石油测井仪器机械设计规范的编制.docx

谢昱北（中国石油集团长城钻探工程有限公司测井技术研究院 北京 昌平)摘要：测井仪器是一种复杂的机械电子产品。设计规范是把仪器设计过程中的各种要素进行归类，统一制定的标准。为了保证测井仪器的设计质量，编制了机械设计规范来约束测井仪器的机械设计过程，同时作为检验机械设计质量的标准。文章介绍了编制测井仪器机械设计规范的编制方法。根据机械设计的基本要素，给出了石油测井仪器机械设计规范的 内容。关 键 词：测井仪器；机械设计；设计规范；设计质量中图法分类号：p631.8+3文献标识码：b文章编号：1004-9134(2013)02-0029-02作，不但提高产品设计的标准化，而且确保产品的设计质量。设计管理者可以根据设计规范对工程师的设 计进行评估。石油测井仪器的结构是通用零件和专用零件的组 合。测井仪器因所处环境的特殊性，需要机械工程师 设计出一些测井仪器的专用零件，不同测井方法的测 井仪器这些专用零部件具有类似的机械结构形式，实 现相同的功能。把这些零部件做归纳，根据这些专用 零件的功能和形状特征的不同，编制机械设计规范。 同时，编制测井仪器机械设计通用规范对相同的机械 设计要素进行约束。上述规范都集中在仪器结构的实现，实现规范中 规定的结构功能，使仪器结构设计规范化、一致化。 但对一名测井仪器的机械设计工程师，这些规范还是 不够的。不同的测井方法要求机械工程师设计不同类 型的传感器。按照测井方法的分类，包括电法测井、 声波测井和放射性测井，把这些不同类型的传感器机 械结构上的实现过程总结成设计规范，包括组成结 构、连接关系和材料特点。机械工程师参考设计规范 设计测井仪器传感器结构。石油测井仪器机械设计规范的编制者是本院从事 测井仪器机械设计开发的机械工程师，组成若干规范 编制小组编制设计规范。机械工程师通过对设计要素 进行总结和归纳，形成设计规范，并负责对规范不断 地完善。0引言石油测井仪器在石油勘探与开发中有着十分重要的作用，其设计、制造、维修和管理是一个非常复杂 的系统工程 1-2 。leap800 测井仪器是中国石油长城 钻探工程公司测井技术研究院研发的一套新型测井系 统，涵盖井下仪器与地面仪器 3 在测井仪器的研发过 程中，机械工程师是仪器机械设计的主体。机械工程 师的工作任务就是根据地球物理方法的需求，构造信 号激励和接收传感器以及执行器，然后把传感器和执 行器、电路板和连接线，以可靠的方式放置在井眼 里，满足测井环境的要求。设计的组织机构需要建立 产品的设计规范来控制工程师所设计的产品是否达到 最终用户的要求，进而评估机械工程师所从事的设计 的质量 4 。中国测井仪器的设计开发始于上世纪八十年代， 起步较晚，而且多停留在仿制阶段，从方法理论出发 的自主开发的产品就更少。相比斯伦贝谢公司近百年 的仪器设计开发历史，差距就更远。在以往的开发过 程中，设计工程师个体之间的差异较大，由于缺乏明 确的测井仪器设计规范，常导致设计的产品差异性较 大，某些产品不能合乎用户的需求。针对这样的现 状，就有必要编制测井仪器的设计规范。1测井仪器机械设计规范的编制方法测井仪器的机械设计规范是把仪器结构的各种设计要素进行归类，这些设计要素源于已有产品，而且 经过用户检验并认定为优良的设计。机械工程师按照 设计规范的要求快速和准确地完成产品的机械设计工2石油测井仪器机械设计规范测井仪器机械设计通用规范测井仪器机械设计通用规范是机械工程师在设计2.1第一作者简介：谢昱北，男，1980 年生，工程师，2002 年毕业于河南科技大学机械工程学院，获学士学位，2006 年于清华大学精密仪器与机械学系，获工学硕士学位，现在中国石油长城钻探工程公司测井技术研究院从事石油测井仪器的机械研发工作。邮编：102206石 油 仪 器petroleum instrumenis2 0 1 3 年 4 月30测井仪器时所应遵循的通用规则。具体测井仪器机机械设计原则，连接标准件设计规范，仪器材料选择规 范，钣金件设计规范，耐腐蚀设计规范，公差选用规 范，结构工艺设计规范，焊接件设计规范，可靠性设 计规范，力学原理设计规范，便于切削设计规范，热 设计规范，塑胶件设计规范，便于装配设计规范。通 过这些规范，来约束工程师日常设计工程，减少设计 偏差。2.2 承压外壳机械设计规范石油测井仪器在井下工作时要承受高温高压，温 度可达 175 ，压力达 140 mpa，为保护好仪器内的 电子元器件，要求测井仪器的耐压圆筒必须具有足够的强度，而且还要考虑测井仪器可靠地连接。本规范 对外壳的设计流程进行了详细说明，其中考虑到外壳密封的特殊性，单独把外壳的密封设计单独编制成密 封设计规范。连接设计规范用来约束外壳连接零件和 连接螺纹牙型的具体尺寸。外型腔体设计规范用来约束外壳零件连接处的轴向和径向尺寸，以及外壳内部 空间的尺寸。同时规定了承压外壳的检验方法，另外 提出了标识、包装、运输及贮存等相关要求。承压外壳在设计过程中需要对密封性、承压性等 进行大量校核计算及试验，通过制定本规范对于通用结构外壳的本体及配件使用可直接引用，大大减少了 外壳设计的工作量，同时降低了设计过程中的出错可 能性。2.3 电子骨架机械设计规范测井仪器电子骨架的机械设计以承压外壳的结构 和尺寸为基本依据，以结构强度坚固耐用、装配方便、外观优美为主要原则，综合考虑电路散热等特殊功能的实现。包括外壳轴向装配尺寸规范，外形、接 口设计规范，电路板安装设计规范，变压器安装设计 规范。其中外壳轴向装配尺寸规范中给出了骨架和接头 座齐平的端面在外壳内部与外壳最近轴向间距应满足 的条件。外形、接口设计规范给出了电子线路骨架的 结构形式和尺寸系列。接口指的是骨架与标准 31 芯或 者 50 芯、52 芯连接器之间的连接形式及接口配合尺 寸，规范中给出了尺寸系列。电路板安装设计规范给 出了电路板安装的方式和轴向的设计空间，同时还明 确了走线密集、散乱的骨架区域上开扎线孔以供绑线用。2.4 承压接头机械设计规范承压接头是测井仪器上隔离高压部分与常压部分 的关键零件，结构复杂、加工难度大。此规范的编制可以减少设计工作量，提高一次设计成功率。本规范适用于高温高压作用下测井仪器承压接头的机械设计，主要包括材料选择、确定最大外径、端部连接方式设计、电气连接件安装结构设计、内部走 线设计和油路设计六部分，另外还给出了承压接头型 式试验的具体方法。规范说明了承压接头的设计流 程，规定了某些功能的具体结构，规定了某些结构的 具体尺寸，对于特殊的需求给出了设计指导意见。本规范是机械工程师进行承压接头设计时须参照 的标准，也是相关设计人员进行元器件选型或装配等 工作的参考依据。此规范的经济意义在于减少设计工 作量提高工作效率，提高一次设计成功率减少加工反 复，使承压接头结构趋于统一降低加工难度，使用相 同电气接插件降低采购成本。2.5 压力平衡机械设计规范测井仪器通常都工作在高温、高压的恶劣环境 中，为了保证仪器在井下的安全，很多测井仪都是通过保持仪器内外的压力平衡来实现耐高压的性能，其中注油式的压力平衡结构就是通常采用的结构方式。 注油过程中为确保油路腔体充满油液，需确保油路畅 通。压力平衡系统机械设计流程包括：选择硅油牌 号；计算补偿量；选择压力平衡方法；结构设计。规范里分别给出了不同形式的压力平衡机械设计 实例。包括，中部活塞式压力平衡设计实例，底部活 塞式压力平衡设计实例，管式皮囊压力平衡设计实例 以及底部皮囊压力平衡设计实例。2.6 密封设计规范密封设计规范的目的在于统一密封件的设计标 准，方便机械工程师进行密封件的结构设计，分静密封的动密封两种。石油测井环境要求密封材料满足高 温高压的要求。其中密封材料选择规范给出了对于不 同环境要求下选取密封件材料的规则。密封面设计的基本要求中给出了密封沟槽设计的结构尺寸。2.7 地面机箱机柜设计规范本部分给出了地面机箱机柜设计方法，目的是使 地面产品的机械设计过程规范统一，组件选型、加工工艺合理，提高标注化程度。地面机箱采用标准 19 英寸机箱结构设计，尺寸应符合 iec-60297 标准。地 面机箱设计规范包括机箱设计基本要求，机箱设计的其本步骤，地面机箱的结构，地面机箱的外观，地面 机箱的外形尺寸。地面机柜设计规范包括机柜前面板 安装孔规范，结构形式规范，抗振要求规范，颜色要求规范等。2.8 仪器探头结构设计规范电法仪器探头机械设计规范包括线圈系设计规 范、电极系设计规范和极板设计规范。线圈系设计规（下转第 33 页）2 0 1 3 年第 2 7 卷第 2 期张文杰等：sondex 爬行器在中原测井的应用332）配套工具：保护筒、扶正器在爬行器使用过程中发现其爬行部分存在弱点， 对外服务使用中曾发生过因操作不当而造成损坏的情况，针对该问题中原测井技术人员配套设计了爬行器保护筒如图 4、图 5 所示，在进行现场施工时，可以 有效的保护爬行器，并提高施工效率。4结束语水平井生产测井是一项新兴的测井技术，充分挖掘爬行器的使用效能，还可以进行储层参数评价、套 管检查、产出剖面、剩余油监测、存储式测井等项目 的施工，为水平井的地层参数监测、套管检查、动态 监测等提供准确的依据，为水平井生产效果评价和增 产措施优化提供科学的指导，下一步的重点工作在于 水平井动态监测的配套及施工工艺研究。参 考 文 献1 张 强，咸会雨. sondex 牵引器在江苏油田的推广与应用j. 中国石油和化工标准与质量，2011，31 （5）2 张凤歧. 拖拉器在水平井中的生产测井工艺及应用 j. 石 油仪器，2006，20 （5）3 刘清友，李维国. sondex 水平井井下爬行工具介绍 j. 国 外测井技术，2008，23 （5）4 贾乐国. 水平井测井工艺及其应用 j. 石油科技论坛，2007，26 （3）图 4 爬行器保护筒图 5 爬行器保护筒现场施工示意图由于在进行水平井施工时，下井仪器要严格居中，以确保爬行器的顺利工作，因此需要对相关仪器 进行配套的扶正工作，通过加工专用转换接头和配套 使用扶正器，成功的解决了该问题，并在现场应用中 取得了良好效果。（收稿日期：2012-10-12 编辑：刘雅铭）（上接第 30 页）范描述感应类仪器线圈绝缘体的结构特征，电极系设 计规范描述侧向类仪器电极的结构特征，极板设计规范描述井壁成像类仪器极板的结构特征。声波仪器机械设计规范包括隔声体设计规范和换能器结构设计规 范。隔声体设计规范描述接收和发射之间的隔声体结 构特征，换能器结构设计规范描述安装发射和接收换 能器的结构特征。核测井仪器机械设计规范包括源仓 结构设计规范和减震设计规范。核测井的探头由放置 在源仓内的晶体源构成，这两个规范规定了源仓结构 和晶体减振结构的设计要素。户的需求。测井仪器机械零部件设计的规范化促进了工艺的标准化，在提高生产效率，保证产品质量上取 得了显著的成效。设计规范文档作为设计资料对培训 新员工，提升员工的设计能力，也都起到了一定作 用。同时，设计管理者以工程师对设计规范的掌握能 力作为考核指标之一，对机械工程师的工作能力进行 有效地评估。参 考 文 献1 夏克文，孙 鹏. 浅谈石油测井仪器的技术创新 j. 石油 仪器，2001，15 （3）2 胡以良. 石油测井技术现状与发展对策 j. 石油科技论坛，1999，18 （6）3 肖加奇，陈文轩，白庆杰，等. 新一代网络化测井系统leap800 j. 石油仪器，2012，26 （1）4 刘国余. 设计管理（第二版）m. 上海：上海交通大学出 版社，20073结论通过近几年的科研和生产，测井仪器机械设计规范提高了测井仪器的设计效率，提升了测井仪器的设 计质量。机械工程师通过对设计规范的掌握，进行组 合和变换，快速地设计出测井仪器，有效地满足了用（收稿日期：2012-10-17 编辑：高红霞）petroleum instrumenisa p r . 2 0 1 3iikey words: cable measurement; pulse reflection; fpga; digital phase shiftwu xiaoli. application of integrated operational amplifiers to the circuit design of well logging tools. pi, 2013,27 (2): 18 19,22integrated operational amplifiers have wide applications in circuit designs. it has the advantages of simple design, high performance and great flexibility. it is important to use the integrated operational amplifiers correctly in order to reduce the error in the signal transmission. this paper introduces some experience and skills for the circuit design.key words: integrated operational amplifier；input resistance；feedback resistor；bias resistor；zero adjustmentqin xiaohong, zhang qiujian, qin li, liang yujia, ou guangyu, tan laijun and sun ling. design of improving the reliability of eilog05 telemetry logging tool. pi, 2013,27 (2): 20 22based on replacing the core circuits with thick film chip circuit and using new generation core components, we re- solved the most popular problem of unreliability and vulnerability of eilog05 telemetry equipment. further more, the difficulty of circuit design and production engineering is reduced. overall temperature performance as well as the re- liability of the equipment are also improved.key words: eilog05 telemetry logging equipment; thick film chip circuit; cpld; fpga; reliabilitymiaolei, an honggao, wang xuhong and zhang peng. principle of dsp56309 and its application in 428xl in- strument. pi, 2013,27 (2): 23 25dsp is a kind of special microprocessor for digital signals, which is mainly applied in real-time and fast digital processing algorithms. with the rapid development of integrated circuits and information technology, the digital signal processing technology has gradually caught wide attention. dsp has been extensively applied in the fields such as com- munication，intelligent detection, voice processing，graphic and image processing，automation control，etc. this paper describes the principle of dsp56309 and the realization of digital decimation filter, and introduces the specific application in 428xl signal collection and transmission system.key words: dsp; fdu; digital decimation filter; 428xlsong tao, tan laijun, liang yujia, xu langchuang, wang tieyong and xue feng. application of lwdinstrument in the horizontal wells in changqing oilfield. pi, 2013,27 (2): 26 28changqing oilfield block is located in erdos basin oil gas area. the geological reservoir is complex with low por- osity, low permeability, thin interbed and strong heterogeneity characteristics. the exploration and development has been a worldwide problem. so we present the idea of a single formation parameter combined with gamma longing and gas logging information related to the geosteering technique in the region,which can provide great support for the oilfield exploration and development.key words: horizontal well; low porosity and low permeability; drilling rate; recovery factor; mwd gamma; geologic steeringxie yubei. compiling mechanical design specifications for petroleum logging instruments. pi, 2013,27 (2): 29 30,33the well logging tools are complex mechanical and electrical products. the design specifications of the various elements in the design process are to classify and develop an unified standard. in order to ensure the quality of the design of logging tools, the mechanical design specifications are complied to constrain the logging instrument mechanical de- sign process, at the same time as the inspection of mechanical design quality standards. the methods for compiling the well logging instrument mechanical design specifications are described. according to the basic elements of mechanical design, the specifications of the content of the logging instrument mechanical design ar