現有的測井儀器大都采用耐高溫的元器件或材料來實現儀器的耐高溫性能,也有用保溫瓶來實現儀器的耐高溫性能;同時,測井儀器(具體地為高溫高壓探頭段)在井下要承受高壓,為了避免儀器因高壓而損壞,在測井儀器強度不夠的地方,就需要耐高壓設計。在選用強度高的材料仍不能滿足要求的情況下,保持儀器的內外壓力平衡是防止儀器被壓壞的有效方法。目前,平衡壓力的方法主要是在儀器內注硅油,通過保持儀器的內外壓力平衡來實現儀器的耐高壓性能。電子線路段對探頭信號進行采集和傳輸,內置有電路板以對采集的信號進行處理,其中電子線路段的環境壓力為1個大氣壓。為確保感應測井儀器在上述高溫高壓環境下的可靠工作,需要一種承壓接頭,該承壓接頭連接高溫高壓探頭段和電子線路常壓段,實現高低壓的隔離。

1 密封電連接的整體設計
本部分根據感應測井儀器的特點給出設計的要點。如圖1所示,測井儀器一般由電子線路短節1,前放短節2,承壓接頭3和探頭短節4組成。電子線路短節1和前放短節2中裝有測井儀器的電源、發射和采集電路以及通訊電路。承壓接頭3中裝有測井儀器的傳感器。電子線路短節1、前放短節2和承壓接頭3例如為金屬材料制成,承載外部140MPa的環境壓力;而探頭短節4的外殼例如為非金屬材料制成,內部由硅油填充,通過裝置把外部140MPa的環境壓力引導至硅油,確保硅油和外部140MPa的環境壓力相同。

圖2 承壓接頭體的立體圖
2 承壓接頭體的結構設計
如圖2所示,承壓接頭體17材料為高磁導率高強度材料,比如高磁導率高強度沉淀硬化不銹鋼17-4PH。使用此種材料一方面可以對多路信號進行有效地電磁屏蔽,另一方面可用來承載140MPa的環境壓力。承壓接頭體17的左端為容納電子線路線槽的常壓
空氣腔,右端為液壓腔,其中填充硅油。硅油壓力和泥漿壓力平衡,最大可達140MPa。
3 承壓接頭體的強度分析
承壓接頭體是最為關鍵的受力件,對其材料的要求很高,材料選用17-4PH馬氏體不銹鋼,熱處理要求40HRC左右,其屈服強度σs為1180MPa。
4 結論
設計了承壓接頭連接儀器的探頭短節和電子線路短節,該承壓接頭提供了有效的電連接通道,從而解決石油測井儀器耐高溫高壓電連接問題。承壓接頭主要由接頭體構成,由17-4PH不銹鋼制成。對接頭體進行了強度分析和試驗測試,結果滿足要求。該設計已成功應用于感應測井儀器和聲波測井儀器,進行產業化生產,已取得不錯的經濟效果。