一种适用于密度类测井仪器的自适应贴靠装置

本发明涉及石油测井仪器，具体为一种适用于密度类测井仪器的自适应贴靠装置。

背景技术：

1、在测井作业过程中，密度类测井仪器通常需要将极板紧密贴靠在井壁上以获取准确的地层数据；然而，井下环境具有多变性，常伴有井壁不规则、泥饼附着以及孔径变化等状况，且存在泥浆侵入及井下温度大幅度波动的客观条件；为实现极板贴靠，现有装置普遍采用直接径向外推的机械结构，即通过基础的驱动源提供相对固定的向外推力；虽然此方案在常规孔况下具备一定的贴靠能力，但由于其结构难以剥离内部滑动摩擦阻力与真实的井壁反作用力，且缺乏对贴靠受力状态的动态感知与自适应调节机制，造成在复杂井况下接触力极不稳定，机构发生卡滞的概率升高；同时，在遭遇缩径或泥饼堵塞等突发异常受阻时，现有装置无法及时执行快速退让释放动作，容易导致极板受侧向挤压变形，甚至引发整机滞留井下的工程事故。

2、因此，如何提高复杂井况下极板贴靠压力的稳定性和真实接触力测量的准确性，并有效降低仪器的卡阻滞留风险，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于密度类测井仪器的自适应贴靠装置，具体而言，本发明的技术方案包括：

2、承载基体内设置有伺服电机、丝杠、轴向滑块、径向极板、内部法兰面、内部支撑座、滚珠螺母、应变式测力计、直线位移计、微动开关和复位弹簧；

3、所述伺服电机固定连接于承载基体端部的内部法兰面上，其输出轴连接丝杠的输入端；所述丝杠末端支撑于承载基体内部支撑座上，其上套接有与轴向滑块固定连接的滚珠螺母；

4、所述轴向滑块底部与承载基体内壁形成滑动配合的移动副，其朝向承载基体径向开孔侧加工有倾斜角为15°的第一斜面；

5、所述径向极板背向孔壁侧加工有倾斜角为15°的第二斜面，所述第一斜面与第二斜面直接贴合并保持滑动接触；

6、所述径向极板与承载基体形成仅允许径向滑动的配合关系；

7、所述应变式测力计、直线位移计和微动开关均与内置微处理器电连接，内置微处理器用于根据应变式测力计和直线位移计的信号动态感知贴靠过程连续受力状态并控制伺服电机的正反转。

8、作为优选：所述承载基体为内部中空的圆柱形管壳，所述承载基体的内壁加工有沿轴向延伸的燕尾形导轨，所述伺服电机通过六个均布的内六角螺栓固定连接于承载基体端部的内部法兰面上，所述伺服电机的输出轴通过梅花形弹性联轴器连接丝杠的输入端，所述丝杠的末端通过角接触球轴承支撑于承载基体的内部支撑座上，所述滚珠螺母的法兰端面通过四个高强度螺栓与轴向滑块刚性固定，所述轴向滑块的底部加工有与承载基体内壁导轨配合的燕尾槽，所述径向极板的两侧加工有矩形导向键，所述承载基体的径向开孔两侧加工有配合的矩形导向槽。

9、作为优选：所述应变式测力计通过螺纹连接串接于滚珠螺母与轴向滑块之间，所述应变式测力计用于感测沿轴向传递的推力或拉力，所述直线位移计的定子外壳通过卡箍固定于承载基体内壁，所述直线位移计的动子拉杆通过螺纹旋接于轴向滑块的侧面凸耳上，所述微动开关通过螺钉固定在燕尾形导轨靠近伺服电机端部的极限位置，所述复位弹簧为拉伸弹簧，所述复位弹簧的顶端挂接在径向极板底部的销轴上，所述复位弹簧的底端挂接在承载基体内壁的挂环上。

10、作为优选：所述第一斜面与第二斜面的表面均经过渗碳淬火处理并抛光，所述内置微处理器内部固化有伪载荷基准数据，所述伪载荷基准数据由泥浆粘滞阻力与斜面相对滑动摩擦力共同构成的确定性基础阻力组成，所述伪载荷基准数据用于补偿径向接触力的换算。

11、作为优选：所述内置微处理器被配置为执行基准标定阶段，在所述基准标定阶段中，所述内置微处理器控制伺服电机反转带动丝杠旋转，所述丝杠旋转拉动轴向滑块向回退缩，当轴向滑块的尾端触碰并压下微动开关的触点时，所述内置微处理器记录当前直线位移计的电信号值为空间零点。

12、作为优选：所述内置微处理器被配置为在基准标定阶段之后执行寻迹逼近阶段，在所述寻迹逼近阶段中，所述内置微处理器控制伺服电机正转驱动轴向滑块沿燕尾形导轨向前滑动，所述第一斜面挤压第二斜面，将轴向滑块的轴向移动转化为径向极板克服复位弹簧拉力的径向伸出动作，所述内置微处理器实时读取直线位移计的信号与应变式测力计的信号。

13、作为优选：所述内置微处理器被配置为执行接触判定与力学映射阶段，当径向极板的外表面接触孔壁时，所述内置微处理器根据连续采样周期内推力值的变化特征及预设的接触判定阈值，结合所述伪载荷基准数据，判定所述应变式测力计的受力状态发生改变，所述内置微处理器基于所述直线位移计的数值获取径向极板的实测径向伸出量。

14、作为优选：在所述接触判定与力学映射阶段中，所述内置微处理器依据预设的斜面力学映射关系，结合提取的轴向推力数值并根据所述伪载荷基准数据进行补偿后，得到径向极板作用于孔壁的实测径向接触力。

15、作为优选：所述内置微处理器被配置为执行自适应调节与防卡释放阶段，所述内置微处理器将换算得到的实测径向接触力与预设的恒力目标区间进行比对，若实测径向接触力低于目标区间下限，所述内置微处理器控制伺服电机继续正向微调步进，若实测径向接触力处于目标区间内，所述内置微处理器控制伺服电机保持当前转角锁定，若实测径向接触力高于目标区间上限，所述内置微处理器控制伺服电机反向微调步进。

16、作为优选：在测井仪器沿孔道移动测量过程中，若应变式测力计读取的数值出现突发性反向拉力且变化率绝对值大于预设的安全阈值，所述安全阈值依据井下常规推进工况下测力计输出波动上限设定；

17、所述测力计输出波动上限的具体获取方式为：在已知无缩径的常规孔道内，连续采集多个滑动周期内测力计因泥浆冲击及机构正常摩擦引起的拉力波动极值，取其最大包络值作为该波动上限设定依据，当所述内置微处理器判定径向极板遭遇孔壁缩径卡阻时，所述内置微处理器立即向伺服电机下发最高速度的反转指令，所述伺服电机以最大扭矩和最高转速反转使得轴向滑块在0.2s内回撤50mm；

18、所述伺服电机采用高动态响应伺服电机，且其额定转速与所述丝杠的导程参数相匹配，所述第一斜面对第二斜面的支撑解除，所述径向极板在孔壁挤压力与复位弹簧拉力的双重作用下回缩至承载基体内部。

19、作为优选：所述伪载荷基准数据为在无外部孔壁约束的情况下，所述内置微处理器控制伺服电机以50r/min的恒定转速正转，所述伺服电机驱动轴向滑块推动径向极板从完全收拢状态伸出至最大行程时，所述应变式测力计持续记录克服复位弹簧拉力、导轨摩擦力以及斜面滑动摩擦力所需的轴向推力，所述内置微处理器将推力随直线位移计行程变化的曲线作为伪载荷基准数据固化在存储介质中。

20、本发明具备以下有益效果：

21、1.本发明提高了复杂孔况下接触力测量的准确性与贴靠压力的稳定性；通过轴向滑块与径向极板的斜面配合，利用内置微处理器结合直线位移计和应变式测力计获取信号；在接触判定与力学映射阶段，微处理器在计算中减去固化的伪载荷基准数据，精确换算出真实的径向接触力，解决了难以剥离内部阻力的问题；随后通过自适应调节阶段控制伺服电机步进或锁定，使径向接触力始终维持在恒力目标区间内，保障了贴靠过程的稳定；

22、2.本发明具备防卡释放能力，有效降低了遭遇异常受阻时仪器的卡阻滞留风险；在测井仪器沿孔道移动测量过程中，内置微处理器实时监测应变式测力计数值；若出现突发性反向拉力且变化率超过安全阈值，系统判定遭遇孔壁缩径卡阻，立即向伺服电机下发最高速度的反转指令；轴向滑块迅速回撤解除斜面支撑，径向极板在孔壁挤压力与复位弹簧拉力的双重作用下快速回缩至承载基体内部，避免了极板受侧向挤压变形及引发工程事故。