一种耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板的制作方法

1.本实用新型属于石油地质勘探仪器配套设备技术领域，具体涉及一种耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板。


背景技术：

2.随着钻井垂深增加，井底压力和温度也越来越大，微电阻率扫描成像测井仪作为一种用于井周探测成像设备，其结构是否可靠对井壁分辨的准确度起着至关重要的作用。
3.微电阻率扫描成像测井仪的极板作为微电阻率扫描成像测井仪中重要构成部分，内部包含必要的相关电子线路。然而，现有微电阻率扫描成像测井仪的极板所采用的结构承压最大不超过140mpa，无法满足“深海、深地”未来生产任务的需要，其抗压能力和强度较差，耐高温、高压性能较差。此外，承压进一步增大时，通过采用增加厚度，并不能有效提高抗压能力和强度。


技术实现要素：

4.针对如上所述的技术问题，本实用新型旨在提出一种耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板，该极板具有耐高温、高压性能，其能够在200℃、172mpa以上环境下，保证承压内腔不发生渗漏，并且纽扣电极与极板主体之间具有高绝缘性。
5.为此，根据本实用新型提供了一种耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板，包括：极板承压外壳，在所述极板承压外壳的外壁设有电极安装位；安装在所述电极安装位中的纽扣电极，所述纽扣电极的外部设有绝缘套；设置在所述极板承压外壳的内部的极板承压内衬，所述极板承压内衬设有内部空腔；设置在所述内部空腔内的极板电路板；以及嵌入式安装在极板承压外壳内的极板承压底盖，所述极板承压底盖能够将所述极板电路板限定在所述内部空腔内；其中，所述极板承压外壳构造成包括外层壳体和与所述外层壳体过盈配合的内层壳体。
6.在一个实施例中，所述极板的耐高温极限超过200℃，承压极限超过172mpa。
7.在一个实施例中，所述电极安装位构造成多级圆锥台形槽体，所述纽扣电极构造成能够适配电极安装位的多阶梯圆锥台体形槽体，所述绝缘套包裹在所述纽扣电极的外表面上。
8.在一个实施例中，所述纽扣电极的每阶锥顶半角小于11.3
°
，优选设置为5
°
。
9.在一个实施例中，所述绝缘套采用无机硅水性树脂材料制成，所述绝缘套的绝缘电阻大于10mω。
10.在一个实施例中，所述极板承压底盖与所述电极安装位在径向上相对分布。
11.在一个实施例中，所述极板承压内衬采用热装配方式过盈安装到所述极板承压外壳的内部，极板主体抗压达180mpa以上。
12.在一个实施例中，所述外层壳体和所述内层壳体材料相同，均采用屈服强度＞1000mpa的合金材料。
13.在一个实施例中，在所述极板承压外壳的上端连接有承压插头，所述承压插头双向承受压力大于180mpa。
14.在一个实施例中，所述承压插头与所述极板外壳之间密封连接。
15.与现有技术相比，本技术的优点之处在于：
16.根据本实用新型耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板，其极板承压外壳采用外层壳体和内层壳体形成两层极板外壳结构，显著提高了极板承压外壳的抗压能力和强度。该极板能够在200℃、172mpa以上，保证承压内腔不发生渗漏，同时纽扣电极与极板承压外壳之间具有高绝缘性。由此，使得该极板能够满足微电阻率扫描成像测井仪极板的耐温和承压要求。
附图说明
17.下面将参照附图对本实用新型进行说明。
18.图1示意性地显示了根据本实用新型的耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板的结构。
19.图2示意性地显示了根据本实用新型的耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板中的纽扣电极的结构。
20.图3示意性地显示了纽扣电极的锥顶半角α的示意图。
21.图4示意性地显示了极板承压外壳过盈装配的结构示意图。
22.在本技术中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
23.下面通过附图来对本实用新型进行介绍。
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“轴向”、“径向”、“上”、“下”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
25.图1示意性地显示了根据本实用新型的耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板100的结构。如图1所示，极板100包括极板承压外壳1、纽扣电极安装位2、极板承压内衬3、极板承压底盖4、极板电路板5、极板上接头6。极板承压内衬 3设置在极板承压外壳1的内部，极板承压内衬3设有内部空腔。极板电路板5 设置在内部空腔的内部，用于采集井下信息并进行数据处理。极板承压底盖4嵌入式安装在极板承压外壳1内，极板承压底盖4能够将极板电路板5限定在内部空腔内，同时能够对极板承压内衬3起到一定的限定作用。极板承压底盖4能够与极板承压外壳1共同承受压力，从而对内部零部件形成保护作用。在极板承压外壳1的外壁设有电极安装位2，纽扣电极8对应安装在电极安装位2中。在纽扣电极8的外部设有绝缘套7，从而保障在纽扣电极8与极板承压外壳1之间形成高绝缘性。
26.根据本实用新型，电极安装位2设置在极板承压外壳1的外壁上，电极安装位2可以沿轴向均匀间隔开设有多个。在图1所示实施例中，在极板承压外壳1 的外壁上设有2个在轴向上间隔开分布的电极安装位2。电极安装位2构造成多级圆锥台形槽体，用于安装电极。
27.如图2所示，纽扣电极8构造成能够与电极安装位2适配的多级圆锥台体形。绝缘套7包裹在纽扣电极8的圆锥形外表面上。多个纽扣电极8对应安装在相应的电极安装位2内，用于进行测井扫描。
28.以纽扣电极8为例，当井下压力p
液
作用在面积为s端的纽扣电极8的端面上，如图3所示，产生的作用力为f＝s
端
·
p
液
。由于耐高温、绝缘材料与钢的摩擦系数一般大于0.2，所以临界摩擦角arctan0.2≈11.3
°
。因此，纽扣电极8的锥顶半角α设置成小于11.3
°
，优选设置为5
°
。由此，使得纽扣电极8与绝缘套 7、绝缘套7与极板安装位2安装孔壁能够形成自锁。其中，s
端
指纽扣电极8的端面(图3中的右端面)，p
液
指来自井里钻井液压强，f指作用在纽扣电极8的端面的力。
29.根据材料抗拉强度计算公式：
30.σ＝fb/so31.其中，fb为锥面发生形变时所承受的最大力，so为试样原始横截面积，σ为抗拉强度或者强度极限。
32.纽扣电极8的锥面所受力：
33.f
锥
＝μ
·
p
·s电极
《《σ
·s锥面
34.因此，在高压环境下，纽扣电极8的安装锥面所受力未达到材料发生形变时所受的力，不会存在高压形变的情况，能够达到承受高压的目的。由此，纽扣电极8的这种结构在装配预紧后，能够长期处于稳定的密封和绝缘状态。
35.根据本实用新型的一个实施例，绝缘套7可以采用耐高温无机硅水性树脂材料制成，从而使绝缘套7的绝缘电阻大于10mω以上。
36.在一个实施例中，极板电极安装位2在径向上相对分布。这样能够避免安装时产生相互影响。
37.根据本实用新型，如图4所示，极板承压外壳1构造成包括外层壳体9和套装在外层壳体9内的内层壳体10，且外层壳体9与内层壳体10采用过盈配合方式形成组合极板外壳结构。
38.在一个实施例中，外层壳体9和内层壳体10材料相同，均采用高屈服强度高温合金钢材料制成。
39.如图4示意图所示，极板承压外壳采用外层壳体9和内层壳体10形成两层极板外壳结构。并且，内层壳体10采用热装配工艺安装到外侧壳体9的内孔中，由此，在冷却后使得外层壳体9与内层壳体10形成过盈配合。
40.为了方便理解，将内层壳体10的内半径以a表示，内层壳体9的外半径以c 表示，外层壳体9的内半径比内层壳体13的外半径小
△
，即c
‑△
。外层壳体9 的内半径为b。当将外层壳体9加热，则外层壳体9的内孔膨胀，进而将内层外壳放置于外层里面，冷却后，在外层壳体9与内层壳体10之间产生径向装配压力pc，径向装配压力pc的方向径向向内。此时，内层壳体10的外半径收缩变小，在内层壳体10的外周接触面上的点，获得了负的位移u1。外层壳体9的内半径膨胀而变大，在外层壳体9内周接触面上产生的位移是u2。因此，
△
满足以下关系：
41.△
＝u
2-u142.由材料力学知：
[0043][0044]
其中，u指径向位移，μ指材料泊松比，r指半径，e指材料弹性模量，p1指内层壳体10向外应力，p2指外层壳体9向内的应力。
[0045]
对于内层壳体10，p1＝0，p2＝pc，e＝e1，μ＝μ1，令r＝b＝c整理得
[0046]
u1＝pc·
c[c2(μ
1-1)-a2(1+μ1)/e1(c
2-a2)]
[0047]
同理，对于外层壳体9，p2＝0，p1＝pc，e＝e2，μ＝μ2，令r＝a＝c得
[0048]
u2＝pc·
c[c2(1-μ2)+b2(1+μ2)/e2(b
2-c2)]
[0049]
将u1、u2带入
[0050]
△
＝μ
2-μ1[0051]
可得
[0052]
△
＝pc·
c[c2(μ
1-1)-a2(1+μ1)/e1(c
2-a2)]-pc·
c[c2(1-μ2)+ b2(1+μ2)/e2(b
2-c2)]
[0053]
若外层壳体9和内层壳体10材料相同，则μ1＝μ2，
[0054]
可得内外层壳体接触面应力为
[0055][0056]
或内外层壳体内径变化量
[0057][0058]
由此，极板承压外壳1在外层壳体9和内层壳体10之间的受力最大点上，工作应力的装配应力为异号，所以总应力下降了。因此，这种组合极板形式的极板承压外壳1，相比较于一般的极板外壳能够承受更大的压强，有效提高了极板承压外壳1抗压能力和强度。
[0059]
根据本实用新型，极板承压内衬3采用热装配方式过盈安装到极板承压外壳 1的内部。当极板100在井下承受压力时，极板承压内衬3由过盈装配所产生的应力，抵消一部分来自井下的压力，达到近一步提高耐压能力；当极板100处于地表环境时，极板承压外壳1也产生一个向内应力，抵消来自极板承压内衬3向外的应力，该应力远远小于σ。
[0060]
进一步地，极板承压底盖4嵌入式安装在极板承压外壳1内，并形成为极板承压外壳1的一部分外壁。极板承压底盖4能够将极板电路板5限定在内部空腔内，同时能够对极板承压内衬3起到一定的限定作用。极板承压底盖4能够与极板承压外壳1共同承受压力，从而对内部零部件形成保护作用。
[0061]
根据本实用新型，在极板承压外壳1的上端连接有承压插头(未示出)，承压插头具备双向承受180mpa以上压力能力。承压插头与极板承压外壳1之间采用密封圈密封。
[0062]
根据本实用新型耐高温、高压微电阻率成像测井仪极板100的极板承压外壳 1采用外层壳体9和内层壳体10形成两层极板外壳结构，显著提高了极板承压外壳1的抗压能力和强度。该微电阻率成像测井仪极板100可耐温200℃，承压 172mpa，使其能够在200℃、172mpa以上，保证承压内腔不发生渗漏，同时纽扣电极8与极板承压外壳1之间具有高绝缘性。由此，使得该极板100能够满足微电阻率扫描成像测井仪极板的耐温和承压要求。
[0063]
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连
接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0065]
最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。