隨鉆測井儀器由若干個短節組成,兩個短節之間由鉆鋌螺紋相連接。每個短節都有一個單芯總線接口,用來完成各個短節之間的通信和電源的供給,在儀器安裝過程的同時,由于鉆鋌螺紋的轉動,需要在短節的端部安裝滑環,以實現螺紋擰緊過程中單芯總線的可靠連接。
根據儀器的結構特點和使用環境的不同,隨鉆測井儀器主要有兩種結構,鉆鋌外壁內嵌式和鉆鋌內腔插入式,對應這兩種結構,分別采用鉆鋌內嵌式滑環和中心插入式滑環。
隨鉆測井儀器在井下工作過程中,要承受高溫高壓和較大的振動沖擊,滑環的連接與密封的可靠性,直接關系到儀器的使用性能。滑環是隨鉆測井儀器最重要的通用部件,每個短節都要用到,對整個儀器結構和通信的可靠性與穩定性都至關重要。
二、鉆鋌內嵌式滑環
1.鉆鋌外壁內嵌式儀器結構
該結構是在鉆鋌外壁上開槽,將電路板、傳感器及其他零部件安裝到鉆鋌槽內,然后在開槽處安裝蓋板或整體保護筒,將槽內電路板等零部件與外界密封,鉆井液從鉆鋌中間流道通過,
1.鉆鋌 2.凹槽 3.蓋板 4.母扣端 5.公扣端
鉆鋌槽里的電路板通過鉆鋌壁上的小孔連接到鉆鋌兩端,兩個鉆鋌相連時,通過鉆鋌端面的內嵌式滑環完成儀器各個短節之間電源和信號的連接,通過內外密封圈實現與內外泥漿的密封,從而保證可靠連接。
2.鉆鋌內嵌式滑環結構
鉆鋌內嵌式滑環分別安裝在公扣和母扣接觸處的端面上,兩個短節連接時,兩個滑環上的銅環相接觸并壓緊,銅環周圍的橡膠實現滑環與鉆鋌之間的絕緣。
1.公扣端 2.公扣滑環 3.母扣滑環 4.母扣端
公扣滑環和母扣滑環的結構相同,分別安裝在一個短節的公扣端和與之連接的另一個短節的母扣端,由銅環、絕緣橡膠、密封連接器和導線等幾個零件組成,銅環為環形,內外包圍一圈橡膠,與鉆鋌絕緣,導線一端連接銅環,另一端通過密封連接器與鉆鋌外壁凹槽里的電路板連接, 鉆鋌母扣端安裝外密封圈,公扣端臺階上安裝內密封圈和密封擋圈,分別完成儀器與內外泥漿之間的密封。這種滑環的具體結構如下:
1.導線 2.密封連接器 3.絕緣橡膠 4.銅環 5.外密封圈6.銅環7.絕緣橡膠8.內密封圈 9.peek擋圈 10.密封連接器 11.導線
三、中心插入式滑環
1.鉆鋌內腔插入式儀器結構
這種結構由鉆鋌和內部骨架兩部分組成,鉆鋌兩頭是螺紋,中間是空腔,內部骨架安裝儀器所需的電路板和傳感器等零部件,兩頭有密封圈,中間是內部泥漿通道,內部骨架安裝在鉆鋌內部空腔里面,由兩頭的密封圈實現骨架內部零部件與鉆井泥漿的密封,結構示意圖如下所示:
1.公扣端 2.鉆鋌 3.內部骨架 4.母扣端 5.O形密封圈 6.O形密封圈
2.中心插入式滑環結構
中心插入式滑環包括公滑環和母滑環,公滑環安裝在儀器公扣端,母滑環安裝在與之相連的短節母扣端,兩支儀器連接時,公滑環端面的頂針和母滑環端面的銅環相接觸,連接時母滑環內部的彈簧處在壓緊狀態,使得頂針和銅環能在儀器承受較大振動和沖擊的情況下保證連接可靠。
公滑環包括公滑環本體和導電銅環,導電銅環周圍是橡膠,與金屬本體絕緣,母滑環由母滑環本體、導電銅環、壓緊彈簧和背板等組成。公母滑環導電銅環用導線通過單芯插針與儀器內部骨架相連。兩個短節之間公母滑環連接圖如下所示:
四、應用與比較
這兩種滑環與儀器的結構和使用環境相關,在隨鉆測井儀器中都得到了比較廣泛的應用,由于結構和原理的不同,各自的優點和不足之處在于以下幾個方面。
1.鉆鋌內壁式滑環的優缺點
1.1優點:
1.1.1結構簡單,可靠性高
由于這種滑環直接安裝在鉆鋌端面上,內外泥漿分別為內外密封圈所密封,在公扣和母扣的擰緊扭矩作用下,銅環可靠接觸,結構穩定,可靠性高。
1.1.2安裝簡便,不需要專門的連接裝置。
滑環和鉆鋌固化,不需嚴格的對齊和找正,只要連接鉆鋌,打上扭矩,滑環就完成連接,操作簡便,較適合現場的組裝和拆卸。
1.2缺點:
1.2.1結構靈活性不好,不易更換
在現場組裝過程中,一旦滑環出現問題,拆裝非常不便,需要打開鉆鋌,先把滑環和儀器的連接斷開,然后取出銅環和其他全部相關的零件,再更換新的滑環,整個過程費事費力,操作不便,時效性不好。
1.2.2和鉆鋌固化,維保不便
當鉆鋌出現故障和修扣時,都要取出滑環,完成后再重新裝入,頻繁的拆裝對滑環本身易造成損壞,影響儀器的性能和使用壽命。
2.中心插入式滑環的優缺點
2.1優點:
2.1.1結構靈活,更換方便
這種結構的滑環和儀器主體分開,如果連接出現問題,不需對儀器其他部分進行拆卸,直接更換滑環就行,操作簡便。
2.1.2結構獨立,維保方便
在鉆鋌出現故障和修扣時,由于滑環獨立于其他部分,因此對滑環不會產生任何影響,當儀器不使用時,將滑環直接卸下,可以更好地對其進行單獨保養。
2.2缺點:
2.2.1結構復雜,可靠性不太高
母滑環上安裝內外各兩道密封圈,分別與鉆鋌和公滑環配合密封,再由本身的彈簧對其壓緊,整個連接部分零件較多,薄弱環節也較多,容易出現問題,可靠性不高。
2.2.2需要專門的輔助裝置進行安裝
由于這種滑環是彈性結構,包含內外各兩道密封圈,安裝時如果對中不好,就很容易切壞密封圈,因此要用到專門的輔助裝置,使兩個短節嚴格對中,才能保證可靠連接。
五、結論與改進
綜上所述,鉆鋌內壁式滑環結構簡單,儀器安裝方便,但是一旦出現問題更換比較困難,鉆鋌故障和修扣都要對其進行專門處理。中心插入式滑環和儀器主體分開,結構靈活,更換和維保都很方便,但是結構復雜,可靠性不好,安裝時還需要專門的輔助工具,整個儀器的安裝不太方便。
由于這兩種滑環的結構的不同,根據不同的儀器結構和使用環境,可以選擇適合的一種類型,但在使用過程中都會存在一些需要解決的問題,在操作和維保的方便性和連接的可靠性方面,很難得到統一,需根據具體的情況綜合考慮。目前,綜合這兩種結構優點的滑環正在開發和實驗,但還沒得到廣泛的應用。
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