随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构及其制作方法
【专利摘要】随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构及其制作方法，包括钻铤本体、第一、二绝缘层和电极环，第一、二绝缘层和电极环沿钻铤本体径向自内向外依次设在钻铤本体的表面；所述的第一绝缘层为陶瓷绝缘层或橡胶绝缘层，第二绝缘层为玻璃钢绝缘层；当第一绝缘层为陶瓷绝缘层时，第一、二绝缘层之间还设有聚四氟乙烯涂层。在钻铤本体表面沿径向依次形成第一绝缘层、聚四氟乙烯涂层和第二绝缘层；或者形成第一绝缘层和第二绝缘层；然后在第二绝缘层上扣合电极环上和电极环下并用销子固定，最后在电极环上和电极环下预留的焊缝处点焊焊点，得到随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构；该电极系结构满足电极系在油气钻井环境中长时间稳定、可靠工作的需要。
【专利说明】随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油气井测井领域，具体涉及随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随钻侧向电阻率测井仪器是实现并应用最早的一种随钻测井仪器，与随钻电磁波和随钻感应电阻率测井仪器相比，它的电阻率测量范围更大，且在中、高阻地层测井具有无法匹敌的优势。该类仪器主要有两种聚焦方法，一种是电路直接给钻铤供电流聚焦，另一种是通过给线圈供电并在钻铤上产生感应电流聚焦。前一种方法提出并应用最早，探测深度大，聚焦能力强，但受技术水平局限，目前为止未能成熟和广泛应用；后一种方法提出并应用较晚，探测深度较浅，聚焦能力较弱，但电极系容易实现，目前已成熟并广泛应用。前一种方法未能成熟和商业应用的主要原因是:仪器电极之间、电极与钻铤之间的绝缘及其电极系绝缘带的耐磨无法满足长时间、高温、高压钻井环境的需要。
[0003]随钻测井仪器在井底工作时受泥浆冲刷、钻井振动、高温、高压等影响，工作环境十分恶劣，且随钻侧向电阻率测井仪电极系长时间在井下工作，其绝缘性能很容易降低、受到泥浆冲刷易导致电极环损坏并脱落井底。电极环脱落井底需进行打捞，无法打捞则需要进行填井，会造成巨大损失。以前，电路直接给电极供电流聚焦的随钻测向电阻率测井仪电极系，由于设计结构和制作工艺等原因，其绝缘性能、耐冲刷性能较差。经常出现绝缘值在下井后很快降低到很小，绝缘层受到冲刷严重等现象，造成随钻侧向电阻率测井仪器电极系的损坏，难以满足随钻测井需要。因此急需新型的电极系结构及制作方法，有效解决高温高压绝缘性能低，易冲刷和耐高温高压等问题，以提高随钻侧向电阻率测井仪器的稳定性、可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构及其制作方法，该电极系结构能够提高电极系的绝缘、耐冲刷、抗振和耐高温高压性能，满足电极系在油气钻井环境中长时间稳定、可靠工作的需要。
[0005]为了达到上述目的，本发明随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，包括钻铤本体、第一、二绝缘层和电极环，第一、二绝缘层和电极环沿钻铤本体径向自内向外依次设在钻铤本体的表面；所述的第一绝缘层为陶瓷绝缘层或橡胶绝缘层，第二绝缘层为玻璃钢绝缘层；当第一绝缘层为陶瓷绝缘层时，第一、二绝缘层之间还设有用于消除第一绝缘层缝隙的聚四氟乙烯涂层。
[0006]所述的电极环包括扣合在一起的电极环上和电极环下。
[0007]所述的销子通过过盈配合将电极环上和电极环下固定在一起。
[0008]所述的电极环上和电极环下均设有销子孔，销子穿进销子孔与电极环上和电极环下过盈配合；电极环上和电极环下的扣合处预留有焊缝，焊缝处点焊有焊点。
[0009]所述的电极环上和电极环下均铣有便于安装销子的安装槽。
[0010]所述的橡胶绝缘层采用的材料为氟橡胶，陶瓷绝缘层采用的材料为氧化铝陶瓷，玻璃钢绝缘层采用的材料为环氧树脂，电极环的材料选用TCll无磁不锈钢。
[0011]所述的电极环的内壁上涂有胶黏剂。
[0012]当第一绝缘层为陶瓷绝缘层时，第一绝缘层的厚度为0.2mm-0.4mm ;聚四氟乙烯涂层的厚度为0.5mm ;当第一绝缘层为橡胶绝缘层时，第一绝缘层的厚度为2-3mm。
[0013]所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构的制作方法，当第一绝缘层为陶瓷绝缘层时，包括以下步骤:
[0014]I)在打磨好的钻铤本体表面采用喷涂的方式形成第一绝缘层，然后采用热喷涂工艺在第一绝缘层的表面形成聚四氟乙烯涂层，接着在聚四氟乙烯涂层表面采用玻璃钢缠绕工艺缠绕第二绝缘层；
[0015]2)在第二绝缘层的表面安装均设有销子孔的电极环上和电极环下，并使电极环上和电极环下扣合在一起，电极环上和电极环下的销子孔位于一条直线，电极环上和电极环下的扣合处预留焊缝，在电极环上和电极环下均铣出安装槽，然后将销子放入安装槽中，将销子穿进销子孔与电极环上和电极环下过盈配合，形成电极环；
[0016]3)在预留的焊缝处点焊焊点，得到随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构；
[0017]当第一绝缘层为橡胶绝缘层时，包括以下步骤:
[0018]I)在打磨好的钻铤本体表面采用压胶成型的方式形成第一绝缘层，然后在第一绝缘层表面采用采用玻璃钢缠绕工艺第二绝缘层；
[0019]2)在第二绝缘层的表面安装均设有销子孔的电极环上和电极环下，并使电极环上和电极环下扣合在一起，电极环上和电极环下的销子孔位于一条直线，电极环上和电极环下的扣合处预留焊缝，在电极环上和电极环下均铣出安装槽，然后将销子放入安装槽中，将销子穿进销子孔与电极环过盈配合，形成电极环；
[0020]3)在预留的焊缝处点焊焊点，得到随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构。
[0021]在安装电极环上和电极环下前，在电极环上和电极环下的内表面均匀涂抹一层胶粘剂。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0023]本发明采用的第一绝缘层为陶瓷绝缘层或橡胶绝缘层，第二绝缘层为玻璃钢绝缘层。当第一绝缘层为陶瓷绝缘层时，第一、二绝缘层之间还设有用于消除第一绝缘层的缝隙的聚四氟乙烯涂层；本发明所采用的陶瓷绝缘层具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、绝缘特性；同时聚四氟乙烯涂层不仅能够消除陶瓷绝缘层陶瓷材料的缝隙，保证绝缘性；而且还有耐磨、硬度高、耐腐蚀、绝缘好和在任何真空条件下不会出现脱层的效果；当本发明第一绝缘层为橡胶绝缘层时，橡胶绝缘层耐高温(达275°C )、抗振，耐腐蚀、耐冲刷，因此，本发明电极系结构能够提高电极系的绝缘、耐冲刷、抗振和耐高温高压性能，满足电极系在油气钻井环境中长时间稳定、可靠工作的需要，满足电极系在油气钻井环境中长时间稳定、可靠工作的需要，使电极系的使用寿命大大提高。电极系整体结构紧凑、制作工艺严谨可靠性高。
[0024]另外，本发明在聚四氟乙烯涂层表面采用玻璃钢缠绕工艺缠绕第二绝缘层，且玻璃钢缠绕工艺具体是先腔内抽真空，再用注射机注入树脂的VARTM(真空辅助树脂传递模塑)，这样能够改善模具型腔内树脂的流动性浸溃性，更好地排尽气泡。
[0025]进一步，电极环由电极环上和电极环下相扣，通过销子固定后点焊的固定方式，改变了以前堆焊时产生的高温对玻璃钢绝缘层绝缘性的影响，且有效的解决了电极环脱落的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明第一种随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构示意图；
[0027]图2为图1中A-A剖面图；
[0028]图3为本发明第二种随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构示意图；
[0029]图4为图2中B-B剖面图；
[0030]图5为本发明随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构中电极环的轴向图；
[0031]图6为本发明随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构中电极环的径向图；
[0032]其中，1、第一绝缘层，2、第二绝缘层，3、电极环，4、聚四氟乙烯涂层，5、钻铤本体，
6、电极环上，7、电极环下，8、销子孔，9、销子，10、安装槽，11、焊缝。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0034]参见图1-6，本发明公开了两种随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构包括钻铤本体5以及第一、二绝缘层1，2和电极环3，第一、二绝缘层1，2和电极环3沿钻铤本体5径向自内向外依次设在钻铤本体5的表面；所述的第一绝缘层I为陶瓷绝缘层或橡胶绝缘层，第二绝缘层2为玻璃钢绝缘层。
[0035]参见图5-6，电极环3包括扣合在一起的电极环上6和电极环下7，电极环上6和电极环下7均铣有便于安装销子9的安装槽10，电极环上6和电极环下7均设有销子孔8，销子9穿进销子孔8与电极环上6和电极环下7过盈配合，将电极环上6和电极环下7固定在一起；电极环上6和电极环下7的扣合处预留有焊缝11，焊缝11处点焊有焊点，电极环3的内壁上涂有胶黏剂，使电极环3与第二绝缘层2结合更加牢固；电极环3的材料选用TCll无磁不锈钢，具有耐压、易加工、材质轻、强度高、导电性能好等特点。
[0036]参见图1和2，当第一绝缘层I为陶瓷绝缘层时，第一、二绝缘层1，2之间还设有用于消除第一绝缘层I缝隙的聚四氟乙烯涂层4，陶瓷绝缘层选用氧化铝陶瓷，氧化铝陶瓷具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、绝缘等特性，绝缘值在常温下可达到500ΜΩ以上，在高温高压(175°C、140MPa)下，绝缘值彡50ΜΩ，陶瓷绝缘层的厚度为0.2mm-0.4mm ;聚四氟乙烯涂层耐温260°C，有效的消除了陶瓷绝缘层的缝隙，保证了绝缘性，具有耐高温、耐磨、高硬度、耐腐蚀、绝缘好且在任何真空条件下不会出现脱层的特性，聚四氟乙烯涂层4的厚度为0.5mm。参见图3和图4，当第一绝缘层I为橡胶绝缘层时，橡胶绝缘层采用的材料为氟橡胶，具有耐高温(达275°C )、抗振，耐腐蚀、耐冲刷等性能。橡胶绝缘层的厚度为2-3_。
[0037]上述两种结构中所采用的第二绝缘层2为玻璃钢绝缘层，该玻璃钢绝缘层采用的材料为环氧树脂，玻璃钢选用耐高温、耐高压，耐磨、耐冲涮环氧树脂(高温275°C、高压140MPa)，且在第一种结构(即第一绝缘层I为陶瓷绝缘层时，玻璃钢绝缘层能保护陶瓷绝缘层及聚四氟乙烯涂层4，避免在安装电极环3时涂陶瓷绝缘层及聚四氟乙烯涂层4与电极环3内表面直接接触而损坏陶瓷绝缘层及聚四氟乙烯涂层4，避免破坏电极系整体绝缘性倉泛。
[0038]参见图1-2和图5-6，当第一绝缘层I为陶瓷绝缘层，第二绝缘层2为玻璃钢绝缘层时，包括以下步骤:
[0039]I)在打磨好的钻铤本体5表面采用高温喷涂(温度为2038°C)的方式形成0.2mm-0.4mm的第一绝缘层I，然后采用热喷涂工艺在第一绝缘层I的表面形成0.5mm聚四氟乙烯涂层4，接着在聚四氟乙烯涂层4表面采用玻璃钢缠绕工艺缠绕第二绝缘层2 ;玻璃钢缠绕工艺是先腔内抽真空，再用注射机注入环氧树脂的VARTM(真空辅助树脂传递模塑)技术，此方法可改善模具型腔内树脂的流动性浸溃性，更好地排尽气泡；
[0040]2)在第二绝缘层2的表面安装均设有销子孔8的电极环上6和电极环下7，并使电极环上6和电极环下7扣合在一起，电极环上6和电极环下7的销子孔8的轴线位于一条直线，电极环上6和电极环下7的扣合处预留焊缝11，在电极环上6和电极环下7均铣出安装槽10，然后将销子放入安装槽10中，将销子9穿进销子孔8与电极环3过盈配合，形成电极环3 ；
[0041]3)在预留的焊缝11处点焊焊点，得到随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构；有效的解决了电极环4脱落的问题。
[0042]当第一绝缘层I为橡胶绝缘层，第二绝缘层为玻璃钢绝缘层时，包括以下步骤:
[0043]I)在打磨好的钻铤本体5表面采用压胶成型的方式形成2_3mm的第一绝缘层1，然后在第一绝缘层I表面采用采用玻璃钢缠绕工艺第二绝缘层2 ;玻璃钢缠绕工艺是先腔内抽真空，再用注射机注入环氧树脂的VARTM(真空辅助树脂传递模塑)技术，此方法可改善模具型腔内树脂的流动性浸溃性，更好地排尽气泡；
[0044]2)在第二绝缘层2的表面安装均设有销子孔8的电极环上6和电极环下7，并使电极环上6和电极环下7扣合在一起，电极环上6和电极环下7的销子孔8的轴线位于一条直线，电极环上6和电极环下7的扣合处预留焊缝11，在电极环上6和电极环下7均铣出安装槽10，然后将销子放入安装槽10中，将销子9穿进销子孔8与电极环3过盈配合，形成电极环3 ;其中，在安装电极环上6和电极环下7前，在电极环上6和电极环下7的内表面均匀涂抹一层胶粘剂。
[0045]3)在预留的焊缝11处点焊焊点，得到随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，有效的解决了电极环3脱落的问题。
[0046]本发明特别适用于随钻侧向电阻率测井仪器，以提高电极系的绝缘、耐冲刷、抗振和耐高温高压等性能。本发明也可用于类似侧向类电阻率测井仪器。该电极系结构整体结构紧凑、制作工艺严谨可靠性高，具有绝缘性能高、绝缘层粘接牢靠、耐冲刷、抗振动、耐高温、耐高压等优点，能明显提高随钻侧向电阻率测井仪器的稳定性、可靠性，可应用于同类测井仪器，有效的防止了井下泥浆浸入电极系绝缘层而降低绝缘性能，解决了电极环脱落，使电极系的使用寿命大大提高。而且电极环采用上、下电极环相扣，通过销子固定后点焊的固定方式，改变了以前堆焊时产生的高温对玻璃钢绝缘层绝缘性的影响，且有效的解决了电极环脱落的问题。
【权利要求】
1.随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，其特征在于:包括钻铤本体(5)、第一、二绝缘层(1，2)和电极环(3)，第一、二绝缘层(1，2)和电极环(3)沿钻铤本体(5)径向自内向外依次设在钻铤本体(5)的表面；所述的第一绝缘层(I)为陶瓷绝缘层或橡胶绝缘层，第二绝缘层(2)为玻璃钢绝缘层；当第一绝缘层(I)为陶瓷绝缘层时，第一、二绝缘层(1，2)之间还设有用于消除第一绝缘层(I)缝隙的聚四氟乙烯涂层(4)。
2.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，其特征在于:所述的电极环(3)包括扣合在一起的电极环上(6)和电极环下(7)。
3.根据权利要求2所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，其特征在于:所述的销子(9)通过过盈配合将电极环上(6)和电极环下(7)固定在一起。
4.根据权利要求3所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，其特征在于:所述的电极环上(6)和电极环下(7)均设有销子孔(8)，销子(9)穿进销子孔(8)与电极环上(6)和电极环下(7)过盈配合；电极环上(6)和电极环下(7)的扣合处预留有焊缝(11)，焊缝(11)处点焊有焊点。
5.根据权利要求3所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，其特征在于:所述的电极环上(6)和电极环下(7)均铣有便于安装销子(9)的安装槽(10)。
6.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，其特征在于:所述的橡胶绝缘层采用的材料为氟橡胶，陶瓷绝缘层采用的材料为氧化铝陶瓷，玻璃钢绝缘层采用的材料为环氧树脂，电极环(3)的材料选用TCll无磁不锈钢。
7.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，其特征在于:所述的电极环(3)的内壁上涂有胶黏剂。
8.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构，其特征在于:当第一绝缘层(I)为陶瓷绝缘层时，第一绝缘层(I)的厚度为0.2mm-0.4mm;聚四氟乙烯涂层(4)的厚度为0.5mm;当第一绝缘层(I)为橡胶绝缘层时，第一绝缘层(I)的厚度为2_3mm。
9.如权利要求1?4中任意一项权利要求所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构的制作方法，其特征在于: 当第一绝缘层(I)为陶瓷绝缘层时，包括以下步骤: 1)在打磨好的钻铤本体(5)表面采用喷涂的方式形成第一绝缘层(I)，然后采用热喷涂工艺在第一绝缘层(I)的表面形成聚四氟乙烯涂层(4)，接着在聚四氟乙烯涂层(4)表面采用玻璃钢缠绕工艺缠绕第二绝缘层(2); 2)在第二绝缘层(2)的表面安装均设有销子孔(8)的电极环上(6)和电极环下(7)，并使电极环上(6)和电极环下(7)扣合在一起，电极环上(6)和电极环下(7)的销子孔(8)位于一条直线，电极环上(6)和电极环下(7)的扣合处预留焊缝(11)，在电极环上(6)和电极环下(7)均铣出安装槽(10)，然后将销子放入安装槽(10)中，将销子(9)穿进销子孔(8)与电极环上(6)和电极环下(7)过盈配合，形成电极环(3); 3)在预留的焊缝(11)处点焊焊点，得到随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构； 当第一绝缘层(I)为橡胶绝缘层时，包括以下步骤: 1)在打磨好的钻铤本体(5)表面采用压胶成型的方式形成第一绝缘层(I)，然后在第一绝缘层(I)表面采用采用玻璃钢缠绕工艺第二绝缘层(2); 2)在第二绝缘层(2)的表面安装均设有销子孔(8)的电极环上(6)和电极环下(7)，并使电极环上(6)和电极环下(7)扣合在一起，电极环上(6)和电极环下(7)的销子孔(8)位于一条直线，电极环上(6)和电极环下(7)的扣合处预留焊缝(11)，在电极环上(6)和电极环下(7)均铣出安装槽(10)，然后将销子放入安装槽(10)中，将销子(9)穿进销子孔(8)与电极环(3)过盈配合，形成电极环(3); 3)在预留的焊缝(11)处点焊焊点，得到随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构。
10.根据权利要求9所述的随钻侧向电阻率测井仪器电极系结构的制作方法，其特征在于:在安装电极环上(6)和电极环下(7)前，在电极环上(6)和电极环下(7)的内表面均匀涂抹一层胶粘剂。
【文档编号】E21B49/00GK104453883SQ201410759458
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】孙衍, 刘枭, 朱军, 吴显, 熊焱春, 杨善森, 刘刚, 唐宇, 何晶, 张萱 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团测井有限公司