梁忠明

(大慶油田測試技術分公司 大慶 黑龍江 163311)

0 引 言

MAC 系列多臂井徑測井儀在套管檢測中得到了廣泛的應用，儀器技術指標達到了國內先進水平，在使用和維修等指標上優(yōu)于國外同類儀器。隨著油田開發(fā)時間的延長，套管變形越來越嚴重，直徑為70 mm 的井徑儀器(40 臂)經常遇阻，不能完成測井。研制小直徑(Φ50 mm)井徑儀器，方便儀器起下，極大地減少遇阻的情況。儀器在大慶油田采用二廠現(xiàn)場應用100 多口井，表明儀器能穩(wěn)定可靠地工作，滿足油田生產開發(fā)的需求。

1 儀器的結構和工作原理

1.1 儀器結構

儀器的結構如圖1 所示，20 臂井徑成像測井儀是一種接觸式測量儀器，它由電路部分、電機驅動部分、測量臂總承及其位移傳感器總承、上下扶正器組成。

圖1 20 臂井徑儀總體結構圖

1.2 儀器的工作原理

1.2.1 測井儀機械測量原理

20 臂井徑成像測井儀是通過儀器的二十個測量臂與套管內壁接觸，將套管內壁的變化轉為井徑測量臂的徑向位移，通過井徑儀內部的機械設計及傳遞，變?yōu)橥茥U的垂直位移;差動位移傳感器將推桿的垂直位移變化轉換成電信號。儀器使用的傳感器是一種非接觸式的機電轉換器件，其輸出電信號的幅度與其內部鐵芯的位置成正比。每一測量臂都帶動一個推桿磁芯，從而將測量井徑臂的徑向變化轉變?yōu)閭鞲衅鬏敵鲭妷旱淖兓?］。

1.2.2 測井儀電路工作原理

儀器采用雙單片機結構，單片機2 負責控制多路模擬開關、信號預處理電路、A/D 轉換器和鎖存器，使儀器傳感器輸出電壓的變化值分時進入信號采集系統(tǒng)進行處理。單片機1 將單片機2 采集的信號進行編碼、傳輸至地面采集系統(tǒng)。

井下儀器電路原理框圖如圖2 所示。

圖2 井下儀器電路原理框圖

1.3 儀器的技術指標

20 臂井徑成像測井儀的主要技術指標如下:

儀器外徑:Φ50 mm 長 度:2 030 mm

耐 溫:175℃ 耐 壓:60 MPa

工作電壓:120 VDC 工作電流:140 mA

測量范圍:Φ51 mm ～Φ188 mm 分 辨 率:0.3 mm

2 儀器的關鍵技術

2.1 低壓電源的實現(xiàn)

井下儀器能可靠地工作，低壓電源起到至關重要的作用。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓直流電源在工作中發(fā)熱量大，在井下工作時，穩(wěn)定度不高，且效率很低。該儀器采用變壓器降壓型高頻開關電源，通過控制電路控制電源的輸出。能為電路板提供+5 V、±15 V 電源及傳感器驅動信號。電源輸出穩(wěn)定，效率高，帶載能力強，可在175℃的高溫環(huán)境下長時間穩(wěn)定工作［2］。原理框圖如圖3所示。

圖3 電源原理框圖

2.2 儀器信號采集電路的實現(xiàn)

20 臂井徑成像測井儀采集二十個傳感器的數(shù)據(jù)，需要數(shù)據(jù)分時進入模數(shù)轉換芯片。把二十個信號分成三路，這樣兩次利用八選一模擬開關完成信號的排列。傳感器輸出的交流信號進入檢波電路，完成從交流信號到直流信號的轉換。該檢波電路由運算放大器、電阻和電容組成，電路對信號衰減小，且有效地抑制噪聲，能穩(wěn)定不失真的完成信號轉換。

2.3 傳感器驅動電路的實現(xiàn)

20 臂井徑成像測井儀傳感器采用電磁感應原理，在傳感器的外殼上并繞三組線圈，三組線圈的一端接到一起為公共地。一組線圈輸入正弦波信號，另兩組線圈通過電磁感應會感應出正弦波電信號，傳感器中間有磁芯移動，則另兩組線圈感應出的電信號大小會發(fā)生變化，這樣就完成了傳感器信號的拾?。?］。

20 臂井徑儀傳感器驅動電路采用恒流方式，電路由運算放大器、MOS 管、三極管、電阻和電容組成。溫度的影響不會改變傳感器驅動信號的大小。經過室內試驗，傳感器驅動信號在溫度從常溫到150℃時，傳感器驅動信號沒接傳感器時(幅度為7.2 V)和接入傳感器時(幅度為5 V)變化都不到50 mV，見表1 和表2。保證了儀器的穩(wěn)定、可靠工作。

表1 傳感器驅動信號沒接負載(傳感器)時實驗數(shù)據(jù)

表2 傳感器驅動信號接入負載(傳感器)時實驗數(shù)據(jù)

2.4 機械設計

2.4.1 端面力平衡

常壓狀態(tài)下電機提供動力克服摩擦力、扶正器彈簧的彈力及測量臂彈簧組的壓縮彈力，測量臂張開時，電機提供的力要小于測量臂收攏時需要的力。

2.4.2 傳動總承

采用同軸電機傳動，利用軸套、絲杠、軸承、傳動桿及傳動筋板傳遞動力，這種方式克服了齒輪傳動儀器外徑大的缺點。

2.4.3 測量臂及傳感器位置

由于儀器外徑限制，測量臂采用單圈排放，傳感器及測量推桿采用雙圈排放，這種方法優(yōu)點是:儀器短;數(shù)據(jù)傳遞方便;密封可靠(可承受60 MPa 的壓力)。

3 現(xiàn)場應用

南5 -丁4 -724 井是采油二廠的一口生產井，2014年3 月對該井進行了測試，從圖4 可以看出，在781 m ～787 m 處，套管出現(xiàn)變形。在782 m ～784 m 處20 個獨立的測量臂曲線變化明顯，而直徑最大值和最小值變化不是很大，說明該井為挫斷變形，從多臂井徑立體成像圖上也可以看出該井段為挫斷變形［4］。

圖4 儀器在南5 -丁4 -724 井測井成果圖

南6 -10 -630 井在968 m ～980 m 處出現(xiàn)變形，最大變形點為970 m，變形處最大井徑132 mm，最小井徑118 mm，如圖5 所示。該井段為腐蝕變形，從多臂井徑成像圖和立體圖上都明顯反應出該井段的變形［5］。

4 結束語

儀器研制完成后，在采油二廠進行了100 多口井的現(xiàn)場實驗，一次下井成功率達到99%。20 臂井徑儀器的研制成功，克服了40 臂井徑儀器外徑大，下井成功率低的問題。通過現(xiàn)場試驗，證明20 臂井徑成像測井儀工作性能是穩(wěn)定的、可靠的，它能準確地測量套管腐蝕變形程度，為監(jiān)測套管的狀況，延長油水井的使用壽命，提供詳實可靠的依據(jù)。

圖5 儀器在南6 -10 -630 井測井成果圖

［1］劉立志，劉存輝，張宗亮.40 臂井徑成像儀器工作原理及其現(xiàn)場應用［J］.石油儀器，2011，25(2):27 -29.

［2］王志強，肖文勛，虞 龍.開關電源設計(第三版)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010:400 -425.

［3］張建軍.AT ～+三臂井徑儀與國產伽馬儀、磁定位儀組合測井的實現(xiàn)［J］.石油儀器，2006，20(1):75 -76，80.

［4］劉樹峰.DCTS-43 電磁探傷和MAC40 臂測井儀在吉林油田的應用［J］.石油儀器，2012，26(1):42 -44.

［5］宋 杰，劉建中，范玉霞，等.40 獨立臂井徑成像測井儀在套損檢查中的應用［J］.測井技術，2003，27(2):155 -158.