一种融合式阵列侧向主电极探头的制作方法

1.本发明涉及石油勘探测井的领域，具体涉及一种融合式阵列侧向主电极探头。


背景技术：

2.目前，阵列侧向测井仪主要是斯伦贝谢的hrla型阵列侧向测井仪与阿特拉斯的1249型阵列侧向测井仪。两种仪器各有优势，斯伦贝谢阵列侧向测井仪主电极为非金属绝缘套与金属电极端面密封的结构形式组成电极系分布，与内部芯轴等部件组成的可拆卸主电极探头结构，拆装与维护更为方便；阿特拉斯的1249型阵列侧向测井仪主电极探头采用金属电极与绝缘套一体化胶结硫化方式形成电极系分布，并通过单芯承压针与线路连接，实现初级放大模块与电极位置非常近，更有利于实现聚焦电场与采集微小信号，形成的电极尺寸分布可以探测较深的地层电阻率参数，但其一体化电极成本高，且不利于后期维护与保养。为此，我们在上述两种仪器的基础上，综合两种仪器各自的优势，重新设计一种融合式阵列侧向主电极探头，兼顾多种优势。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种融合式阵列侧向主电极探头，通过金属电极与高分子绝缘套的端面密封、金属芯轴、内置式线路，实现可拆装的1249电极系尺寸与分布，同时将前方模块靠近主电极，采集原始电极信号，有效缩短了阵列侧向仪器自身及大满贯测井仪器串总体长度，仪器组合测井灵活方便，实现高温高压环境下地层电阻率参数探测，融合上述两种仪器的优势。
4.本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种融合式阵列侧向主电极探头，包括承压金属芯轴、套设在承压金属芯轴上端的上接头和套设在承压金属芯轴下端的下接头，沿承压金属芯轴的外周间隔设置若干金属电极，相邻的金属电极之间设置隔离套而相对绝缘，形成阵列电极系，承压金属芯轴的外壁上套设芯轴绝缘套，所述阵列电极系可拆卸安装在芯轴绝缘套上，所述阵列电极系上设有压力平衡机构，用于平衡探头内部与外界的压力；上接头内设置上线路，上线路通过上接头与上行电路电连接，下接头内设置下线路，下线路通过下接头与下行电路电连接，上线路与下线路分别穿入承压金属芯轴内，并通过设置在承压金属芯轴内的多芯承压插座电连接，多芯承压插座上电连接插设有若干承压插针，各金属电极均通过导线电连接至对应的承压插针上，使金属电极测得信号通过上线路、下线路与外界通信。
5.作为进一步的技术方案，所述压力平衡机构包括液压油腔和滑动密封在液压油腔内的活塞，活塞外侧的液压油腔与外界连通，活塞内侧的液压油腔连通至芯轴绝缘套外，并注满液压油。
6.作为进一步的技术方案，各金属电极与隔离套的接触面上设置密封圈进行密封。
7.作为进一步的技术方案，所述阵列电极系上还设有弹簧，上接头、下接头均与承压金属芯轴通过螺纹连接锁紧，从而对密封圈和弹簧施加轴向压力，维持各金属电极与隔离
套的接触端面密封。
8.作为进一步的技术方案，所述承压插针设置在与各金属电极的总距离最短处。
9.作为进一步的技术方案，所述阵列电极系与上接头、下接头之间设置绝缘衬套。
10.作为进一步的技术方案，所述承压金属芯轴为空心轴结构，上线路内置前置放大模块，下线路内置高低压供电电源。
11.作为进一步的技术方案，所述绝缘衬套、隔离套采用高分子绝缘材料制成，芯轴绝缘套与承压金属芯轴通过高温胶粘结固定。
12.作为进一步的技术方案，所述阵列电极系包括设置在中间的a0电极，该a0电极向上依次为m1电极、m2电极、a1电极、m3电极、m4电极、a2电极、m5电极、m6电极、a3电极、m7电极；该a0电极向下依次为m1’电极、m2’电极、a1’电极、m3’电极、m4’电极、a2’电极、m5’电极、m6’电极、a3’电极、m7’电极。
13.本发明的有益效果为：
14.1、承压金属芯轴(芯轴绝缘套)外周设置可拆卸的阵列电极系，并设置压力平衡机构，动态平衡探头内外压力，提高测量准确度，延长探头使用寿命；
15.2、采用弹簧压缩施加轴向载荷，维持阵列电极系的端面有效密封；
16.3、采用承压插针进行隔压，实现高压环境下线路之间可靠的电气连接；
17.4、承压插针设置在与各金属电极的总距离最短处，使金属电极采集信号受到的干扰小，提高测井性能；
18.5、内置前置放大模块和高低压供电电源，直接采集原始电极信号，有效缩短了阵列侧向仪器自身及大满贯测井仪器串总体长度，仪器组合测井灵活方便，实现高温高压环境下地层电阻率参数探测；
19.6、主电极探头外径为φ92mm，可以在井下175℃高温,140mpa的环境工作，获取地层侵入带至原状地层的多条电阻率变化曲线，并且可以具有更多规格仪器外径(阵列电极系可拆卸更换)，适用于更高温度压力的井下环境。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图。
21.图2为图1的a-a剖视图。
22.图3为图2的部分结构示意图1。
23.图4为图2的部分结构示意图2。
24.图5为图2的部分结构示意图3。
25.图6为图2的部分结构示意图4。
26.图7为图2的部分结构示意图5。
27.图8为图2的部分结构示意图6。
28.图9为图2的部分结构示意图7。
29.图10为图2中b区域的局部放大示意图。
30.图11为图10的c-c剖视图。
31.附图标记说明：上接头1、绝缘衬套2、螺纹环3、承压金属芯轴4、隔离套5、金属电极6、a0电极60、a1电极611、a2电极612、a3电极613、a1’电极621、a2’电极622、a3’电极623、m1
电极631、m2电极632、m3电极633、m4电极634、m5电极635、m6电极636、m7电极637、m1’电极641、m2’电极642、m3’电极643、m4’电极644、m5’电极645、m6’电极646、m7’电极647、芯轴绝缘套7、活塞8、密封圈9、上线路10、弹簧11、下线路12、下接头13、承压插针14、液压油腔15、导线16、多芯承压插座17。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
33.实施例：如附图1～11所示，这种融合式阵列侧向主电极探头，包括上接头1、绝缘衬套2、螺纹环3、承压金属芯轴4、隔离套5、金属电极6、a0电极60、a1电极611、a2电极612、a3电极613、a1’电极621、a2’电极622、a3’电极623、m1电极631、m2电极632、m3电极633、m4电极634、m5电极635、m6电极636、m7电极637、m1’电极641、m2’电极642、m3’电极643、m4’电极644、m5’电极645、m6’电极646、m7’电极647、芯轴绝缘套7、活塞8、密封圈9、上线路10、弹簧11、下线路12、下接头13、承压插针14、液压油腔15、导线16和多芯承压插座17。
34.参考附图2、3、9，承压金属芯轴4的上端通过螺纹环3螺纹连接有上接头1，上接头1与承压金属芯轴4之间设置绝缘衬套2，承压金属芯轴4的下端通过螺纹连接安装有下接头13，下接头13与承压金属芯轴4之间也设置绝缘衬套2。如图3～9所示，沿承压金属芯轴4的外周间隔设置若干金属电极6，每相邻的二个金属电极6之间设置一只隔离套5而保证相对绝缘，从而形成阵列电极系。承压金属芯轴4的外壁上通过高温胶粘结固定套设有芯轴绝缘套7，阵列电极系可拆卸安装在芯轴绝缘套7上，使得探头具有更多规格仪器外径。
35.如图4、8所示，阵列电极系的其中二个金属电极6(a3电极613和a3’电极623)上设有压力平衡机构，压力平衡机构包括液压油腔15和滑动密封在液压油腔15内的活塞8，活塞8外侧的液压油腔15设有一个缝隙与外界连通，活塞8内侧的液压油腔15也设置一个缝隙，并连通至芯轴绝缘套7外，探头上须设置一个注油孔，从而向活塞8内侧的液压油腔15注满液压油，液压油体积随外界温度压力变化，推动活塞8移动，从而动态平衡探头内部与井下高温高压环境。
36.进一步的，参考附图5、7，各金属电极6与隔离套5的接触面上设置密封圈9进行密封。在阵列电极系的其中一个金属电极6(a2’电极622)的内侧还设有弹簧11，由于上接头1、下接头13均与承压金属芯轴4通过螺纹连接锁紧，从而对密封圈9和弹簧11施加轴向压力，通过弹簧11对各密封圈9施加的轴向弹力，维持各金属电极6与隔离套5的接触端面密封。
37.如图5、8、9所示，上接头1内设置上线路10，上线路10通过上接头1与上行电路电连接，下接头13内设置下线路12，下线路12通过下接头13与下行电路电连接，上线路10内置前置放大模块主要负责信号采集与放大、侧向电场聚焦控制、通讯等功能，下线路13内置高低压供电电源。承压金属芯轴4采用空心轴结构，上线路10与下线路12分别穿入承压金属芯轴4内，并通过设置在承压金属芯轴4内的多芯承压插座17电连接，如图10所示，在多芯承压插座17上以电连接的方式，插设有若干承压插针14，各金属电极6均通过导线16电连接至对应的承压插针14上，使金属电极6测得信号通过上线路10、下线路12与外界设备实现通信。
38.优选地，承压插针14设置在与各金属电极6的总距离最短处，使得各金属电极6与上线路10、下线路12的通信长度最短，采集信号受到的干扰小，提高测井性能。优选地，绝缘衬套2、隔离套5采用高分子绝缘材料制成。优选地，本发明提供的主电极探头外径为φ
92mm，可以在井下175℃高温,140mpa的环境工作，获取地层侵入带至原状地层的多条电阻率变化曲线，并且可以具有更多规格仪器外径(阵列电极系可拆卸更换)，适用于更高温度压力的井下环境
39.如图3～9所示，阵列电极系包括设置在中间的a0电极60，该a0电极60向上依次为m1电极631、m2电极632、a1电极611、m3电极633、m4电极634、a2电极612、m5电极635、m6电极636、a3电极613、m7电极637；该a0电极60向下依次为m1’电极641、m2’电极642、a1’电极621、m3’电极643、m4’电极644、a2’电极622、m5’电极645、m6’电极646、a3’电极623、m7’电极647。
40.本发明的通过上接头1和下接头13与其他电极段(各金属电极6)或其他井下仪器一起共同组成整个阵列电极系，可以获取地层侵入带至原状地层的多条电阻率曲线。装配时，从承压金属芯轴4开始装配。在芯轴绝缘套7上按照各金属电极6的分布布置铜排与导线16，用锡焊将导线16一端连接固定在对应的承压插针14上。按照电极分布，依次将多个绝缘隔离套5、多个金属电极6、活塞8、密封圈9、弹簧11等从右端安装在承压金属芯轴4上，然后将下接头13与承压金属芯轴4通过螺纹连接固定，同时产生轴向压力压缩弹簧11与密封圈9。弹簧11受压后产生一定的轴向压力以维持有效的端面密封。在承压金属芯轴4左端，通过螺纹环3与上接头1螺纹连接固定，安装绝缘衬套2。上线路10沿上接头1内孔从左往右装入承压金属芯轴4，下线路12从承压金属芯轴4右端内孔从右往左装入承压金属芯轴4，上线路10与下线路12在承压金属芯轴4内部对接固定与电气连接，同时与多个承压插针14实现电气连接。上接头1左端根据仪器上端接口要求安装接口零件，与上线路10左端接插件一起构成探头上端标准接口。下接头13右端结构与下线路12相关结构一起构成探头下端标准接口。将液压油注入液压油腔15，作为压力平衡介质，通过其体积随温度压力变化，推动活塞8移动，构成探头的压力平衡机构，动态平衡井下高温高压环境，保护探头与维持有效的端面密封。该融合式阵列侧向主电极探头通过上、下标准接口与其他电极段或仪器连接，构成阵列电极系，并通过上线路10与下线路12进行测量控制与采集，将数据存储或上传至测井地面系统，测量地层侵入带至原状地层不同深度的电阻率值。
41.可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：包括承压金属芯轴(4)、套设在承压金属芯轴(4)上端的上接头(1)和套设在承压金属芯轴(4)下端的下接头(13)，沿承压金属芯轴(4)的外周间隔设置若干金属电极(6)，相邻的金属电极(6)之间设置隔离套(5)而相对绝缘，形成阵列电极系，承压金属芯轴(4)的外壁上套设芯轴绝缘套(7)，所述阵列电极系可拆卸安装在芯轴绝缘套(7)上，所述阵列电极系上设有压力平衡机构，用于平衡探头内部与外界的压力；上接头(1)内设置上线路(10)，上线路(10)通过上接头(1)与上行电路电连接，下接头(13)内设置下线路(12)，下线路(12)通过下接头(13)与下行电路电连接，上线路(10)与下线路(12)分别穿入承压金属芯轴(4)内，并通过设置在承压金属芯轴(4)内的多芯承压插座(17)电连接，多芯承压插座(17)上电连接插设有若干承压插针(14)，各金属电极(6)均通过导线(16)电连接至对应的承压插针(14)上，使金属电极(6)测得信号通过上线路(10)、下线路(12)与外界通信。2.根据权利要求1所述的融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：所述压力平衡机构包括液压油腔(15)和滑动密封在液压油腔(15)内的活塞(8)，活塞(8)外侧的液压油腔(15)与外界连通，活塞(8)内侧的液压油腔(15)连通至芯轴绝缘套(7)外，并注满液压油。3.根据权利要求2所述的融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：各金属电极(6)与隔离套(5)的接触面上设置密封圈(9)进行密封。4.根据权利要求3所述的融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：所述阵列电极系上还设有弹簧(11)，上接头(1)、下接头(13)均与承压金属芯轴(4)通过螺纹连接锁紧，从而对密封圈(9)和弹簧(11)施加轴向压力，维持各金属电极(6)与隔离套(5)的接触端面密封。5.根据权利要求4所述的融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：所述承压插针(14)设置在与各金属电极(6)的总距离最短处。6.根据权利要求5所述的融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：所述阵列电极系与上接头(1)、下接头(13)之间设置绝缘衬套(2)。7.根据权利要求6所述的融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：所述承压金属芯轴(4)为空心轴结构，上线路(10)内置前置放大模块，下线路(13)内置高低压供电电源。8.根据权利要求7所述的融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：所述绝缘衬套(2)、隔离套(5)采用高分子绝缘材料制成，芯轴绝缘套(7)与承压金属芯轴(4)通过高温胶粘结固定。9.根据权利要求1～8中任一项所述的融合式阵列侧向主电极探头，其特征在于：所述阵列电极系包括设置在中间的a0电极(60)，该a0电极(60)向上依次为m1电极(631)、m2电极(632)、a1电极(611)、m3电极(633)、m4电极(634)、a2电极(612)、m5电极(635)、m6电极(636)、a3电极(613)、m7电极(637)；该a0电极(60)向下依次为m1’电极(641)、m2’电极(642)、a1’电极(621)、m3’电极(643)、m4’电极(644)、a2’电极(622)、m5’电极(645)、m6’电极(646)、a3’电极(623)、m7’电极(647)。

技术总结
本发明公开了一种融合式阵列侧向主电极探头，涉及石油勘探测井领域，包括承压金属芯轴、上接头和下接头，沿承压金属芯轴的外周间隔设置若干金属电极，相邻的金属电极之间设置隔离套形成阵列电极系，承压金属芯轴的外壁上套设芯轴绝缘套，阵列电极系上设有压力平衡机构；上接头内的上线路与下接头内的下线路分别穿入承压金属芯轴内，通过多芯承压插座电连接，多芯承压插座上电连接插设有若干承压插针，各金属电极均通过导线电连接至对应的承压插针上。本发明通过上、下标准接口与其他电极段或仪器连接，构成阵列电极系，并通过上线路与下线路进行测量控制与采集，将数据存储或上传至测井地面系统，测量地层侵入带至原状地层不同深度的电阻率值。不同深度的电阻率值。不同深度的电阻率值。


技术研发人员：张海余 刘叶兴 陈海贵 方加生 吴建农
受保护的技术使用者：杭州瑞利声电技术有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/20