CN114165218A - 一种高温高压存储式测井电子线路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及存储式测井技术领域，特别涉及一种高温高压存储式测井电子线路。包括保温瓶组件、骨架组件、防灌组件组件，所述保温瓶组件与骨架组件之间通过接插件连接后套装于防灌组件内。本发明的有益效果是耐温耐压指标高；耐压：200MPa；耐温：260℃,4h；/200℃,20h；/175℃,70h；具有金属保温瓶和模拟保温瓶可在不同温度条件下使用；具有承压防灌结构；具有轴向和径向减震结构。

Description

一种高温高压存储式测井电子线路

技术领域

本发明涉及存储式测井技术领域，特别涉及一种高温高压存储式测井电子线路。

背景技术

随着钻井技术的提高，水平井、复杂井数量的增多，存储式测井工艺以其高时效性、高可靠性越来越受到油田的认可和信赖，特别在短垂深长位移水平井中，与湿接头工艺相比，不需多次和测井电缆对接，显现出独特的优势，其测井的时效性和成功率大大提高。

随着近两年超深探井、页岩气和干热岩的开发，对存储式仪器的压力和温度指标提出了更高的要求，针对这种高温高压的环境，如何保证承压密封以及高温下元器件的防护，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高温高压存储式测井电子线路。针对高温高压测井仪器的研制问题，本发明主要解决以下几方面问题：（1）给出高温高压承压外壳设计方案；（2）提供一种切实可行的保温瓶设计方案，保证电子线路可靠工作；（3）给出防灌、减震设计，增强仪器的可靠性；通过以上问题的解决能够提高仪器的承压效果，抗温能力以及仪器的可靠性能。

其技术方案如下：

一种高温高压测井电子线路，包括保温瓶组件、骨架组件、防灌组件组件，所述保温瓶组件与骨架组件之间通过接插件连接后套装于防灌组件内。

进一步的，所述骨架组件设置有第一接插件、第二接插件，所述保温瓶组件设置有第三接插件、第四接插件，所述第二接插件与所述第三接插件插接配合。

进一步的，所述骨架组件主要由第一接插件、减震圈、隔热筒、上吸热器、电路板、第二接插件组成，所述第一接插件、减震圈、隔热筒、上吸热器、电路板、第二接插件顺次连接组成骨架组件。

进一步的，所述保温瓶组件主要由第三接插件、保温瓶外骨架、导向套、第四接插件组成，所述保温瓶外骨架一端设置有第四接插件，保温瓶外骨架另一端连接导向套一端，导向套另一端设置有第三接插件。

进一步的，所述保温瓶外骨架内填充有吸热材料。

进一步的，所述保温瓶外骨架为导热铝筒，导热铝筒内壁上贴合有铝筒接头。

进一步的，所述防灌组件主要由上盖帽、上钢筒、下接头、下盖帽顺次螺纹连接组成，所述下接头内部设置有承压盘，所述承压盘与第二接插件插接配合。

进一步的，所述第二接插件设置有若干插脚，所述插脚自承压盘内穿出。

进一步的，所述上钢筒内设置有卡环，所述保温瓶外骨架上设置有限位台阶，所述限位台阶与卡环之间套设有压簧。

本发明的有益效果是：

1.耐温耐压指标高；

耐压：200MPa；

耐温：260℃,4h；/200℃,20h；/175℃,70h；

2.具有金属保温瓶和模拟保温瓶可在不同温度条件下使用；

3.具有承压防灌结构；

4.具有轴向和径向减震结构。

附图说明

图1是骨架组件结构示意图；

图2是保温瓶组件结构示意图；

图3是仪器组装示意图；

图4是模拟保温瓶结构示意图；

图5是防灌结构示意图；

图中：1、第一接插件，2、接插件固定座，3、保温瓶外骨架，4、减震圈，5、隔热体，6、上吸热体，7、保温瓶内骨架，8、电路板，9、第二接插件，10、第三接插件，11、下吸热体，12、保温瓶，13、定位销，14、导向套，15、第四接插件，16、仪器外壳，17、仪器下接头，18、承压块，19、骨架组件，20、保温瓶组件，21、第五接插件，22、导热铝筒，23、铝筒接头，24、定位销，25、导向套，26、第六接插件，27、上盖帽，28、螺套，29、保温瓶组件或模拟保温瓶，30、中间螺套，31、下接头，32、下盖帽，33、保温瓶外骨架，34、上钢筒，35、承压盘。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步具体说明。

实施例一：

请参阅图1所示的骨架组件，第一接插件1安装在接插件固定座2上；接插件固定座2与保温瓶外骨架中间有伸缩弹簧，并用定位销连接，伸缩弹簧能够微调仪器骨架的长度，保证仪器骨架与外壳的定位连接；减震圈4套在保温瓶外骨架3上，保证仪器骨架与外壳的端面减震；隔热体5左端与保温瓶外骨架3用螺丝连接，隔热体5右端与上吸热体6用螺丝连接，内孔填充隔热棉纱；上吸热体6内装有特殊配方的吸热剂，其右端与保温瓶内骨架7用螺丝连接；电路板8安装在保温瓶内骨架7，第二接插件9安装在保温瓶内骨架7的右端；多股导线从第一接插件1引出，通过保温瓶外骨架3、隔热体5、上吸热体6和保温瓶内骨架7，部分连接到电路板8，部分连接到第二接插件9，电路板8的输出通过导线连接到第二接插件9，确保仪器上端与下端的电性连接。

实施例二：

请参阅图2所示的保温瓶组件，图1中的骨架组件通过第二接插件9上的定位键与图2中的第三接插件10连接，第二接插件9、电路板8、保温瓶内骨架7、上吸热体6和隔热体5都在保温瓶12的内部，保温瓶12的左端面一直延伸到保温瓶外骨架3上，保证保温瓶内的元器件与外界热性隔离；第三接插件10与下吸热体11用螺丝固定，注意定位方向；下吸热体11内装有特殊配方的吸热剂，下吸热体11通过螺纹与保温瓶12连接；导向套14与保温瓶12用螺丝固定，第四接插件15安装在导向套14的右端；多股导线与第三接插件10连接后，通过下吸热体11、保温瓶12和导向套14的内孔，连接到第四接插件15上，确保仪器的电性连接；定位销13与外壳进行定位，保证仪器骨架与外壳的定位。

实施例三：

请参阅图3所示的仪器组装图，该仪器组装时是将骨架组件19与保温瓶组件20安装在一起，形成仪器电路骨架总成，将仪器电路骨架总成从仪器外壳16的右端装入并定位；将承压块18从仪器下接头17的右面安装到下接头17内的定位槽内，并装上卡簧，防止承压块18脱出；将安装好的仪器下接头17从仪器外壳16的右端用丝扣环连接起来，注意仪器外壳16、仪器下接头17和保温瓶组件20的定位键和槽，这样整体的仪器就组装完成。

实施例四：

请参阅图4所示的模拟保温瓶组件，（根据井内的温度环境，模拟保温瓶组件和保温瓶组件可以相互更换。两者的长度是相同的，保证仪器仪器电路骨架总成的长度不变，图中的导热铝筒22相对于保温瓶的外壳，第五接插件21与图2中的第三接插件10一样，第六接插件26与图2中的第四接插件15一样。）

将第五接插件21与铝筒接头23的左边用螺丝连接，注意定位方向；铝筒接头23与导向筒25用螺丝连接，注意定位方向；将导热铝筒22套到铝筒接头23上，并用螺丝固定；与第五接插件21连接的多股导线通过铝筒接头23、导向筒25的内孔连接到第六接插件26，保证仪器的电性连接；将第六接插件26安装到导向筒25的右面。

电子线路耐温设计：为了保证仪器的可靠性、稳定性，提高仪器的价性比，模拟保温瓶组件解决高温（低于175℃）长时间工作的问题，保温瓶组件解决超高温（200℃～260℃）短时间工作的问题，选择能够在低于175℃的环境下工作70小时的元器件放在保温瓶内,该类属于低功耗，低散热元器件，大功率、高散热的元器件选择超高温（200℃～260℃）类型，放在保温瓶之外，这样能够延长保温瓶内的元器件的内部升温；这样能够实现加装模拟保温瓶能够在低于175℃的环境下长时间工作，加装保温瓶组件能够在超高温下短时间（4小时）工作。

实施例五：

请参阅图5所示的防灌结构，将保温瓶外骨架33与保温瓶组件或模拟保温瓶29组装好后，定位安装到上钢筒34内，利用中间螺套30将下接头31和上钢筒34定位连接到一起，承压盘35（承压盘为双向承压结构，能够承受所要求的压力，当仪器密封不好，导致外界带压力液体进入仪器内部时，承压盘能够液体阻止进入，这样就起到防灌的功能）安装到下接头31的定位槽内，承压盘35上有插座，可以保证上下两端的电性连接；利用螺套28将上钢筒34与上盖帽27连接起来，上盖帽27具有保护仪器和吊装作用；下盖帽32通过螺纹拧到下接头31上，具有保护仪器内部和吊装作用。

实施例六：

经过我们长时间的研究和对各种材料和结构的分析与演算，在充分掌握并分析了大量数据的基础上，提出了这一套具体实施方法。

步骤1、根据需求确定外界压力，根据材料的性能选取外壳所需材料，确定材料强度；

步骤2、综合考虑加工偏差、后期安全的磨损量以及工程中常用的安全系数选取，以及相关的测试数据，确定仪器的安全系数。

步骤3、根据确定的安全系数，考虑到最大限度的预留内部空间和内部保温情况，设计外壳的内径和外径；

步骤4、根据外壳的内径，设计高温保温瓶的外径，根据保温要求，设计吸热体和隔热体，确保在高温环境下，保温瓶内元器件长时间工作稳定可靠；

步骤5、设计骨架使电子线路与隔热筒和上吸热器装配在一起，形成骨架组件，保温瓶外骨架与下吸热器装配在一起，形成保温瓶组件；

步骤6、根据温度指标，合理选择元器件，并合理布局到保温瓶内外骨架上；

步骤7、为了防止仪器在高温高压长时间工作状态下外界液体倒灌，加装防灌结构；

步骤8、为了提高仪器的抗震性，增加减震结构。

实施例七：

1.外壳承压

外壳是承压的主要零件，根据外界压力，仪器的外径，材料强度，考虑加工偏差、后期安全的磨损量以及工程中常用的安全系数选取，最终确定外壳的内径尺寸。

加工偏差主要考虑加工时内孔的偏心（与外径的同轴度）及尺寸公差对钢筒承压的影响；

安全磨损量是考虑外壳单边磨损后，外壳成为非对称结构，受外压时径向压力不平衡对外壳承压的影响；

安全系数n综合载荷确定的准确程度、材料性能数据的可靠性、所用计算方法的合理性、加工装配精度以及所设计的零部件的重要性等来确定。将各个对安全系数有影响的因素分别用一个分系数n1、n2…来表示，这些分系数的乘积即为安全系数。

n=n1*n2*n3*…

目前常用的计算方法为，取三部分的安全系数，即

n=n1*n2*n3

n1：为零件的重要程度。外壳承受绝对压力，是关键零件，n1=1.2～1.3；

n2：为计算的准确性。承压外壳一般选取第四强度理论，选取极限试验应力值作为参考，取n2=1；

n3：材料的可靠性，具体包括力学性能的均匀性，内部缺陷等，对于锻件或轧制制造的零件，取n3=1.05～1.1，此处n3=1.1；

总上，仪器外壳的承压安全系数需要满足：

最小安全系数：

nmin=n1*n2*n3＝1.2×1×1.05＝1.26

最大安全系数：

nmax=n1*n2*n3＝1.3×1×1.1＝1.43

2.电子线路耐温

电子线路全部选用温度指标175℃以上的器件，保证在环境温度175℃长期工作稳定可靠。设计高温保温瓶，利用保温瓶的隔热筒、上吸热器、下吸热器及瓶体，最大限度的降低外部环境对电子线路的传导、辐射和对流产生的热量。装配时电子线路与隔热筒和上吸热器装配在一起，形成骨架组件，如图1；瓶体与下吸热器装配在一起，形成保温瓶组件，图2。

设计模拟保温瓶组件如图3，模拟保温瓶由接插件、导热铝筒、铝筒接头、定位销、导向套组成，外形尺寸与保温瓶组件完全相同，保证骨架组件可在二者中灵活拆卸组合，模拟保温瓶具有良好的散热性，保证元器件产生的热量通过导热铝筒传递到外界环境中去。

模拟保温瓶组件解决高温（低于175℃）长时间工作的问题，保温瓶组件解决超高温（200℃～260℃）短时间工作的问题，如图4。

3.防灌结构

将电子线路的壳体分为上钢筒和下接头两部分，上钢筒和下接头通过中间螺套连接，电子线路采用后装式结构，即电子线路先与下接头连接，再装入到上钢筒内，下接头内部安装承压盘，保证单支仪器密封失效后不会影响到所连接的其他仪器，这对平台类仪器至关重要。如图5。

承压盘采用高温烧结而成，可满足200MPa条件下长期工作。

4.减震结构

为保证电子线路的稳定可靠工作，在冲击振动时有效的保护电子元器件，设计轴向和径向减震措施，满足指标：

振动：频率范围：5～200～5Hz，振幅（峰值）29.4m/s2，扫频速率：≤1oct/min，试验时间：不小于30min；

冲击：加速度：1470m/s2，脉冲持续时间：11±1ms，冲击次数：轴向或横向1次，工作状态：不工作，波形：半正弦波；

骨架减震结构如图5。

轴向减震由压簧和减震垫组成，通过压簧和减震垫不同刚度的串联，实现对冲击的缓冲；

径向减震由减震圈实现，减震圈对骨架起扶正作用，外界振动经减震圈后，橡胶的阻尼降低振动的幅度，对骨架上的元器件起到防护作用。

减震垫和减震圈均采用氟橡胶材料，邵氏硬度70º～75º，具有良好的弹性和耐高温性能。

应该认为，此次公开的实施方式在全部方面为例示，并不是限制性的。上述的实施方式也可以在不脱离附加的权利要求书及其主旨的情况下以各种各样的形态进行省略、置换、变更。

Claims (9)

1.一种高温高压测井电子线路，其特征在于，包括保温瓶组件、骨架组件、防灌组件组件，所述保温瓶组件与骨架组件之间通过接插件连接后套装于防灌组件内。

2.根据权利要求1所述的一种高温高压测井电子线路，其特征在于，所述骨架组件设置有第一接插件、第二接插件，所述保温瓶组件设置有第三接插件、第四接插件，所述第二接插件与所述第三接插件插接配合。

3.根据权利要求2所述的一种高温高压测井电子线路，其特征在于，所述骨架组件主要由第一接插件、减震圈、隔热筒、上吸热器、电路板、第二接插件组成，所述第一接插件、减震圈、隔热筒、上吸热器、电路板、第二接插件顺次连接组成骨架组件。

4.根据权利要求3所述的一种高温高压测井电子线路，其特征在于，所述保温瓶组件主要由第三接插件、保温瓶外骨架、导向套、第四接插件组成，所述保温瓶外骨架一端设置有第四接插件，保温瓶外骨架另一端连接导向套一端，导向套另一端设置有第三接插件。

5.根据权利要求4所述的一种高温高压测井电子线路，其特征在于，所述保温瓶外骨架内填充有吸热材料。

6.根据权利要求4所述的一种高温高压测井电子线路，其特征在于，所述保温瓶外骨架为导热铝筒，导热铝筒内壁上贴合有铝筒接头。

7.根据权利要求5或6所述的一种高温高压测井电子线路，其特征在于，所述防灌组件主要由上盖帽、上钢筒、下接头、下盖帽顺次螺纹连接组成，所述下接头内部设置有承压盘，所述承压盘与第二接插件插接配合。

8.根据权利要求7所述的一种高温高压测井电子线路，其特征在于，所述第二接插件设置有若干插脚，所述插脚自承压盘内穿出。

9.根据权利要求8所述的一种高温高压测井电子线路，其特征在于，所述上钢筒内设置有卡环，所述保温瓶外骨架上设置有限位台阶，所述限位台阶与卡环之间套设有压簧。

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