摘要 本文对一种典型的测井仪器电子骨架机械结构进行介绍,并对电子骨架机械结构所用材料进行热膨胀的计算,说明了仪器材料热膨胀可能对仪器造成的影响。
在常规仪器的设计阶段就进行必要的补偿设计,使得仪器的电子骨架机械结构免于受到井下高温的影响保持正常工作,对其他常规仪器的电子骨架设计工作提供有益的参考。

　　关键词 电子骨架;热膨胀;补偿设计
　　中图分类号TE15 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)26-0138-02
　　
　　The Calculation of Material Thermal Expansion for Conventional Logging Instrument and Its Compensation Design
　　
　　Abstract In this paper, a typical logging tool introduces electronic skeleton mechanical structure, and electronic materials used in mechanical structures framework for the calculation of thermal expansion, thermal expansion device illustrated may impact on the instrument. In conventional instruments the design stage the necessary compensation for the design, making the electronic equipment from being underground skeleton mechanical structure to maintain the normal temperature of the work of other conventional electronic instruments designed to provide a useful frame of reference.
　　Keywords E-skeleton;Thermal expansion;Compensation Design
　　
　　世界上许多地方如墨西哥湾、北海、中国等较容易勘探的油气井越来越少,测井仪器越来越多的工作在超高温(温度高于218℃),高压(压力高于103MPa),强震动和泥浆的环境之中。
井内压力可达140 MPa温度可达200℃。
如此恶劣的环境对测井仪器是一个巨大的挑战。
尤其是200℃的高温对仪器影响很大。
仪器内部的电子器件多由于保温瓶的保护而工作相对比较正常,所以没有保温瓶保护的机械结构受高温影响就会比较大。
如果在仪器设计阶段忽略这些影响会造成仪器的损坏影响工作效率造成不小的经济损失。

　　根据常规测井仪器的机械结构和笔者的观察,材料热膨胀主要会造成仪器骨架保温瓶的损坏,由于保温瓶的损坏进而造成电子元器件受到高温侵袭而影响测井效果。

　　1 测井仪器常用材料及其线膨胀率
　　通常所说膨胀系数是指线膨胀系数,其意义是温度升高1℃时单位长度上所增加的长度,单位为厘米/厘米・度。

　　假设物体原来的长度为L0,温度升高后长度的增加量为△L,实验指出它们之间存在如下关系:
　　△L/ L0= α1 △t
　　必须指出,由于膨胀系数实际上并不是一个恒定的值,而是随温度变化的,所以上述膨胀系数都是具有在一定温度范围△t内的平均值的概念,因此使用时要注意它适用的温度范围。

　　由于井下环境十分严酷除有高温高压影响外,井内还存在各种酸碱钻井液,硫化氢,氯气等腐蚀性介质。
测井仪器的材料选择往往需要考虑以上不利因素的综合影响。
各个企业通过考虑自身的加工条件,材料采购难易程度,材料成本等往往选择诸如马氏体沉淀硬化型不锈钢(17-4PH),钛合金(TC4,TC6,TC11),马氏体不锈钢(2Cr13),硬铝(LY12),超硬铝(LC4-CS),普通不锈钢(1Cr18Ni9Ti)等,他们的线膨胀系数如表1。

　　2 常规测井仪器电子骨架机械结构及其热膨胀计算
　　2.1 常规测井仪器电子骨架介绍
　　现以常见的微球聚焦型测井仪为例进行常规仪器外壳内部机械结构的分析。
该仪器的外壳内部电子骨架机械结构在常规测井仪器中应用非常普遍,在常规仪器中具有典型性。
微球聚焦测井仪从机械结构来讲可以中接头为分界点将仪器分成两部分(如图1)。

　　中接头的左边为电子骨架机械总成,中接头的右边为微球推靠器总成。
推靠器总成由于所有的零部件都是暴漏在严酷的井下环境中,所以对其材料强度,硬度,耐腐蚀性等有基本一致的要求,所选择材料基本为钛合金,17-4PH等导致其线膨胀系数基本一致所以温度对推靠器总成的影响较小。
现在主要分析温度对外壳内部的电子骨架的影响。

　　电子骨架总成由电子线路和推靠器的传动系统组成。
由于工作环境和工作要求的不同使得其材料各不相同所以高温环境主要在此处对仪器产生不利影响。

　　微球聚焦测井仪的电子骨架和推靠传动系统结构顺序如图2。

　　此部分结构的长度和材料如表2所示。

　　2.2 仪器各部分热膨胀计算
　　仪器各零部件的线膨胀量按下式计算:
　　△L=α(t2-t1)L
　　式中:△L为零部件线膨胀(收缩)量,单位为mm;
　　α为材料平均线膨胀系数(1/℃);
　　t2为零件工作时的温度,单位为℃;
　　t1为零件安装时的温度,单位为℃;
　　L为零件计算长度。
单位为mm。

　　对于该仪器计算如下:
　　△L1(外壳伸长量)=2498×(200-20)×11.1×10-6= 4.991(mm)
　　△L7(中接头伸长量)=80×(200-20)×9.2×10-6= 0.13248(mm)
　　△L6(电机托架伸长量)=425×(200-20)×23.4×10-6= 1.79(mm)
　　△L5(28芯插座伸长量)=25×(200-20)×22.5×10-6= 0.10125(mm)
　　△L4(外骨架伸长量)=587×(200-20)×24.1×10-6= 2.5464(mm)
　　△L3(保温瓶伸长量)=1319×(200-20)×17×10-6= 4.03614(mm)
　　△L2(上接头伸长量)=58×(200-20) ×9.2×10-6= 0.096(mm)
　　根据该仪器的结构仪器在井下工作时各部分长度之间应该保持如下关系:
　　0mm