一种随钻电成像仪器的制作方法

1.本文涉及测井技术，尤指一种随钻电成像仪器。


背景技术：

2.随钻高分辨率电成像仪器需要在井下旋转钻井工况下测量井壁电阻率信息，探头与井壁间隙会很大程度上降低测量信号的精度，从而降低井壁成像质量。理想的测量方式是探头时刻与井壁贴紧。现有的随钻电成像仪器其成像探头固定在钻铤上，探头与井壁之间存在间隙，而且该间隙随着仪器在井眼内偏心而不断变化，因此不能保证获得井壁的准确信息。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种随钻电成像仪器，这种随钻电成像仪器包括：
4.钻铤，设置有安装孔，所述安装孔从所述钻铤的侧壁径向向内凹陷；
5.套筒，设置在所述安装孔内且与所述安装孔同轴设置，其侧壁上设置有第一通孔和第二通孔；
6.伸缩件，包括插入到所述套筒内且能沿所述套筒的轴向滑动的滑杆以及从所述滑杆径向向外伸出限位件；
7.环形活塞，套装在所述滑杆上且能沿所述滑杆滑动；
8.第一弹性件，用于对所述伸缩件施加背离所述安装孔孔底的弹力；
9.第二弹性件，用于对所述环形活塞施加朝向所述安装孔孔底的弹力；
10.驱动装置，用于在接收到启动测量指令后向所述第一通孔中注入液体；
11.其中，所述套筒和所述滑杆之间形成一个环形空腔，所述环形活塞位于所述环形空腔内且将所述环形空腔分隔为第一环空腔和第二环空腔，第一环空腔相较于第二环空腔更靠近安装孔的孔底，所述限位件位于所述第一环空腔中，所述第一通孔连通于所述第一环空腔，所述第二通孔连通于所述第二环空腔，所述第二弹性件所施加的弹力大于所述第一弹性件所施加的弹力。
12.驱动装置通过第一通孔向第一环空腔中注入液体，液体对环形活塞施加一个液压，该液压大于第二弹性件所施加的弹力，因此该液体能推动环形活塞向安装孔的开口方向运动，同时第二环空腔被压缩，第二环空腔中的液体从第二通孔流出。环形活塞向安装孔的开口方向运动时，第一弹性件对滑杆施加的弹力带动伸缩件向安装孔外伸出，直至伸缩件抵接于井壁。在随钻电成像仪器绕钻铤的轴线转动时，由于伸缩件与井壁之间为弹性接触，即便井壁不是规则的圆柱面或者仪器与井眼不同心，伸缩件也能始终与井壁接触，可以将成像电扣设置在头部，随钻电成像仪器能探测到更准确地井壁电阻率信息。
13.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
14.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
15.图1为本技术实施例中随钻电成像仪器的主视图；
16.图2为图1中a
‑
a面的剖视图；
17.图3为图2中b处的放大图；
18.图4为图3中c处的放大图；
19.图5为本技术实施例中驱动装置的示意图。
具体实施方式
20.如图1所示，图1显示了本实施例中的随钻电成像仪器。随钻电成像仪器包括钻铤1、套筒3、伸缩件2、第一弹性件5、环形活塞4、第二弹性件6和容线管7。钻铤1为大致的圆柱形，钻铤1上设置有一个安装孔11。安装孔11可以是盲孔。安装孔11从钻铤1的侧壁径向向内凹陷。套筒3、伸缩件2、第一弹性件5、环形活塞4和第二弹性件6和容线管7均设置在钻铤1的安装孔11内。
21.安装孔11的开口位于钻铤1的侧壁上。钻铤1上的安装孔11可以是阶梯孔。安装孔11包括第一孔段111和第二孔段112。第一孔段111和第二孔段112均为圆孔。第一孔段111的一端连通于第二孔段112的一端。第一孔段111与第二孔段112同轴设置。第二孔段112相较于第一孔段111更靠近安装孔11的开口。第二孔段112的直径大于第一孔段111的直径。
22.套筒3包括第一套管31、第二套管32和密封法兰33。第一套管31包括第一筒体310、第一法兰314和挡圈313。第一筒体310为圆筒。第一筒体310设置在第一孔段111内且与第一孔段111同轴设置。第一筒体310的外周壁抵接于第一孔段111的内周壁。第一法兰314为圆环形。第一法兰314设置在第一筒体310靠近第二孔段112的一端，且与第一筒体310同轴设置。第一法兰314的外径大于第一筒体310的外径。第一法兰314的外径小于第二孔段112的内径。第一法兰314位于第二孔段112内。第一法兰314的一个端面抵接于安装孔11的孔肩。挡圈313设置在第一筒体310的内壁上，且与第一筒体310同轴设置。
23.第二套管32包括第二筒体321、第三筒体323和连接环322。第二筒体321和第三筒体323均为圆筒。第二筒体321的外径大于第三筒体323的外径。第二筒体321、第三筒体323和连接环322同轴设置。第二筒体321和第三筒体323分别位于连接环322的相对两侧。第二筒体321的一端连接于连接环322的外缘，第三筒体323的一端连接于连接环322的内缘。第二筒体321位于第二孔段112内，第二筒体321的外周壁抵接于第二孔段112的内周壁。第三筒体323插入到第一筒体310内。第三筒体323的外周壁抵接于第一筒体310的内周壁。第三筒体323背离第二筒体321的端面可以与挡圈313相抵。第一法兰314与第二筒体321之间通过螺钉连接。
24.密封法兰33为圆筒结构。密封法兰33与第一筒体310同轴设置。密封法兰33连接于第一筒体310背离第二套管32的一端。密封法兰33的外周壁与第一筒体310的内周壁相抵。密封法兰33的外周壁上设置有外螺纹，第一筒体310的内周壁上设置有与该外螺纹相匹配的内螺纹。密封法兰33拧入到第一筒体310内。
25.伸缩件2包括滑杆22、限位件24和头部21。滑杆22为直条形。头部21设置在滑杆22
的一端。滑杆22插入到套筒3内。滑杆22依次穿过密封法兰33、第一筒体310、挡圈313和第三筒体323的内孔。滑杆22的外周壁可以分别与密封法兰33的内周壁、挡圈313的内周壁和第三筒体323的内周壁相抵，滑杆22分别与密封法兰33、挡圈313和第三筒体323间隙配合。滑杆22能沿密封法兰33、挡圈313和第三筒体323间隙的内孔滑动。头部21设置在滑杆22朝外的一端上。头部21可以设置成回转体。头部21可以是大致的圆台形。头部21具有顶面和底面，底面的直径大于顶面的直径。头部21的底面连接于滑杆22，头部21的顶面朝外。头部21与滑杆22之间同轴设置。头部21的底面的直径大于第三筒体323的内孔的直径，且小于第二筒体321的内孔的直径。头部21可以容纳在第二套管32的内孔中。
26.密封法兰33、挡圈313、第一筒体310和滑杆22围合出一个环形空腔25。
27.滑杆22中设置有一个直盲孔221。该直盲孔221从滑杆22朝向安装孔11孔底的一端，向滑杆22的另一端延伸。换句话说，该直盲孔221从滑杆22背离头部21的一端向靠近头部21的方向延伸。
28.容线管7为直管，可以是圆管。容线管7与安装孔11同轴设置。容线管7包括第一管段71。第一管段71的一端连于安装孔11的孔底，第一管段71的另一端插入到滑杆22的直盲孔221中。第一管段71和直盲孔221之间可以是间隙配合。滑杆22能沿第一管段71的延伸方向滑动。
29.第一弹性件5可以是螺旋弹簧、碟簧、橡胶套或波纹管。在本实施例中，第一弹性件5为螺旋弹簧。第一弹性件5的相对两端分别抵接于滑杆22的直盲孔221的孔底和第一管段71朝向直盲孔221孔底的端面。第一弹性件5处于压缩状态。第一弹性件5对滑杆22施加一个弹力，该弹力背离安装孔11的孔底的方向。伸缩件2在仅受到第一弹性件5所施加的弹力时具有向安装孔11外伸出的趋势。
30.环形活塞4为圆筒形结构。环形活塞4套装在滑杆22上，且位于密封法兰33、挡圈313、第一筒体310和滑杆22围合出的环形空腔25内。环形活塞4将环形空腔25分隔为第一环空腔251和第二环空腔252。第一环空腔251相较于第二环空腔252更靠近安装孔11的孔底。环形活塞4能沿滑杆22滑动。环形活塞4的外周壁抵接于第一筒体310的内周壁。环形活塞4位于限位件24靠近安装孔11的开口一侧。
31.环形活塞4上还设置有第一密封环41。第一密封环41套装在环形活塞4上，且与环形活塞4同轴设置。第一密封环41的内缘抵接于环形活塞4，第一密封环41的外缘抵接于第一筒体310的内周壁。第一密封环41用于密封环形活塞4与第一筒体310之间的间隙。环形活塞4的外周壁上可以设置有第一环形凹槽。第一密封环41套在该第一环形凹槽上，并且部分嵌入到该第一环形凹槽内。这样能防止第一密封环41从环形活塞4上脱离，同时增强密封效果。
32.环形活塞4上还设置有第二密封环42。第二密封环42固定在环形活塞4的内周壁上且与环形活塞4同轴设置。第二密封环42套在滑杆22上，且能沿滑杆22滑动。第二密封环42的内缘抵接于滑杆22，第二密封环42的外缘抵接于环形活塞4的内周壁。第二密封环42用于密封环形活塞4与滑杆22之间的间隙。环形活塞4的内周壁上可以设置有第二环形凹槽。第二密封环42的外缘嵌入到该第二环形凹槽内。这样能防止第二密封环42从环形活塞4上脱离，同时增强密封效果。
33.第二弹性件6可以是螺旋弹簧。第二弹性件6可以是螺旋弹簧、碟簧、橡胶套或波纹
管。在本实施例中，第二弹性件6为螺旋弹簧。第二弹性件6设置在第二环空腔252内，且套装在滑杆22上。第二弹性件6的一端抵接于挡圈313，第二弹性件6的另一端抵接于环形活塞4。第二弹性件6处于压缩状态，第二弹性件6对环形活塞4施加弹力，该弹力的方向为朝向安装孔11孔底的方向。环形活塞4在受到该弹力时向安装孔11孔底方向挤压限位件24。第二弹性件6对环形活塞4所施加的弹力大于第一弹性件5对滑杆22所施加的弹力。
34.第一筒体310的侧壁上还设置有第一通孔311和第二通孔312。第一通孔311和第二通孔312分别位于环形活塞4的相对两侧。第一通孔311位于环形活塞4靠近安装孔11的孔底的一侧，第二通孔312位于环形活塞4靠近安装孔11的开口的一侧。第一通孔311连通于第一环空腔251。第二通孔312连通于第二环空腔252。在本实施例中，限位件24与第一筒体310之间具有间隙，该间隙为第一环空腔251的一部分，第一通孔311朝向第一筒体310内的一端对准限位件24，且连通于限位件24与第一筒体310之间的间隙。第二通孔312靠近挡圈313设置。
35.由于第二弹性件6对环形活塞4施加朝向安装孔11孔底的弹力，且第二弹性件6所施加的弹力大于第一弹性件5所施加的弹力，则环形活塞4能推动限位件24来带动伸缩件2向安装孔11内运动，直至限位件24抵接于密封法兰33，此时头部21被收入到第二筒体321内。
36.通过第一通孔311向第一环空腔251中注入液体，该液体可以是液压油，液体对环形活塞4施加一个液压，该液压大于第二弹性件6所施加的弹力，因此该液体能推动环形活塞4向安装孔11的开口方向运动，同时第二环空腔252被压缩，第二环空腔252中的液体从第二通孔312流出。环形活塞4向安装孔11的开口方向运动时，第一弹性件5对滑杆22施加的弹力带动伸缩件2向安装孔11外伸出，直至头部21抵接于井壁。在随钻电成像仪器绕钻铤1的轴线转动时，由于头部21与井壁之间为弹性接触，即便井壁不是规则的圆柱面，头部21也能始终与井壁接触，这样，随钻电成像仪器能探测到更准确地井壁信息。例如，当随钻电成像仪器旋转到其安装孔11的开口到井壁的距离变大时，头部21在第一弹性件5的弹力作用下伸出得更长；当随钻电成像仪器旋转到其安装孔11的开口到井壁的距离变小时，头部21在井壁的挤压下压缩第一弹性件5，头部21向安装孔11内收缩以适应安装孔11的开口到井壁的距离变小的情况。因此，无论井壁与安装孔11的开口之间的距离如何变化，头部21能始终抵接于井壁。
37.在一个示意性实施例中，随钻电成像仪器还包括驱动装置9。驱动装置9设置在钻铤1内。驱动装置9包括电机93、液压泵92、单向阀95、换向阀97、压力平衡装置91、蓄能器96和控制阀94。控制阀94和换向阀97可以是电磁阀。
38.压力平衡装置91包括缸体911和平衡活塞912。缸体911内设置有内腔。该内腔可以是柱状腔室，例如圆柱状腔室。平衡活塞912设置在缸体911的内腔内，且能在缸体911内滑动。平衡活塞912将内腔分隔为泥浆腔913和油腔914。泥浆腔913上设置有一个泥浆进出口，泥浆进出口连通到钻铤1外。泥浆进出口设置在泥浆腔913背离油腔914的一端。油腔914的侧壁上设置有出油口和进油口。出油口和进油口均设置在油腔914背离泥浆腔913的一端。油腔914内存储有液体，该液体可以是液压油。
39.液压泵92包括进口和出口。液压泵92的进口连通于油腔914的出油口。电机93传动连接于液压泵92。电机93能驱动液压泵92转动。液压泵92转动时能将进口处的液体加压后
从液压泵92的出口送出。
40.控制阀94上设置有3个接口，控制阀94上的3个接口分别连接于液压泵92的出油口，单向阀95的一个接口和油腔914的进油口。
41.蓄能器96是液压气动系统中的一种能量储蓄装置。蓄能器96可以是弹簧式蓄能器96。蓄能器96上设置有一个液体进出口。
42.单向阀95的另一个接口连通于蓄能器96的液体进出口。单向阀95仅能通过从控制阀94向蓄能器96方向流动的液体。
43.换向阀97包括第一接口、第二接口和第三接口。换向阀97的第一接口连接于蓄能器96的液体进出口。
44.在本实施例中，钻铤1上设置有第一通道和第二通道。第一通道和第二通道可以是直通道。第一通道的一端连通于第一通孔311。第一通道的另一端连通于换向阀97的第二接口。第二通道的一端连通于第二通孔312。第二通道的另一端连通于第三接口。
45.在本实施例中，随钻电成像仪器还包括控制器和压力传感器。控制器电连接压力传感器、电机93、控制阀94和换向阀97。压力传感器设置在蓄能器96上，用于实时检测蓄能器96中液体的液压，并将检测结果发送到控制器上。
46.控制器在蓄能器96中的液压小于第一预设值时驱动控制阀94将液压泵92的出口和单向阀95的接口相接通，在蓄能器96中的液压大于或等于第二预设值时驱动控制阀94将液压泵92的出口和油腔914的进油口。该第一预设值小于第二预设值。第一预设值可以是蓄能器96的最低工作压力，第二预设值可以是蓄能器96的最高工作压力。
47.当随钻电成像仪器下放到井下，在随钻电成像仪器没入到井下泥浆后，泥浆从泥浆进出口进入到压力平衡装置91的泥浆腔913内，井下的泥浆通常具有较高的液压，泥浆腔913内的泥浆对平衡活塞912施加一个推力使得油腔914具有缩小的趋势。这样，泥浆腔913内的液压就传导到油腔914中的液体中，使得油腔914中的液体也具有一个较高的液压。
48.当随钻电成像仪器到达井下预定工作井段后，向随钻电成像仪器发送启动测量指令，通常可以通过泥浆脉冲器向井下发送启动测量指令。随钻电成像仪器的控制器在接收到该启动测量指令后，驱动电机93来带动液压泵92转动。液压泵92将油腔914中的液体加压后从液压泵92的出口输出。此时，蓄能器96中的液压通常较小，且小于第一预设值，压力传感器在检测到蓄能器96中的液压小于第一预设值后，将检测结果发送给控制器，控制器则驱动控制阀94将液压泵92的出口和单向阀95的入口相接通，液压泵92所泵送的液体输送到蓄能器96中，同时使得蓄能器96中液体的液压升高。
49.当压力传感器检测到蓄能器96内液体的液压达到第二预设值后，将检测结果发送给控制器，控制器驱动控制阀94将液压泵92的出口和油腔914的进油口，此时，液压泵92输出的液体重新回到油腔914中，实现无负载回油，同时液压泵92的出口和单向阀95的出口切断，液压泵92不再向蓄能器96中输送液体，蓄能器96中的液体的液压维持在小于或等于第二预设值的状态。
50.这样，通过控制器驱动控制阀94来对蓄能器96内液体的液压进行调节，使得蓄能器96中液体的液压维持在第一预设值和第二预设值之间。同时，由于压力平衡装置91将井下泥浆的液压传递到油腔914内使得油腔914中的液体具有一个初始的高压，这样，降低了电机93的使用功率，同时也延长了液压泵92的使用寿命。
51.在蓄能器96内的液体达到第一预设值以上后，控制器还能驱动换向阀97将蓄能器96的液体进出口与第一通孔311相接通，蓄能器96中的液体能注入到套筒3内并推动环形平衡活塞912压缩第二弹性件6。第二弹性件6在被压缩的过程中，第一弹性件5推动伸缩件2向安装孔11外伸出。这样就实现了液压驱动伸缩件2的伸出。
52.在一个示意性的实施例中，当随钻电成像仪器完成测量后，向随钻电成像仪器发送停止测量指令，通常可以通过泥浆脉冲器向井下发送停止测量指令。随钻电成像仪器的控制器在接收到该停止测量指令后，关闭电机93，同时驱动换向阀97将蓄能器96的液体进出口与第一通孔311之间的流道切断，蓄能器96停止向第一通孔311中注入液体，同时将第一通孔311与油腔914连通，使活塞912相对两侧的腔室压力相同。
53.在一个示意性的实施例中，钻铤1中还设置有安装室14、第一过线通道13和电路放置腔12。安装室14从安装孔11的孔底向背离安装孔11的开口方向延伸到钻铤1的外周壁上。电路放置腔12设置在安装室14的一侧。第一过线通道13连通安装室14和电路放置腔12。
54.随钻电成像仪器还包括电成像电扣(图中未示出)、插头8、密封盖83和电路板(图中未示出)。该插头8可以是多芯承压插头8。插头8包括固定座81、绝缘套和多根插针82。插针82为导体。固定座81可以是大致的圆盘形。插针82轴向贯穿固定座81。绝缘套设置在插针82和固定座81之间，使得插针82与固定座81之间电性绝缘。固定座81设置在安装室14靠近安装孔11的一端。插针82的一端伸入到安装室14中。密封盖83设置在安装室14背离安装孔11的一端，且覆盖安装室14背离安装孔11一端的开口。密封盖83与钻铤1之间可以是螺钉连接。
55.电成像电扣设置在头部21上，且位于头部21背离滑杆22的一端。电成像电扣与头部21之间绝缘。头部21上还设置有第二过线通道(图中未示出)。第二过线通道从头部21背离滑杆22的一端延伸到直杆伸入到第二管段内的一端。第二过线通道将容线管7的内腔和头部21背离滑杆22的一端连通起来。电成像电扣与井壁相抵时能获取井壁的井壁电阻率信息。
56.电路板设置在电路放置室中。电路板上设置有一条具有第一母接头的第一线路(图中未示出)。第一线路沿着第一过线通道13延伸到安装室14中。插针82背离安装孔11一端的插装在该第一母接头上。电成像电扣上设置有一条具有第二母接头的第二线路(图中未示出)。第二线路沿着第二过线通道延伸到容线管7的内腔中。插针82靠近安装孔11的一端插装在该第二母接头上。这样，第一线路、第二线路和插头8将电路板和电成像电扣电连接起来，电成像电扣所采集到的井壁电阻率信息能依次通过第二线路、插头8和第一线路传递到电路板上。电路板上可以设置相应的电路来处理所接收到的井壁电阻率信息。例如，电路板上可以设置存储器来存储电成像电扣所采集的井壁电阻率信息，或者电路板上设置有通讯电路将所接收到的井壁电阻率信息向外发送。
57.本技术描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本技术所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
58.本技术包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本技术已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本技术中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
59.此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本技术实施例的精神和范围内。