不同环境温度可使用同一标准；且该标准值不随加热功率的变化而变化，在两个以上加热片的情况下，如遇某一加热片故障等异常情况，仍能按原有标准值判断绝热性能，系统抗异常情况的能力优异。

3、绝热瓶真空层破坏的情况下，本发明所采用的判断指标与标准值差异明显，能够明确区分绝热瓶的两种状态，测试结果区分度大，判断结果准确。

4、本发明通过紧密结合测井应用工况的特性及需求，在对真空破坏前后绝热瓶的热阻分析之后，提出一套用于测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，并确定检测指标及使用方法。该装置可以在2h内准确获得绝热瓶的绝热性能优劣，保证在测井仪下井前及时更换真空破坏的绝热瓶，杜绝测井仪隔热保护失效的情况。且该装置结构简单，测试条件宽松，集成度高，测试时间短，测试指标区分度明显，测试结果准确，对原有绝热瓶无任何破坏。因此尤其适用于石油勘探时对测井仪专用绝热瓶进行快速的绝热性能定性检测，也能够满足工业用大型全密封绝热瓶的绝热性能快速定性检验。

附图说明

图1是本发明使用方法流程图；

图2是按照本发明实施例的整体构造及内部构造示意图；

图3是本发明实施例在绝热瓶中的安装位置及测温点位置示意图；

图4是本发明实施例中加热片的安装位置及安装方式示意图；

图5是按照本发明实施例的测试结果图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一隔热塞、2-外套、3-第二隔热塞、4-基座、5-加热片、6-电源及控制模块、7-绝热瓶、8-垫片、9-螺母、10-螺栓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图2是按照本发明所构建的绝热瓶性能快速检验装置的整体构造示意图。如图2所示，该装置主要包括第一隔热塞1、外套2、第二隔热塞3与电源及控制模块6，其内部包括基座4和加热片5等，下面对其逐一进行具体解释。

如图4的(a)更具体所示，基座4为一短圆柱，中间开一方形通孔；图4的(b)为沿轴向剖开的剖视图，如图4的(b)所示，加热片5置于通孔每一内壁面的正中央，共4片，每块加热片5连接有正负极两条线路供电；基座4上打有多处通孔，如图4的(c)所示，螺栓10从外穿透通孔后，通过垫片8、螺母9，把加热片5固定在基座上；此种安装方式机械强度较好，可以避免胶带固定温度升高后粘贴不牢的情况，还可以填充导热硅脂进一步提升导热效果。在其他实施例中，也可使用压片来固定加热片5。也可直接使用导热硅脂粘接、导热硅胶粘接等手段或者其他较为简单的手段来进行加热片5的固定。

该基座4的外侧被两个外套2包裹，外套2为薄壁圆筒，壁厚为2mm，以尽可能减少自身热容；

该实施方式所利用的两个同样规格的外套2，相互之间一侧贴合，且在该侧共同包裹基座2，其中一个外套2的另一端与第一隔热塞1通过螺钉相连，另一个外套2的另一端与第二隔热塞3通过螺钉相连。该基座4和外套2均由铝合金6061制成，相较其他金属而言，具有较高的热导率，以避免中间段温度过高，超过线材耐温使检验装置失效。

该第一隔热塞1与第二隔热塞3均由POM制成，具有较低的热导率，起到隔绝内部热量由两端向外传出的目的，且价格低廉，成本较低。

加热片5选用96％氧化铝陶瓷加热片，尺寸为20mm×20mm，厚度为1.7mm，每片标称功率为15W。

如图3所示为测温点的具体位置。在该加热片5处安置测温点，以测量加热片处的温度；该第一隔热塞1的内壁面处安置测温点，以测量隔热塞内壁处的温度。隔热塞能够大幅减少热损耗，将加热片设于中央能够尽可能远离两端，从而进一步降低热损耗，热损耗越低，测试结果越准确。

该加热片5的供电导线与热电偶线均通过第一隔热塞1的通孔穿出与电源及控制模块6相连。

该装置的电源及控制模块6用于储存数据、计算及输出结果，同时给整个装置供电。

如图3显示了该实施例测试前的安装方法，将整个装置连接组装好后，将第一隔热塞1侧朝外，把整个装置推到待测绝热瓶底部，按照设计，第一隔热塞1的外端面与待测绝热瓶开口侧的端面平齐。

本发明能够检测绝热瓶绝热性能的主要原理在于充分考虑了绝热瓶失效前后热阻的变化。对于正常的绝热瓶，由于其具有绝热性能，周向热阻很大，热量几乎无法从周向漏到环境中。但是当绝热瓶失效时，周向热阻显著减小，加热片产生的热量会大量通过绝热瓶向环境散热。因此，两个测温点的升温情况必然会发生相应的变化。如果我们能找到与这个变化存在某种固定的、内在关联的物理量之后，即可以准确地判断出绝热瓶是否失效。在经过大量创造性的探索之后，本发明最终确定了用温升比作为判断绝热瓶失效的物理量。

下面将结合图1对本发明的测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置的具体使用方法进行解释。

(a)将整个装置装配好后，进行装置与待测绝热瓶的安装，安装方法为，第一隔热塞1侧朝外，将整个装置推到待测绝热瓶底部，按照设计，第一隔热塞1的外端面与待测绝热瓶开口侧的端面平齐；

(b)对待测绝热瓶进行测试，测试方法为，将该装置在待测绝热瓶内安装到位，设定测试时长1h，加热片5开始加温；待设定的测试时长结束，装置发出声音提示，此时电源及控制模块6计算第一隔热塞1内端面及加热片5处与初始时刻的温升之比，显示在电源及控制模块6的屏幕上。将该比值与标准值对比，若二者差值在标准值的10％以内，说明该绝热瓶正常；若差值大于标准值的10％，说明该绝热瓶的真空层已破坏，需要迅速更换其他绝热瓶下井。

正式使用前对正常绝热瓶测标准值的方法为，将该装置在正常绝热瓶内安装到位，设定测试时间1h，加热片开始加温；待测试结束，装置发出声音提醒，此时电源及控制模块6计算第一隔热塞1内端面及加热片5处与初始时刻的温升之比，显示在电源及控制模块6的屏幕上；更换2～3个同型号的正常绝热瓶进行测试，对测试结果的数值取平均值作为标准值；

图5反映了采用该绝热瓶快速检验装置测试1h的正常绝热瓶和破坏绝热瓶两种情况的检验指标对比结果。从图5中可以看出，该指标均不随初始温度、加热功率的变化而变化；两种不同状态下，破坏的绝热瓶该指标与正常绝热瓶相比差距为28％，差异明显，且可用一个确定值将两种状态下的所有值完全区分开，由此说明了该检验指标对两种状态的绝热瓶有明显区分度，判断结果准确。图5所用的数据如下:

表1 正常绝热瓶不同测试条件的数据

表2 破坏绝热瓶不同测试条件的数据

表3 两种情况下每组条件的平均值

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，包括：外套(2)、第一隔热塞(1)、第二隔热塞(3)、加热片(5)与电源及控制模块(6)；

外套(2)为导热材料，且其外形与待测绝热瓶的内壁相适应；加热片(5)设于外套(2)内部，用于加热外套(2)的内壁；在外套(2)内部沿外套(2)的轴向设有互相远离一预定距离的两个测温点，其中一个测温点的位置对应于加热片(5)；

第一隔热塞(1)、第二隔热塞(3)用于对外套(2)的两端封口以与外部隔热；

电源及控制模块(6)用于控制加热片(5)工作和采集测温点的温度，并计算两个测温点的温升之比，进而计算该温升之比与预设的标准值的差值，当该差值超过预设范围时表示绝热瓶的绝热性能失效。

2.如权利要求1所述的一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，所述加热片(5)的数量为两个以上，沿外套(2)的周向均匀分布。

3.如权利要求1所述的一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，还包括基座(4)；加热片(5)设于基座(4)的空腔内，并与基座(4)紧密贴合；基座(4)与外套(2)的内壁相适应。

4.如权利要求3所述的一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，两个以上的加热片(5)沿外套(2)的周向均匀分布于基座(4)的空腔内。

5.如权利要求4所述的测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，基座(4)为一长度小于外套(2)的圆柱，圆柱中间开有正多边形通孔，正多边形通孔每一内壁面的正中央均设有加热片(5)。

6.如权利要求2～5任一项所述的测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，基座(4)、外套(2)、第一隔热塞(1)、第二隔热塞(3)装配之后的总长按照待测系列绝热瓶空腔的总长设计。

7.如权利要求1～5任一项所述的测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，所述加热片(5)处安置测温点，以测量加热片处的温度；所述第一隔热塞(1)的内壁面安置测温点，以测量隔热塞内壁处的温度。

8.如权利要求1～5任一项所述的测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验装置，其特征在于，所述加热片(5)位于外套(2)正中央；外套(2)为一体构造或分体组装构造。

9.一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)将权利要求1～8任一项所述的绝热性能快速检验装置装配好后，按照第一隔热塞(1)侧朝向待测绝热瓶开口端的方式，将整个绝热性能快速检验装置推到待测绝热瓶底部；此时，外套(2)的外壁与待测绝热瓶的内壁紧密接触；

(b)对待测绝热瓶进行测试

启动加热片(5)开始加温，设定与测试标准值时相同的测试时间；待设定的测试时长结束，电源及控制模块(6)计算两个测温点处与初始时刻的温升之比；将该温升之比与标准值对比，若二者差值在预设范围以内，说明该绝热瓶正常；若差值大于预设范围，说明该绝热瓶的真空层已破坏，绝热性能失效。

10.如权利要求9所述的一种测井仪用绝热瓶的绝热性能快速检验方法，其特征在于，离线获取标准值的方法为：将绝热性能快速检验装置在正常绝热瓶内安装到位，设定测试时间，加热片(5)开始加温；待设定的测试时长结束，电源及控制模块(6)计算两个测温点处与初始时刻的温升之比；更换多个同型号的正常绝热瓶按照上述步骤进行测试，对多次测试获得的温升之比的数值取平均值作为标准值。

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