安立恒

摘 要 鉆井用井下儀器在工作時(shí)不僅要實(shí)現(xiàn)其作業(yè)功能還要承受巨大的振動(dòng)和沖擊，這就要求儀器整體都要具備抗震性，這樣才能保障作業(yè)的成功率和作業(yè)的安全性。

關(guān)鍵詞 石油鉆井;井下儀器;抗震

在整個(gè)鉆井和隨鉆測(cè)量的過(guò)程中，由于鉆頭實(shí)時(shí)在沖擊地層，所以會(huì)給井下鉆測(cè)儀器帶來(lái)巨大且不規(guī)則的振動(dòng)和沖擊。井下儀器在工作過(guò)程中要承受這些振動(dòng)和沖擊就應(yīng)具備合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的抗震裝配工藝。下面我就闡述下這些抗震選材、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震裝配工藝。

1 儀器的選材

（1）儀器鉆鋌的選材：根據(jù)儀器井下作業(yè)的振級(jí)和環(huán)境工況，鉆鋌本體應(yīng)選擇高強(qiáng)度、高韌性、高耐腐蝕性、非磁性、良好的高溫性，加工性、焊接性的金屬材料，例如Inconel 718或10NiCrMoTiB1515都是不錯(cuò)的選擇[1]。

（2）電子元器件的選擇：為了增加整體電路的抗震性，電子元器件需要選擇抗震性能優(yōu)良的，元器件的防振規(guī)格要滿足振動(dòng)加速度不小于8g。

2 儀器結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和裝配工藝

（1）儀器鉆鋌和儀器骨架的裝配固定方式

首先在儀器骨架的兩端位置使用鎖緊漲緊機(jī)構(gòu)把儀器骨架牢固的固定在儀器鉆鋌的內(nèi)壁，其次在儀器骨架的中軸方向均布扶正環(huán)和扶正密封圈來(lái)避免巨大的沖擊和振動(dòng)。

（2）儀器鉆鋌連接處螺紋的表面特種工藝和裝配工藝

①為了增加螺紋表面的強(qiáng)度可以采用噴丸工藝;②鉆鋌連接處的螺紋必須施加扭矩，根據(jù)儀器的材質(zhì)和螺紋的大小確定施加扭矩的大小;在公螺紋與儀器骨架之間安裝阻尼墊片，最佳的阻尼墊片為尼龍材質(zhì)。③為了防止螺紋表面發(fā)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，在安裝在之前需在螺紋表面均勻地涂抹銅基絲扣油。

（3）配件與鉆鋌的連接方式設(shè)計(jì)

①配件與鉆鋌的最佳連接方式為螺紋連接。螺紋需做噴丸或鍍銅處理。②對(duì)于不宜使用螺紋連接的配件，需要設(shè)置固定附件、限位卡簧、波紋彈簧為組合的方式進(jìn)行連接。③執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間最佳連接方式為彈性聯(lián)軸器連接，例如泵和馬達(dá)的連接、電機(jī)和泵的連接、馬達(dá)與減速機(jī)的連接等。

（4）儀器固定螺釘材質(zhì)的選擇和裝配工藝

①儀器表面的固定螺釘及儀器內(nèi)部的關(guān)鍵部位的固定螺釘需選擇強(qiáng)度等級(jí)為A4-100或以上的防銹螺釘。②鉆鋌表面的固定螺釘在安裝時(shí)需涂抹高強(qiáng)度螺紋膠。③螺釘需要根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)施加扭矩。④螺釘需要加裝防松墊圈。

（5）儀器內(nèi)部密封處的抗震設(shè)計(jì)

①儀器內(nèi)部密封方式以密封圈密封方式為最佳選擇，如果密封處尺寸空間足夠建議使用雙密封圈結(jié)構(gòu)并且密封圈直徑不小于3毫米。②為了達(dá)到更好的抗震效果，可以在密封處加裝擋圈，PEEK材質(zhì)為擋圈的最佳材質(zhì)。③密封處在安裝時(shí)需在密封圈表面均勻涂抹硅脂。

（6）儀器電路固定方式的抗震性設(shè)計(jì)及裝配工藝

①為了提高電路的抗震性，電路板需進(jìn)行灌膠處理，且膠塊的四周需做成網(wǎng)格狀。②電路板與電子元器件需進(jìn)行可靠的焊接，焊接標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合 IPC J-STD-001E標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。③若電路板安裝處的空間尺寸足夠，可設(shè)計(jì)一層金屬護(hù)套來(lái)避免電路板的與儀器本體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。④電路插接件連接時(shí)一定要用螺釘和彈性墊圈的組合固定，且在螺釘?shù)穆菁y均與的涂抹絕緣緊固劑，在螺釘擰緊之后還需在螺帽處涂抹室溫硫化硅橡膠來(lái)提高其連接處的抗震效果。⑤對(duì)于不滿足灌膠工藝處理的電路板，需在連接螺釘處加裝抗震墊，抗震墊的材質(zhì)最佳選擇為硅膠。⑥電路的連接線相對(duì)于儀器本體要進(jìn)行可靠的固定，需使用高溫膠帶和EVA膠帶的組合將導(dǎo)向固定在儀器的本體上，且在線束的接頭處要使用扎線繩將線束本身捆綁，來(lái)提高其抗震能力。⑦液壓閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的線束需使用銅絲和本體進(jìn)行捆扎。⑧對(duì)于不具備使用螺釘、綁線及室溫硫化硅等固定的線路及接頭處，需在其密封腔內(nèi)注滿硅脂來(lái)提高其抗震性。

（7）儀器本體軸承處的抗震性設(shè)計(jì)

①對(duì)于相對(duì)本體轉(zhuǎn)動(dòng)的部位，需要使用耐磨軸承，其中研磨部位的金屬材料同樣要求滿足振動(dòng)加速度等級(jí)不小于8g。②軸承本體設(shè)計(jì)以分體設(shè)計(jì)為最佳，能起到應(yīng)力釋放的效果讓耐磨軸承更好的承受井下振動(dòng)沖擊，延長(zhǎng)其使用壽命。③為防止研磨部位金屬在振動(dòng)條件下脫落，需采用硬質(zhì)合金燒結(jié)技術(shù)來(lái)提高軸承本體的抗震性。④在軸承本體連接尺寸空間允許的情況下，可加裝扶正密封圈來(lái)增加其抗震性。⑤可選擇尺寸過(guò)盈配合、定位銷和熱裝形式的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)軸承與儀器本體的連接，也可選擇螺紋形式與本體進(jìn)行連接。⑥軸承自身若采用分體設(shè)計(jì)，可采用尺寸過(guò)盈配合、定位銷和熱裝形式的組合作為連接方式。⑦若軸承與本體之間采用螺紋方式連接，需根據(jù)螺紋的尺寸施加合理的扭矩，以及加裝波紋彈簧來(lái)減少井下振動(dòng)對(duì)軸承產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊。

（8）儀器本體銷軸固定處的抗震性設(shè)計(jì)

①在儀器本體和配件連接方式不能選擇螺紋連接或者過(guò)盈配合熱裝連接的方法時(shí)，可選擇銷軸的固定連接的方式。②銷軸本體材質(zhì)需選擇高耐腐性、高強(qiáng)度、高韌性的金屬材料，可選用TC4、Inconel 718或10NiCrMoTiB1515材料。③銷軸與儀器本體接觸表面，應(yīng)加裝銅材質(zhì)保護(hù)套，并留有潤(rùn)滑脂孔，最佳的潤(rùn)滑脂為銅基潤(rùn)滑脂，用此減少銷軸收到的振動(dòng)沖擊。④銷軸的兩端應(yīng)加裝孔用卡簧，防止銷軸受振動(dòng)沖擊產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)。

（9）儀器鉆鋌表面的金屬密封堵頭的抗震性設(shè)計(jì)

這些金屬密封堵頭與儀器本體的連接方式以螺紋連接為最佳，并設(shè)置雙密封圈槽，增大其抗震性，在堵頭安裝時(shí)需要在螺紋處均與涂抹螺紋緊固劑，密封圈處均與涂抹硅脂，擰緊時(shí)施加扭矩，并在最外側(cè)安裝孔用卡簧[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)鉆井用井下儀器進(jìn)行抗震性設(shè)計(jì)是非常必要的，它是安全生產(chǎn)和儀器可靠性的前提條件。希望這些設(shè)計(jì)對(duì)行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員有指導(dǎo)性的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 葛亮，胡澤，陳平.井下工程參數(shù)隨鉆測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2013，（8）：105-107

[2] 李迅科，周建良，李嗣貴，等.深水表層鉆井動(dòng)態(tài)壓井裝置的研制與應(yīng)用試驗(yàn)[J].中國(guó)海上油氣，2013，（6）：70-74，81.