[发明专利]用于感应式测井仪器探头短节的芯轴组件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种用于感应式测井仪器探头短节（13）的芯轴组件及其制造方法。所述感应式测井仪器探头短节（13）包括沿芯轴组件的轴线设置的线圈天线阵列（22），所述线圈天线阵列（22）通过在绝缘基体上缠绕导线形成，所述芯轴组件包括芯轴（21）和轴向隔开的多个衬套（32），所述多个衬套（32）同心地包覆在芯轴（21）的圆柱形外表面上，所述绝缘基体安装在所述衬套（32）上。

技术领域

本发明涉及一种测井仪器，更具体地涉及感应式测井仪器探头短节的芯轴组件及其制造方法。

背景技术

感应式测井是利用交流电的互感原理，利用发射线圈天线中的交流电流在接收线圈中感应出电动势，由于发射线圈天线和接收线圈天线都在井内，发射线圈天线的交流电流必然在井筒周围地层中感应出涡流，而该涡流又对接收线圈天线的感应电动势产生影响，因此该电动势与涡流的强度有关，即与地层的电导率有关。

阵列感应式测井仪是在普通感应仪器的基础之上发展起来的，该仪器具有一定的径向探测能力。该阵列感应式测井仪采用一系列不同线圈距的线圈天线阵列对同一地层进行测量，然后通过硬件或软件进行聚焦处理来获得不同径向探测深度的地层电导率，从而有效地识别油气层。阵列感应式测井仪向地层发送电磁场，由各个线圈天线阵列接收，接收到的信号经井下仪器处理后遥传至地面仪器。整个仪器的线圈系的关键部分由多个单侧布置的三线圈天线阵列（例如七个三线圈天线阵列）构成，并且工作在多个频率模式下。

在测井过程中环境温度可达180℃，环境压力可达140Mpa。感应式测井仪器探头部件一般为非金属材料，为使探头承受如此高温高压的环境条件，一般使用压力平衡系统，即通过硅油介质使泥浆的环境温度和压力引入探头内部。于是探头内部和地层具有相同的温度。

线圈天线阵列的精度对测量精度起决定性作用。在设计的过程中，需根据现有的工艺能力水平形成合理的线圈系构型。常用的结构是使用导线绕制在某种绝缘基体上形成线圈天线。缠绕之后的线圈天线绝缘基体沿着仪器的轴线依次排列组成线圈天线阵列。

常用的绝缘基体材料有耐高温玻璃钢，但缺点在于玻璃钢的热膨胀系数比较大，当温度升高时线圈的测量信号会发生温度漂移，若漂移超过许可范围，则需拆下线圈构件重新绕制线圈，重新校准仪器。因为阵列感应线圈较多，所以拆装线圈多有不便，而且，由于耐高温玻璃钢多采用高温树脂和玻璃布缠绕工艺实现，属于复合材料，所以切削加工的精度等级较低，作为线圈天线绝缘基体也不能满足阵列感应线圈系的精度要求。

为了使绝缘基体获得较高的切削加工精度和较高的热稳定性，行业已引入工程结构陶瓷作为线圈天线的绝缘基体。常用的陶瓷材料一般为氧化铝陶瓷和氮化硅陶瓷，高温烧结成型为空心圆柱体，利用其热膨胀系数小和无磁绝缘的特性。于是就需要一种探头短节芯轴来安装这些绝缘基体，并确保每一个绝缘基体上的线圈天线满足感应式测井仪器的同轴要求。此外，传统的芯轴边角处由于多处安装结构会使电位产生畸变，丧失空间一致性。

感应式测井仪器结构所需的探头芯轴直径一般为30毫米至50毫米，其长细比超过60。所需的阵列的绝缘基体的内孔对探头芯轴的同轴度小于0.1毫米。目前没有这种高精度探头芯轴的实施案例。

发明内容

为满足感应式测井仪器的探头短节芯轴所需的结构尺寸，以及线圈天线绝缘基体所需的同轴度要求，本发明为感应式测井仪器探头短节提供了一种用于安装线圈天线绝缘基体的芯轴组件。

根据本发明的一个实施例，提供一种用于感应式测井仪器探头短节的芯轴组件，所述感应式测井仪器探头短节包括沿芯轴组件的轴线设置的线圈天线阵列，所述线圈天线阵列通过在绝缘基体上缠绕导线形成，所述芯轴组件包括芯轴和轴向隔开的多个衬套，所述多个衬套同心地包覆在芯轴的圆柱形外表面上，所述绝缘基体安装在所述衬套上。

根据本发明的优选实施例，所述芯轴为细长中空圆管，其长细比超过100，材料为金属合金；所述衬套由耐高温玻璃钢制成，所述芯轴和所述衬套具有大致相同的热膨胀系数。