电缆式测井仪器液压系统设计及应用.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 2 ． 2 0 1 5 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 0 1 电缆式测井仪器液压系统设计及应用 秦小飞 ， 冯永仁 ， 周 明高 中海油 田服务股份有 限公司 油 田技术研究 院， 北京 1 0 1 1 4 9 摘 要 该文介绍了电缆式测井仪器工作原理及工作环境， 测井仪器为液压系统的特殊应用领域 ， 其工作环境具有温度高、 压力高 、 污 染高及径向空间小的特点， 测井仪器液压系统的设计需遵循特定的设计准则 ， 如平衡式回油箱设计、 模块化设计、 集成块设计等， 其应 用需满足特定的使用及维护准则 ， 以达到测井仪器高稳定性 、 高可靠性要求。液压系统在测井行业中的成功应用 ， 开拓了液压系统的 应用领域， 对其他行业液压系统的设计、 应用具有重要的参考意义。 关键词 测井仪器 ； 液压系统； 模块化； 集成块 中图分类号 T H1 3 7 ； 文献标志码 A 文章编号 1 0 O 8 0 8 1 3 2 O l 5 O 2 一 o o De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n o f Hyd r a u l i c S y s t e m i n W i r e l i ne Lo g g i ng T o o l s Q I NXi a o -f e i ， F E N G Y o n g - r e n ， Z I I OUMi n g - g a o C h i n a Oi l fi e l d S e r v i c e s L i mi t e d ， we l 1 一 T e c h RD I n s t i t u t e ， B e i j i n g 1 0 1 1 4 9 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r p r e s e n t e d t h e o p e r a t i o n a l p r i n c i p l e a n d e n v i r o n me n t o f wi r e l i n e l o g g i n g t o o l s ． T h e a p p l i c a t i o n o f h y dra u l i c s y s t e m i n l o g g i n g t o o l s i s a s p e c i a l a r e a wi t h h i g h t e mp e r a t u r e ， h i g h p r e s s u r e ， h i g h l e v e l o f c o n t a mi n a t i o n a n d l i mi t e d r a d i a l s p a c e ． Th e d e s i g n a n d印 - p l i c a t i o n o f h y d r a u l i c s y s t e m i n wi r e l i n e l o g g i n g t o o l s n e e d t o f o l l o w t h e p a r t i c u l a r r u l e s i n o r d e r t o o b t a i n h i g h s t a b i l i t y a n d h i g h r e l i a b i l i t y ． S u c h a s b a l anc e t y p e o f o i l r e t u r n t a n k ， mo d u l a r i z a t i o n d e s i g n ， ma n i f o l d b l o c k d e s i gn an d d i ffe r e n t i a l l e v e l s o f ma i n t e n anc e ． T h e s u c c e s s f ul a p p l i c a t i o n o f h y dra u l i c s y s t e m i n l o g g i n g i n d u s t r y o p e n e d u p i t s a p pl i c a t i o n are a s a n d s u p p l i e d t h e s i gn i fi c an t r e f e r e n c e s f o r t h e d e s i g n an d a p p l i c a t i o n o f h y dra u l i c s y s t e m i n o the r i n d u s t r y a r e a s ． Ke y wo r d s l o g g i n g t o o l s ； h y d r a u l i c s y s t e m ； mo d u l a r i z a t i o n； man i f o l d b l o c k 0 引言 电缆式测井是利用不同的测井仪器沿井身探测岩 层 的各 种物理特性 ， 并 以电信号形式通过 电缆传送 到 地面仪器， 按照相应的深度进行记录的活动。利用测 井 方法寻找油 、 气层 的基本原理是测 出地层 的孔 隙度 和电阻率 ， 通过这两种参数就能判断出被测地层是油 、 气层 ， 还 是水层 或干层 【 l 1 。测井仪器在井下工作时 ， 环 境压力会随井深增加而加大 ， 井下温度也随井深增加 而增大。目前随着油气勘探开发难度的加大， 井深也 增加到上 万米 ， 井筒温度达 2 0 0 ℃， 压力 达 1 4 0 MP a ， 即 为超高温高压环境 H P HT 。测井仪 器完全浸泡在钻 井液中， 钻井液和地层中的液体、 气体混合 ， 对仪器具 有较强的污染及腐蚀作用。测井仪器在圆柱状的井筒 内工作 ， 仪器本身的形状也固定为圆柱状的金属基 体。因此测井仪器 的工作环境表现为温度高 、 压力高 、 污染高及空间小的特点。 测井仪器中的部分仪器， 因作业特殊性 ， 需要采用 液压系统完成相应测井功能 ， 如地层测试器及井壁取 收 稿 日期 2 0 1 4 0 9 1 2 作 者简介 秦 小飞 1 9 8 1 一 ， 男 ， 贵州遵义人 ， 高级工程师 ， 硕士研究 生 ， 现 从事石油测井设备研发， 液压、 气动系统及元件的研究设计工作。 芯仪， 需要通过液压完成推靠坐封、 钻井取芯等功能。 i 贝 4 井仪器液压系统与普通的液压系统应用具有较大差 别， 其设计需遵循测井仪器的设计准则， 以满足该行业 的特殊应用 。 1 液压系统总功率设计 电缆式测井仪器通过单芯电缆或七芯 电缆进行控 制信号传输和输 电， 受测井 系统 功率和 电缆传输 的限 制 ， 测井仪器液压系统的总功率须控制在可承受的范 围内。液压系统总功率 P 主要分为液压系统动力单 元功率 P P 及液压系统元件功率 。 P P P 1 P P _ p g 2 P ，P 3 测井仪器 液动力 单元采用 直流 电动机带 动液压 泵 ， 根据测井仪器具体功能要求 ， 设计合适 的液压系统 动力单元压力 P 及流量 g 。液压元件功率主要为电 磁阀、 压力传感器等需要进行供电及传输信号的元件 消耗功率 。 2 液压系统平衡式回油箱设计 测井仪器受井下高温高压的工作环境的影响， 其 81 液 压 气 动 与 霉 封 ／2 0 1 5年 第 0 2期 液压系统需采用平衡式设计 见图 1 ， 消除环境压力和 温度对液压 系统 的影响 ， 保证液压系统在各个深度 正 常工作 。受温度升高的影响 ， 液压系统液压油体 积会 发生膨胀 ， 如式4 ； 而受环境压力升高的影响， 液压油受 压缩导致体积减小， 如式5 ， 活塞的移动量实际是两种 条件共同的结果 ， 如 图 1 。鉴于井下环境的温度与压力 的不确定性 ， 在设计中以高温 的影响作为最大膨胀量 ， 以高压 的影 响作为最小的压缩量 ， 同时采用一定 的安 全系数进行设计。 液压油体积膨胀导致活塞位移为 △ 厶 △ 4 式中 △ 液压油膨胀时活塞位移量 ； 液压油膨胀 系数 ； △ ￡ 井温与室温差 ； 液压油总体积 ； S活塞有效面积。 液压油体积压缩导致活塞位移为 △ △ V ／ S 5 式中 △ ￡ 液压油压缩时活塞位移量 ； _一 液压油压缩系数 ； △ p 泥浆柱压力与大气压差 ； 液压油总体积 ； ．卜 活塞有效面积 。 图 1 液压 系统平衡活塞结构 3 液压系统元件选型及设计 测井仪器高温高压的工作环境， 决定了液压系统 元件必须耐高温高压， 且测井仪器圆柱状的结构， 决定 了液压元件的外形必须小。液压元件特别是液压阀类 元件， 需考虑其动态特性对液压系统的影响， 其流通能 力特性参数 ， K v 是 由流过 阀的流量 Q和阀两端 的压 差 来定义 6 √ △ p 阀的K v 值越大， 表示该阀对流体流动阻碍越小 ， 其 通流能力越强 。美 国L E E公 司提供 的阀类产品能满足 测井仪器液压系统要求 ， 该阀使用 L o h m 1 i q u i d o h m 来 表示流阻的大小， 某个阀的L o h m越大， 其流阻就越大， 阀的流通能力就越小。在 8 O。 F 时 ， 流量为 1 0 0 g a l ／ mi n 的水流过阀， 产生的2 5 p s i 的压降时， 则阀的L o h m值为 82 1 。L E E公 司 阀 的流 阻参 数 L o h m转 换 为 流 阻参 数 K V。根据 L o h m及 K V的定义 ， 得到了两者之间的转换 关系为 凰 7 L o h m √ S G 式中 卜单位转换系数。当流量用g a l／ m in ， 压力用 p s i 时 ， K 2 0 ； 当流量用 L ／ m i n ， 压力用b a r 时， K 2 8 8 ； 粘度修正 系数 。与 阀的压差 和油 液的粘 度有关 ， 其关系如图2 所示 ’ ； S G油液的比重。8 0 o F 时纯水 的比重为 1 。 1 O 00 A p 粘厦修正系数 厂 v 图2粘度修正系数与压差粘度的关系 4 液压系统模块化设计 测井仪器 为圆柱状 的金属基体 ， 在径 向空间受井 眼尺寸的限制， 但轴向尺寸无限制， 因此可以将仪器设 计为长 圆柱状 ， 采用模块化设计 的方式 ， 以满足液压系 统设计要求 。测井仪器液压系统按功能划分模块 ， 如 液压动力部分、 执行机构部分、 蓄能器部分等相对独立 功能模块 图3 。 图3 测 井仪器模块 化设计 模块化设计的关键在于各个模块之间的快速连接 ， 包括机械 、 液压及 电气 连接 。模块化标准快接头是模 块化设计 的基础 ， 标准快接头分为上标准快接头 图 4 右侧 及下标准快接头 图4 左侧 ， 通过上、 下标准块接 头的对接 、 拆卸 ， 实现模块化连接功能 。上标准快接头 赦 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 5s - J t r o2期 对仪器模块化对接部分的密封件、 过滤网等进行更换、 清理维护 ， 测井仪器每测井 1口井次 ， 需执行 一级维护 保养 ， 并做好相应记 录。二级维护保养 主要针对易于 磨损密封件及易于污染的液压元件， 如动密封的密封 件 、 大流量液压油通过的液压元件等 ， 测井仪器液压系 统多次使用后 ， 动密封的密封件易受损耗， 导致密封性 能下降， 受污染的液压元件造成液压系统不稳定 ， 需要 进行更换、 清理。测井仪器在测井3口井次后， 需要执 行液压系统二级维护保养 ， 并做好相应记录。三级维 护保养针对所有液压系统所有 的密封件及液压元件 ， 更换所有 的密封件 ， 清理维护所有液压元件 ， 并对各个 模块的功能进行单独测试 ， 确保各个模块功能正常 ， 再 进行整个仪器的连接调试 ， 保证维护保养后仪器盼眭 能稳定可靠 。测井仪器在测井 9 井次或在 高温井 1 5 0 o C以上 中工作 以后 ， 执行三级维护保养 ， 并做好 相应记录。 粤 I 冀 l I 三 竺 竺 鲞 l l 沃 I l 舞l l三 堡 竺 堡 茎 l [ ] 图 7 测井仪器 液压 系统维护保养级别 7 结论 液压系统在电缆式地层测试器钻井中途油气层测 试仪 E F D T 上获得成功应用， 目前该仪器已成功产业 化 ， 在国内外作业 了2 0 0口以上探井 ， 液压系统性 能稳 定可靠。实际应用效果证明了电缆式测井仪器液压系 统设计合理 ， 测井仪器液压系统采用平衡式回油箱设 计、 模块化设计、 集成化设计的方式， 并制定了合理、 规 范的维护保养程序， 保证 了液压系统在温度高、 压力 高、 污染高及空间小的工作环境稳定可靠的工作。液 压系统在测井行业 中的成功应用 ， 开拓 了液压 系统的 应用领域， 对其他行业液压系统的设计、 应用具有重要 的参考意义。 参考文献 【 1 ] 张少程， 黄献阁． 地球物理测井工人读本【 M】 ． 北京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 5 4 5 ． [ 2 】 E ．C ． F i t c h ， I ． T ． H o n g ． H y d r a u l i c C o m p o n e n t D e s i g n a n d S e l e c t i o n [ M] ． O k l a h o m a B a r D y n e ， I n c ， 2 0 0 4 1 4 3 1 4 4 ． 【 3 】 T h e L e e C o m p a n y ． L o h m L a w s f o r L i q u i d s Ho w t o C a l c u l a t e F l o w R e s i s t a n c e f o r L i q u i d s [ E B ／ O E 1 ． [ 2 0 1 4 0 9 0 1 1 ． h t t p ／ w w w ． 1 e e i mh ． c o m／ r e s o u r c e s ／l i q u i d s l o h ms s i mp l i f i e d ． h t m ， 2 0 1 3 ． 【 4 ] T h e L e e C o m p a n y ． V i s c o s i t y C o r r e c t i o n F a c t o r “ V” f o r a S i n g l e O r i fi c e [ E B ／ O L ] ． [ 2 0 1 4 0 9 0 1 ] ． h t t p ／ ／ w w w．1 e e i mh ． c o rn／ r e s o u r c e s ／ l i q u i d s v i s c o s i t y ． h t m． 【 5 】 冯永仁． 一种流体快速接头 中国 ， 1 4 4 7 0 5 5 A [ P 1 ． 2 0 0 3 1 0 08 ． 【 6 】 冯永仁 ， 秦小飞． E R C T 地层测试器液压系统集成设计Ⅲ测 井技术， 2 0 1 2 ， 3 6 5 5 2 3 5 2 5 ． 南通津达液压有限公司致歉声明 南通津达液压有限公司 以下简称津达公司 在对外宣传中派发函件的内容使相关客户产生江苏恒源液压有限公司 以下简称恒源公司 已不存在、 交易对象变更为津达公司的错误认识 ， 导致对恒源公司利益的损害， 津达公司该行为已构 成虚假宣传的不正当竞争行为。为此 ， 南通市中级人民法院于2 0 1 4 年9 月作出终审判决 一 、被告津达公司于本判决发生法律效力之 E t 起立即停止向客户发放和宣传带有“ 现因改制的需要， 今后与贵公司的 业务合作变更为南通津达液压公司” 等虚假宣传内容的函件。 二、 被告津达公司于本判决发生法律效力之 13 起十日内在 液压气动与密封 杂志上刊登声明， 消除影响。如逾期不刊 登， 由原告恒源公司以被告津达公司的名义在 液压气动与密封 杂志上刊登声明， 消除影响。 三、 被告津达公司于本判决发生法律效力之 13 起十 日内赔偿原告恒源公司经济损失及为制止侵权支付的合理费用合 计 6 万元 。 据此， 为消除对恒源公司造成的负面影响， 经法院确认， 津达公司对其虚假宣传的不正当竞争行为， 向恒源公司致歉。 特此声明。 2 0 1 4 年 l 2 月 2 2日 致歉人 南通津达液压有限公司