CN201233782Y - 一种用于随钻测量的发射线圈及其磁芯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于随钻测量的发射线圈及其磁芯。其中，发射线圈磁芯包括有微晶片和无磁支架，所述微晶片呈带状，并由超微晶合金材料制成；所述无磁支架由无磁材料制成，并形成为环形，在该环形无磁支架上形成有用于绕制带状微晶片的环形凹槽，所述带状微晶片多层叠绕在该环形凹槽内。利用本实用新型的上述结构，能有效增强发射线圈的铁磁性能，降低线圈的磁损耗，进而降低电能消耗。

Description

一种用于随钻测量的发射线圈及其磁芯

技术领域

本实用新型涉及一种线圈，具体地讲，涉及一种主要用在石油、矿山、地质勘探等随钻测量钻井仪器设备中的用于随钻测量的发射线圈。

背景技术

当前在石油、矿山、地质勘探等钻井工程中，为了能及时准确地掌握地层信息，采用了先进的无线随钻测量技术。该无线随钻测量技术的实现过程就是，将定向传感器和采集地质信息的传感器安装在靠近钻头的位置，随着钻机的钻进，控制单元会对来自各路传感器的信息分析处理，进而有效地控制钻头的行进。这项技术中多处使用了无线短传技术，而在无线短传技术中有两个关键的部件，即发射线圈和接收线圈，在信息传输过程中显得非常重要，发射线圈和接收线圈的可靠工作直接关系到整个测量过工程的顺利完成。

随钻测量设备所用的发射线圈，其磁芯是在一个环型带状磁芯，线圈绕制在磁芯上。在使用中，将其安装在近钻头的某个位置。接收线圈，相当于一个电流互感器，钻铤和钻铤周围的导电地层构成互感器的初级穿越环型磁芯，而在环型磁芯上所绕的线圈构成互感器的次级。井下无线短传的工作过程是，发射线圈的初级被一交流电压所激励，从而在其次级感应出电流。利用钻铤导电体及其临近的地层构成的导电回路，对产生的电流进行传输。同时，利用安装在钻铤上的带磁芯接收线圈感应电流产生的电信号。

在石油、矿山、地质勘探等钻井过程中，随钻测量设备大多采用井下电池供电，在电池的电量耗尽后，就需要停止钻机运行，将钻机拉出井外更换电池，因此所用随钻设备要节约用电，以延长运行时间。但现有的安装在钻头上的发射线圈的磁芯是采用硅钢片制成的，磁芯的线圈铁磁性能较差，线圈的磁损耗比较大，进而电能的损耗比较快，限制了钻机运行时间，钻井工程的消耗比较大。

因此，有必要提供一种新型的随钻测量发射线圈，来克服上述现有随钻测量发射线圈存在的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于随钻测量的发射线圈及其磁芯，其能增强发射线圈的铁磁性能，降低线圈的磁损耗，进而降低电能消耗。

本实用新型的上述目的可采用如下技术方案来实现，一种用于随钻测量的发射线圈磁芯，该发射线圈磁芯包括：

微晶片，其呈带状，并由超微晶合金材料制成；

无磁支架，其由无磁材料制成，并形成为环形，在该环形无磁支架上形成有用于绕制带状微晶片的环形凹槽，所述带状微晶片多层叠绕在该环形凹槽内。

在本实用新型的一个可选实施方式中，所述的环形凹槽形成在无磁支架的轴向方向，该环形凹槽的槽口形成于所述无磁支架的端面上。

在上述实施方式中，在所述槽口上盖设有环形封盖，从而将缠绕在环形凹槽内的微晶片封闭在凹槽内。

在上述实施方式中，可在缠绕有微晶片的环形凹槽内灌注硅油。

在本实用新型的另一个可选实施方式中，所述的环形凹槽形成在无磁支架的径向方向，该环形凹槽的槽口形成在所述无磁支架的外周侧面上。

在该实施方式中，所述的环形凹槽内叠绕的多层微晶片的每层之间涂有硅胶。

本实用新型还提供了一种采用上述发射线圈磁芯的用于随钻测量的发射线圈，在所述磁芯外覆设有绝缘层，在绝缘层上绕设有线圈绕组。所述的绝缘层可具体由缠绕在磁芯外的绝缘带形成。

在所述的线圈绕组外还可缠绕有绝缘布，并在该绝缘布外整体浸制有绝缘漆。

采用本实用新型的上述用于随钻测量的发射线圈磁芯及发射线圈，由于磁芯具有由超微晶合金制成的微晶片，该超微晶合金是继非晶态合金之后的一类新型磁合金材料，利用该微晶片所具有高饱和磁感应强度、高起始磁导率、高居里温度、低损耗特点，能有效增强用于随钻测量的发射线圈的铁磁性能，降低线圈的磁损耗，进而降低电能消耗，延长钻机运行时间，从而减少钻井工程的消耗。另外，由于本实用新型的微晶片是叠绕在无磁支架的环形凹槽内，通过位于环形凹槽端面或外周侧面上的槽口，能够方便地将带状微晶片缠绕在无磁支架上，从而形成发射线圈的磁芯，制造工艺简单，成本低。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的发射线圈磁芯剖视结构示意图；

图2为图1中的发射线圈磁芯取出环形封盖后的俯视结构示意图；

图3为本实用新型另一种实施方式的发射线圈磁芯立体结构示意图；

图4为本实用新型图3中的发射线圈磁芯的剖视结构示意图；

图5为本实用新型的发射线圈立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本实用新型的具体实施方式的细节。但是，需要说明的是，下面的描述本质上仅为示例性的，而不意图限制本实用新型的公开、应用或使用。

如图1—图4所示，本实用新型提供了一种用于随钻测量的发射线圈磁芯1，该发射线圈磁芯1包括微晶片11和无磁支架12。其中，微晶片11由超微晶合金材料制成，该微晶片11为长条带状；无磁支架12由无磁材料制成，例如不锈钢、铝、1Cr18Ni9Ti(无磁材料)等，并且该无磁支架12形成为环形，该无磁支架12的直径和高度由随钻测量设备的尺寸决定。由于该长条带状的微晶片11又脆有薄，因而需要将该微晶片11缠绕在无磁支架12上。在本实用新型中，如图1—图4所示，在该环形无磁支架12上形成有用于绕制带状微晶片11的环形凹槽13，所述带状微晶片11多层叠绕在该环形凹槽13内，从而形成所述发射线圈磁芯1。

如图5所示，本实用新型还提供了一种采用上述发射线圈磁芯1的用于随钻测量的发射线圈3，该发射线圈3是在上述发射线圈磁芯1外覆设有绝缘层31，在绝缘层31上绕设有线圈绕组32而形成。

这样，由于本实用新型所提供的发射线圈磁芯1的微晶片11采用超微晶材料制成，超微晶合金是继非晶态合金之后的一类新型磁合金材料，具有高饱和磁感应强度、高起始磁导率、高居里温度、低损耗特点，将该微晶片11用在随钻测量设备的发射线圈磁芯1上后，能有效增强用于随钻测量的发射线圈3的铁磁性能，降低线圈的磁损耗，进而降低电能消耗，延长钻机运行时间，从而减少钻井工程的消耗。

并且，由于本实用新型的发射线圈3的磁芯1是采用微晶片11一层一层地叠绕在无磁支架12上而形成的，这种结构能很好地减小磁芯的涡流损耗，增强发射线圈3的效能。

如图1、图2所示，在本发明的一个可选实施方式中，所述发射线圈磁芯1的无磁支架12上的环形凹槽13形成在无磁支架12的轴向方向，该环形凹槽13的槽口形成于所述无磁支架12的端面131上。

图1为发射线圈磁芯的侧向剖面图，发射线圈磁芯1的环型无磁支架12是由1Cr18Ni9Ti(无磁材料)做成，其直径和高度由随钻测量设备的尺寸决定，在环型无磁支架12的轴向方向形成圈圆形的环形凹槽13，该环形凹槽的槽口形成在端面131上，以便于微晶片11从该槽口处向环形凹槽13内缠绕。首先将长条带状的微晶片11在环形凹槽12中一层一层地围绕环形凹槽12的内壁叠绕，微晶片2的厚度在0.06毫米左右，微晶片2的宽度由无磁支架12的环形凹槽12的深度确定，微晶片11的宽度不可过大或过小，以稍浅于环形凹槽为准。无磁支架12的环形凹槽12的宽度在2毫米左右。微晶片11在无磁支架12的环形凹槽13内叠绕5—8层为宜。微晶片11叠绕完毕后，可进一步在环形凹槽12内灌注2000#甲基硅油，然后用与无磁支架12同材料的环型封盖14将微晶片11密封在环形凹槽12内，从而形成所述发射线圈磁芯1。环型封盖14作为无磁支架12的环形凹槽12的封盖，其尺寸可与无磁支架12一致。

图2为上述实施方式的发射线圈磁芯1的俯视结构示意图，无磁支架12的内径尺寸由配套随钻测量设备确定。图中所示虚线圆表示在无磁支架12的环形凹槽13内一层一层叠绕的微晶片11，微晶片11在环形凹槽13内叠绕完毕后，在整个环形凹槽12内灌注甲基硅油，然后再将微晶片11所在空间整体密封。

因为在钻井过程中，随钻测量设备在井下处在一种高温、高压、强震动的环境，所以安装在随钻测量设备上的发射线圈3必须要经受住这种恶劣环境的考验。微晶片11是一种超微晶材料，用在发射线圈3上，超微晶材料的优点是能在高温高压的环境下保持良好的铁磁性能。井下钻头在运行过程中震动强烈，这就要求随钻测量设备有很强的抗震性。在该实施方式中，灌注在环形凹槽13内的硅油，既可改善环形凹槽12内微晶片11的粘性阻尼系数，减小摩擦，增强抗震性能，又能增强线圈磁芯1的铁磁性能，有利于其在随钻测量设备的稳定工作。

如图3、图4所示，提供了本实用新型的发射线圈磁芯1的另一种可选实施方式。在该实施方式中，所述的环形凹槽13形成在无磁支架12的径向方向，该环形凹槽13的槽口形成在所述无磁支架12的外周侧面15上。所以可以从外部非常直观地看清无磁支架12外侧的环形凹槽13，可以方便地将带状微晶片11缠绕在该环形凹槽13内。在一个具体的例子中，该环形凹槽13的截面可为方形，环形凹槽13的深度在2毫米左右，将0.06毫米的微晶片11绕着无磁支架12平铺在环形凹槽13中。在铺设微晶片11的同时，可在环形凹槽13内和已铺设的微晶片11上均匀的涂敷电子硅胶。由于井下钻头在运行过程中震动强烈，就要求随钻测量设备有很强的抗震性，而发射线圈磁芯1所用的微晶片11是一种又薄又脆的材料，将其缠绕在无磁支架12上时，各层间要均匀地涂敷电子硅胶，从而使涂敷电子硅胶后的微晶发射线圈磁芯1，既能改善发射线圈磁芯1的铁磁性能，又能加强发射线圈磁芯1的抗震性。微晶片11在无磁支架12的外侧环形凹槽13内叠层铺设5—8层为宜。

图5是本实用新型的发射线圈3的整体结构示意图。在一个具体的例子中，所述的发射线圈3的绝缘层31可由缠绕在发射线圈磁芯1外的绝缘带形成。在上述的环型微晶发射线圈磁芯1上，用聚酯薄膜或聚四氟乙烯玻璃布绝缘带(绝缘层31)穿越磁环绕着发射线圈磁芯1同向均匀地缠绕一圈，绝缘带缠绕要平整均匀。在绝缘带缠绕完毕后，开始缠线圈绕组32，线圈绕组32是用一支漆包铜线穿越磁环同向环绕在环形发射线圈磁芯1的绝缘带外，线圈绕组32可共缠绕100匝左右，要求缠绕平整，疏密均匀。线圈绕组32缠绕完毕后，可再用绝缘带在线圈绕组32的外面缠绕一圈，将整个线圈绕组32裹紧，图中未示出。在整个线圈绕组32和绝缘带缠绕完毕后，将它整体浸入绝缘漆，然后晾干。至此，一个用于随钻测量中的高效节能发射线圈3就基本完成了。这样做成的发射线圈3在随钻测量过程中，既可节能，又能很好的抗震。

本实用新型的描述仅为示例性的属性，因此没有偏离本实用新型要旨的各种变形理应在本实用新型公开的范围之内。这些变形不应被视为偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1、一种用于随钻测量的发射线圈磁芯，其特征在于，该发射线圈磁芯包括：

微晶片，其呈带状，并由超微晶合金材料制成；

无磁支架，其由无磁材料制成，并形成为环形，在该环形无磁支架上形成有用于绕制带状微晶片的环形凹槽，所述带状微晶片多层叠绕在该环形凹槽内。

2、如权利要求1所述的一种用于随钻测量的发射线圈磁芯，其特征在于，所述的环形凹槽形成在无磁支架的轴向方向，该环形凹槽的槽口形成于所述无磁支架的端面上。

3、如权利要求2所述的一种用于随钻测量的发射线圈磁芯，其特征在于，在缠绕有微晶片的环形凹槽内灌注有硅油。

4、如权利要求3所述的一种用于随钻测量的发射线圈磁芯，其特征在于，在所述槽口上盖设有环形封盖。

5、如权利要求1所述的一种用于随钻测量的发射线圈磁芯，其特征在于，所述的环形凹槽形成在无磁支架的径向方向，该环形凹槽的槽口形成在所述无磁支架的外周侧面上。

6、如权利要求5所述的一种用于随钻测量的发射线圈磁芯，其特征在于，所述的环形凹槽内叠绕的多层微晶片的每层之间涂有硅胶。

7、一种用于随钻测量的发射线圈，其特征在于，该发射线圈包括有如权利要求1—6任一权利要求所述的磁芯，在所述磁芯外覆设有绝缘层，在绝缘层上绕设有线圈绕组。

8、如权利要求7所述的用于随钻测量的发射线圈，其特征在于，所述的绝缘层由缠绕在所述磁芯外的绝缘带形成。

9、如权利要求7所述的用于随钻测量的发射线圈，其特征在于，在所述的线圈绕组外还缠绕有绝缘布，并在该绝缘布外整体浸制有绝缘漆。

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