一种感应成像组合三轴线圈的制作方法

【技术领域】

本发明属于测井技术领域，涉及三维感应成像测井仪器，尤其是一种感应成像组合三轴线圈。

背景技术：

常规阵列感应能够详细划分侵入剖面、准确确定地层真电阻率等优点，但在测量有各向异性油藏时，表现出局限性。当地层不垂直于仪器径向时，由于附近导电地层的影响，所测得的倾斜地层的电阻率值会远低于实际电阻率，导致储量低估；层间非均质性，甚至是层内的非均质性，也会影响测井仪器的响应。另外，在页岩以及平行层理面的薄层砂-页岩层序中，当地层厚度小于感应测井仪器的垂直分辨率时，测井结果是各层的加权平均值，其中最低电阻率部分的贡献最大，这一现象会掩盖油气层的特征。作为感应类新测井技术，三维感应成像测井仪器能够提高斜井和水平井的地层电阻率的测量精度，同时能够提供地层倾角大小和方位等信息，加强储层的识别准确度。

当前三维感应成像仪器所使用的三轴线圈，轴向线圈大多采用均匀刻槽陶瓷线圈骨架绕制，稳定性能有较好的保证；但垂轴线圈往往因结构限制，要么线圈匝数少，磁通量小，感生信号弱；要么结构复杂，绕制难度大，对称性差。这些问题都会对三维感应仪器的测量精度产生较大影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种感应成像组合三轴线圈，有效提升三轴线圈骨架加工成品率，明显降低骨架制作成本及绕线过程损坏率，提升垂轴线圈匝数，增大线圈发射并能确保绕线无损伤，从而实现三轴线圈稳定性、对称性和一致性大幅提升的目的。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种感应成像组合三轴线圈，包括套设并固定在芯轴上的轴向环形线圈骨架，轴向环形线圈骨架的两端安装有两个垂轴矩形线圈骨架，两垂轴矩形线圈骨架之间缠绕有若干垂轴矩形线圈绕线；轴向环形线圈骨架侧面开设若干轴向环形绕线槽，轴向环形绕线槽内缠绕轴向环形线圈绕线；轴向环形线圈骨架的侧面设置有用于垂轴矩形线圈中间线束分理的垂轴线圈分线卡圈。

本发明进一步的改进在于：

轴向环形线圈骨架内环开设有组合三轴线圈定位槽，与芯轴上的半圆刻槽组合形成定位孔，通过插入定位销将三轴线圈固定在芯轴上。

轴向环形绕线槽沿轴向开设有轴向环形线圈绕线换槽面。

轴向环形线圈骨架中间有连接垂轴线圈分线卡圈的槽面，两侧有连接垂轴矩形线圈骨架的光面。

垂轴矩形线圈骨架通过高温环氧树脂胶粘接在轴向环形线圈骨架两侧的光面上。

垂轴矩形线圈骨架上开设若干垂轴矩形线圈绕线槽，4个垂轴矩形线圈侧引线槽，4个垂轴矩形线圈侧引线槽沿圆周均匀布置；4个垂轴矩形线圈侧引线槽内侧部分为垂轴矩形线圈过线面。

垂轴线圈分线卡圈上开设有用于垂轴矩形线圈中间线束分理的垂轴矩形线圈绕线分线槽。

垂轴矩形线圈绕线分线槽上设有1个豁口和3个垂轴矩形线圈中引线槽，1个豁口和3个垂轴矩形线圈中引线槽在圆周上均匀分布。

轴向环形线圈骨架和组合三轴线圈定位槽由氮化硅陶瓷制成。

垂轴矩形线圈骨架和垂轴线圈分线卡圈由聚醚醚酮peek材料制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明线圈骨架上可以绕制1个轴线环形线圈和4个垂轴矩形线圈。轴向环形线圈与4个垂轴矩形线圈垂直，相邻垂轴矩形线圈亦垂直，相对垂轴矩形线圈平行。实际应用时，相对矩形线圈按照绕向方向连接成一个线圈，这样便形成3个两两垂直的线圈，即三轴线圈。每个垂轴矩形线圈由6组矩形线圈组成，6组矩形线圈均处于平行状态，每组矩形线圈中仅一根线需要斜跨换绕线槽，以保持绕线连续。三轴线圈每个线圈的等效点都位于线圈的中心位置，所以该线圈设计，能确保三个轴向线圈同心发射或接收。

【附图说明】

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明垂轴矩形线圈绕线的结构示意图；

图3是本发明轴向环形线圈绕线的结构示意图；

图4是本发明轴向环形线圈骨架的结构示意图；

图5是本发明垂轴矩形线圈骨架的结构示意图；

图6是本发明垂轴线圈分线卡圈的结构示意图。

其中：1-垂轴矩形线圈骨架；2-垂轴矩形线圈绕线(此单匝绕线图为示意图；实为多匝绕线)；3-垂轴线圈分线卡圈；4-轴向环形线圈绕线；5-轴向环形线圈骨架；6-组合三轴线圈定位槽；7-轴向环形绕线槽；8-槽面；9-轴向环形线圈绕线换槽面；10-光面；11-垂轴矩形线圈绕线槽；12-垂轴矩形线圈过线面；13-垂轴矩形线圈侧引线槽；14-垂轴矩形线圈绕线分线槽；15-豁口；16-垂轴矩形线圈中引线槽。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明感应成像组合三轴线圈，由1个轴向环形线圈骨架5、2个垂轴矩形线圈骨架1和1个垂轴线圈分线卡圈3以及轴向环形线圈绕线4、垂轴矩形线圈绕线2构成。轴向环形线圈骨架5为三轴线圈主骨架，用来绕制轴向线圈，且为三轴线圈的主要承力部分，骨架中段环周面刻有等径平行半圆槽，两侧段为光滑周面，内环有组合三轴线圈定位槽6，采用氮化硅陶瓷制作；垂轴矩形线圈骨架1为三轴线圈的配套骨架，用来绕制垂轴线圈，采用聚醚醚酮peek制作，通过高温环氧树脂胶粘接在主骨架两侧的光滑面上；垂轴线圈分线卡圈3为三轴线圈的配套件，卡圈外圈有刻槽，为开口卡圈，用来进行垂轴线圈中间线束定位，采用聚醚醚酮peek制作，通过高温环氧树脂胶粘接在主骨架的中间槽中。具体结构如下：

如图1-3所示，组合三轴线圈骨架包括垂轴矩形线圈骨架1、垂轴矩形线圈绕线2、垂轴线圈分线卡圈3、轴向环形线圈绕线4、轴向环形线圈骨架5。轴向环形线圈骨架5内环有组合三轴线圈定位槽6，与芯轴上的半圆刻槽组合形成定位孔，通过插入定位销将三轴线圈固定在芯轴上。

如图4所示，轴向环形线圈骨架5采用氮化硅制作，其上有轴向环形绕线槽7，用于绕制轴向环形线圈绕线4。不同阵列三轴线圈槽数和长度存在差异，轴向环形绕线槽7不闭合，开设有轴向环形线圈绕线换槽面9，便于绕线换槽，确保绕线平行于轴向并具有连续性。轴向环形线圈骨架5中间有粘接垂轴线圈分线卡圈3的槽面8，两侧有粘接垂轴矩形线圈骨架1的光面10。

如图5所示，垂轴矩形线圈骨架1采用peek材料制作，可制作成通用件，用于不同阵列的三轴线圈。使用高温环氧树脂胶粘接在轴向环形线圈骨架5的两侧光面上，用于绕制垂轴矩形线圈绕线2。垂轴矩形线圈骨架1上开设若干垂轴矩形线圈绕线槽11，4个垂轴矩形线圈侧引线槽13，4个垂轴矩形线圈侧引线槽13沿圆周均匀布置；4个垂轴矩形线圈侧引线槽13内侧部分为垂轴矩形线圈过线面12

如图6所示，垂轴线圈分线卡圈3采用peek材料制作，有垂轴矩形线圈绕线2分线槽，用于垂轴矩形线圈中间线束的分理，使垂轴矩形线圈绕线2束保持较好的规则性，有利于提升垂轴矩形线圈的一致性和对称性。垂轴矩形线圈绕线2分线槽上设有1个豁口15和3个垂轴矩形线圈中引线槽16，具有一定的柔韧性，可适度掰开从侧面安装到环形线圈骨架中间的卡槽中，可设计为通用件，适合不同阵列的三轴线圈使用。

本发明的原理：

氮化硅陶瓷轴向环形线圈骨架具有强度大、温度膨胀系数小等优点，在高温高压环境下，能够保障线圈的稳定性；peek垂轴矩形线圈骨架具有加工性强、韧性大、成本低、高温性能较强等优点，配合氮化硅陶瓷轴向环形线圈骨架使用，能有效降低线圈骨架加工难度、成本，并降低线圈制作的难度及风险性，提升线圈的对称性、重复性和一致性。另外，peek材质的垂轴矩形线圈骨架和垂轴线圈分线卡圈可设计成三轴线圈通用件，有效降低整套线圈系设计及加工成本。

本发明轴向环形线圈骨架5结构简单，便于使用氮化硅陶瓷加工，氮化硅材质具有硬度大、膨胀系数小、耐酸、耐高温高压等优点，轴向环形线圈骨架5作为三轴线圈的承力部分，能有效提升仪器的稳定性。

本发明垂轴矩形线圈骨架1与垂轴线圈分线卡圈3结构复杂，如果使用氮化硅陶瓷加工，成品率低，且加工成本昂贵。另外，如果垂轴矩形线圈骨架1及垂轴线圈分线卡圈3使用氮化硅陶瓷加工，外环刻槽后，对槽边进行倒角的代价很高，而不倒角，槽边十分锋利，所有直接接触槽边的绕线，都会受到不同程度的割伤，轻则伤及漆皮，重则伤及铜线，都会对三轴的稳定性能造成或大或小的影响，这是制作高性能三轴线圈所不能接受的。如果使用高温性能较好且具有很好加工性能的peek材质加工，氮化硅材质加工的所有缺点均将化解，不但能有效提高加工成品率，还能制作成通用件，适用于不同匝数不同长度的三轴线圈，显著降低设计成本和缩短加工周期。

本发明采用两种不同材质的线圈骨架组合而成，还能很大程度上降低三轴线圈结构泄密的风险性。通常，氮化硅陶瓷线圈骨架均采用委外加工，单体线圈委外加工后，将泄露所有结构信息，作为仪器的核心部件，这是切肤之痛。而采用两种不同材质进行线圈组合设计后，氮化硅陶瓷线圈骨架和peek材质线圈骨架可委托不同厂家加工，对线圈的整体结构起到很好的保密效果。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。