微球活动极板的设计原理

2089测井仪器

微球测井要求仪器极板紧贴井壁,才能准确地测量到冲洗带电阻率,但由于很多原因,仪器极板不能很好地紧贴井壁,比如推靠臂弹簧弹性过小、剪刀式推靠内有硬东西卡住推靠臂、推靠限位开关调节不合适、极板设计有缺陷、井眼不规则、大井眼等都会出现贴不好井壁现象。但分析起来,有些问题是人为造成的,是可以避免的。通过在实际生产中的研究发现,设计合理的极板支架能够补偿一部分因极板贴井壁不好造成微球测值低的问题。

1、安装常规极板(非活动极板)的微球仪器在井眼中的姿态分析

首先,我们需要了解仪器在井眼中的运行姿态,经过理论分析和实验验证认为,安装常规极板(非活动极板)的微球仪器在井眼中的姿态如下图17、图18、图19:

图17微球仪器居中时极板与井壁示意图
图18 微球仪器不居中时极板与井壁示意图1
图19微球仪器不居中时极板与井壁示意图2

由上三张图示可以看出常规极板只有在推靠张开最大时也即微球中心线与井筒直径重合时,极板才能与井壁良好接触,而在仪器不居中的情况下(如大斜度井中),随着偏离井眼中心距离的增大,极板与井壁紧贴程度越差。为此只能将极板设计成活动旋转极板,保证仪器偏心时也能使极板可靠贴紧井壁。

2、活动极板的理论分析和结构设计思路

如图20所示,当极板偏离正常位置一定角度后,极板表面就可以和井壁贴紧,满足微球测量的要求,所以可以设计一个安装微球极板的支架,使极板可以在支架上活动需要的角度,而且又要保证安全可靠,不至于把极板拉脱掉。

在图20中,角β为极板偏转角,α为弦切角,δ为弦切角α所对应的圆心角,根据弦切角定理(圆中任何一条弦的弦切角等于其所对应的圆心角)可得,α=δ,由此可推得β= 90º-δ,而δ可以根据井筒直径和微球仪器的主体最大直径并利用几何知识可以算出,即cosδ=(R – r)/R,δ=arccos[((R – r)/R],现使用的微球仪器的主体最大直径r=130mm,裸眼井的直径一般有两种:D=81/2″=216mm,D=91/2″=242mm,相应地R=108mm,R=121mm,由此可以算出极板最大(极限)偏转角β:D=81/2″时,β=23º;D=91/2″时,β=28º(见下图21、图22)。

图20 活动极板与井壁示意图

由上可知,当微球主体紧贴于井壁上时,极板偏转角β仅由井筒直径和微球主体直径决定;当井筒直径一定,而且微球主体紧贴于井壁上时,极板偏转角β仅由微球主体直径决定;微球主体直径越大,极板偏转角β越小,反之越大。

使用活动极板与常规极板由37103队在G34-9B井进行试验对比,发现两者测量结果差异较大,前者更符合曲线之间的响应关系,见图23。

3、实际活动极板的偏转角的选定

考虑到微球仪器在井眼中因其它仪器捆绑扶正器等因素的影响,造成微球仪器外壳偏离井臂2~3cm的情况,决定极板偏转角β为13º。下图24、图25为带有13º活动极板的微球仪器在井眼中的示意图。

图21 81/2″井眼时极板最大偏传角示意图
图22 91/2″井眼时极板最大偏传角示意图
图23 活动极板与常规极板对比测井曲线图 左为常规极板测井曲线;中为活动极板测井曲线;右为双侧向测井曲线
图24 13º活动极板在81/2″井眼时的示意图
图25 13º活动极板在91/2″井眼时的示意图