УЗЕЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА ПРИБОРА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА С ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКОЙ
ASSEMBLY OF ELECTRODE ELECTRIC CONNECTION FOR ELECTRIC LOGGING DEVICE WITH MEASUREMENT ELECTRONIC HARDWARE

Область техники
Изобретение относится к приборам для электрического каротажа и узлу электрического соединения электрода прибора для электрического каротажа с измерительной электроникой, и может быть использовано в геофизической аппаратуре, предназначенной для изучения электропроводности горных пород методом электрического бокового каротажа. Предложенный прибор для электрического каротажа предназначен для проведения исследований методами стандартного электрического каротажа, бокового электрического каротажа и трехэлектродного бокового каротажа. Прибор для электрического каротажа может входит в состав комплекса геофизической скважинной аппаратуры и эксплуатироваться совместно с наземным устройством - каротажной станцией, приборами индукционного каротажа, гамма-каротажа и другой скважинной аппаратурой.
Предшествующий уровень техники
Электрический боковой каротаж является одной из модификаций метода сопротивления и широко используется при исследованиях горных пород высокого сопротивления, так как на результаты измерений обычными зондами значительно влияет промывочная жидкость, которая содействует распространению электрического тока вдоль скважины, что приводит к сильному сглаживанию кривых измерения сопротивления и не позволяет выделить пропластки малой толщины при их чередовании. При этом сопротивление в скважине может измеряться трех-, семи- и девятиэлектродными зондами. Наиболее распространен трехэлектродный боковой каротаж. Приборы для трехэлектродного бокового каротажа имеют центральный электрод и два экранных электрода, симметрично расположенных относительно центрального электрода и отделенных от него изолирующими промежутками. При проведении измерений с использованием бокового каротажа ток центрального электрода не растекается по скважине, а распространяется перпендикулярно к ее стенке в виде почти горизонтального слоя, толщина которого приблизительно равна длине центрального электрода, и вследствие этого снижается влияние скважины на результатах измерения сопротивления (Заворотько Ю.М. Физические основы геофизических методов исследования скважин, Киев, УкрГГРИ, 2010 г.).
Из уровня техники известно открытое использование прибора скважинного электрического каротажа термостойкого ЭК-МТ (Руководство по эксплуатации ЭК-МТ 2.749.001 РЭ, Киев, 2004, предназначенного для эксплуатации в открытых стволах нефтяных и газовых скважин, заполненных промывочной жидкостью. Данный прибор для электрического каротажа содержит узел электрического соединения электрода прибора с измерительной электроникой, в котором электрическое соединение электрода, расположенного на корпусе прибора, с электронным блоком измерительной электроники обеспечивается припаянным к электроду контактом.
Недостатком известного устройства является то, что паяный контакт между электродом и электронным блоком затрудняет выполнение сборки и разборки прибора, которая возможна только после полного демонтажа всех соединений электродов с электронным блоком измерительной электроники. Кроме того, известный узел электрического соединения не обладает достаточной виброустойчивостью в условиях эксплуатации прибора.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание узла электрического соединения электрода прибора для электрического каротажа с измерительной электроникой, расположенной внутри корпуса прибора для электрического каротажа, конструкция которого обеспечивает надежное электрическое соединение электродов с электронным блоком измерительной электроники, упрощает сборку и разборку прибора и позволяет проводить отсоединение электронного блока прибора без проведения демонтажа электродов. Конструкция узла электрического соединения согласно изобретению также обеспечивает повышенную виброустойчивость узла электрического соединения и прибора в целом.
Поставленная задача решается тем, что
узел электрического соединения электрода прибора для электрического каротажа с измерительной электроникой включает:
электрод, расположенный на корпусе прибора для электрического каротажа,
пружинный контакт, размещенный в корпусе прибора для электрического каротажа, обеспечивающий электрическое соединение электрода с электронным блоком измерительной электроники,
непружинный контакт, установленный в электронном блоке измерительной электроники, расположенном внутри корпуса прибора для электрического каротажа, и
средство для фиксации и электроизоляции, выполненное с возможностью фиксирования пружинного контакта в корпусе прибора для электрического каротажа и электроизоляции пружинного контакта от корпуса прибора для электрического каротажа.
Изобретение также касается прибора для электрического каротажа, содержащего узел электрического соединения электрода прибора для электрического каротажа с измерительной электроникой согласно изобретению, используемый для по меньшей мере одного из множества электродов, входящих в состав прибора. Прибор с использованием заявленного узла электрического соединения электрода предназначен для проведения исследований методами стандартного электрического каротажа, бокового каротажного зондирования с использованием трех или более электродов.
В предлагаемом решении электрическое соединение электродов, в частности, центрального электрода, прибора для электрического каротажа с электронным блоком прибора обеспечивается с использованием контактной группы, содержащей 2 типа контактов:
- пружинного контакта, установленного в отверстиях несущего корпуса прибора, и
- непружинного контакта, установленного в электронном блоке прибора.
Пружинный контакт может быть выполнен в виде изогнутой пластины, имеющей по существу С-образную форму и снабженной двумя боковыми выступами, предназначенными для закрепления пружинного контакта в средстве для фиксации и электроизоляции.
Пластина, из которой сформирован пружинный контакт может быть образована центральной частью и примыкающими к ней с противоположных сторон концевыми частями. При изгибании пластины до по существу С-образной формы, центральная часть пластины образует прямую стенку пружинного контакта, а концевые части наклонно примыкают к ней, при этом угол между плоскостью прямой стенки и концевыми частями составляет 60-80°.
Пружинный контакт выполнен с возможностью контактирования с электродом и непружинным контактом по плоскостям, образованным концевыми частями пружинного контакта.
Средство для фиксации и электроизоляции пружинного контакта предназначено для закрепления пружинного контакта в корпусе прибора для электрического каротажа и его электроизоляции от металлического корпуса. Средство для фиксации и электроизоляции может быть выполнено в виде обоймы из диэлектрического материла, которая размещается в отверстиях корпуса прибора для электрического каротажа.
Между электродами и корпусом прибора для электрического каротажа установлены диэлектрические вставки в виде диэлектрических трубок для изоляции электродов от корпуса прибора для электрического каротажа. Диэлектрические трубки могут быть также размещены между электронным блоком и корпусом прибора.
За счет применения в конструкции узла электрического соединения пружинного контакта согласно изобретению обеспечивается упругое разъемное взаимодействие как с кольцевым внешним электродом, так и с непружинным контактом, установленным в электронном блоке, размещенном во внутреннем пространстве корпуса прибора, появляется возможность сборки и разборки каротажного прибора без демонтажа соединений электродов прибора от электронного блока. Электронный блок может извлекаться из внутреннего пространства корпуса без снятия электродов с корпуса прибора.
Пружинный контакт имеет контактные поверхности, сопрягаемые с контактной поверхностью электродов и контактной поверхностью непружинного контакта, обеспечивающие сопротивление между контактами не более 0,002 Ом. Это достигается тем, что контактные поверхности пружинного контакта сопрягаются с контактными поверхностями электрода и непружинного контакта не точечным образом, а путем соприкосновения плоскостей, так как форма поверхности пружинного контакта соответствует форме поверхности непружинного контакта и форме поверхности электрода в местах их соприкосновений с пружинным контактом.
Такая конструкция позволяет облегчить сборку и разборку прибора, выполнить прибор с меньшим диаметром, удешевить его конструкцию. Кроме того, отпадает необходимость использования дополнительной сложной и дорогой технологической оснастки, обычно требующейся для заполнения маслом внутреннего пространства каротажных приборов, известных из уровня техники,  для компенсации наружного и внутреннего давлений и для дегазации масла с использованием вакуумных установок. Заявленная конструкция не требует заполнения маслом и его дегазации, что значительно упрощает сборку прибора согласно изобретению и исключает использование сложной технологической оснастки.
Краткое описание чертежей
Конструкция узла электрического соединения электрода прибора для электрического каротажа с измерительной электроникой далее более подробно показана на чертежах, на которых представлены:
фиг.1 - сечение общего схематического вида прибора для электрического каротажа;
фиг.2a, b - поперечные сечения прибора по линиям A-A и B-B, показанным на фиг.1;
фиг.3 - сечение фрагмента прибора для электрического каротажа;
фиг.4а, b - сечение вида спереди обоймы из диэлектрического материала с установленным в ней пружинным контактом и ее вид сбоку;
фиг.5а, b, с - сечение вида спереди обоймы из диэлектрического материла, а также ее вид сверху и сбоку;
фиг.6 - общий вид пружинного контакта;
фиг.7 - вид развертки пластины для формирования пружинного контакта;
фиг.8a, b, c, d - вид пружинного контакта спереди, сверху, сбоку и сечение пружинного контакта по линии А-А, показанной на фиг.8а.
Подробное раскрытие изобретения
На фиг.1 показан в сечении общий схематический вид прибора 1 для электрического каротажа на примере зонда для бокового электрического каротажа, иллюстрирующий конструкцию узла электрического соединения электрода прибора с измерительной электроникой согласно изобретению. На фиг.1 показаны: внешний кольцевой электрод 2, герметично установленный на внешней стороне корпуса 3 прибора 1 для электрического каротажа с использованием уплотнительных колец, и электронный блок 4, размещенный внутри корпуса 3 прибора. Пружинный контакт 5 установлен в средстве 6 для фиксации и электроизоляции, при помощи которого пружинный контакт 5 фиксируется в корпусе 3 и обеспечивается электроизоляция пружинного контакта 5 от корпуса 3 прибора. При этом средство 6 для фиксации и электроизоляции может быть выполнено в виде обоймы из диэлектрического материла, которая размещается и фиксируется в сквозных отверстиях 7 корпуса 3 прибора для электрического каротажа. Электронный блок 4 снабжен непружинным контактом 8, взаимодействующим с пружинным контактом 5.
На фиг.2a и 2b представлены поперечные сечения прибора для электрического каротажа по линиям A-A и B-B, показанным на фиг.1. В обоих показанных узлах обойма 6 из диэлектрического материала закреплена в корпусе с использованием крепежных средств, например, при помощи винтового соединения 9, включающего винт, проходящий через резьбовое отверстие обоймы 6 и резьбовое отверстие корпуса 3.
На фиг.3 более подробно показан фрагмент варианта выполнения прибора для электрического каротажа, содержащего два установленных на внешней стороне корпуса 3 кольцевых электрода 2, имеющих скошенные боковые поверхности, плоскости которых образуют с центральной осью прибора острый или тупой угол. Герметичность устройства обеспечивается указанной конструкцией электродов, имеющих скошенную поверхность, и использованием уплотнительных колец 10. Зафиксированный в обойме 6 из диэлектрического материла и проходящий от внешней стороны корпуса 3 до внутренней стороны корпуса 3 пружинный контакт 5 взаимодействует с кольцевым внешним электродом 2 и с непружинным контактом 8, установленным в электронном блоке 4 измерительной электроники, размещенном внутри корпуса 3 прибора, и обеспечивает их электрическое соединение. Между внутренней поверхностью электродов 2 и внешней стороной корпуса 3, а также между электронным блоком 4 и внутренней стороной корпуса 3 могут быть размещены диэлектрические трубки 11 для обеспечения электроизоляции указанных элементов.
На фиг.4а показаны обойма 6 из диэлектрического материала и установленный в центральном отверстии обоймы пружинный контакт 5. Пружинный контакт 5 фиксируется в обойме 6 посредством крепежного средства, например, винта 12, проходящего через соответствующее отверстие обоймы и отверстия в боковых выступах пружинного контакта. На винт 12 накручивается фиксирующая гайка 13. Для установки узла пружинного контакта в прибор обойма 6 из диэлектрического материла с закрепленным в ней пружинным контактом 5 устанавливается в сквозное отверстие 7 в корпусе прибора, совпадающее по форме с обоймой, и фиксируется к корпусу прибора крепежными средствами, например, при помощи винтового соединения 9, включающего винт 14, проходящий через соответствующие резьбовые отверстия обоймы и корпуса прибора. Затем на пружинный контакт 5 надевается электрод 2. На фиг.4b показан вид сбоку обойма 6 из диэлектрического материала с установленным в ней пружинным контактом 5.
На фиг.5а, b, с представлено сечения вида спереди, и виды сверху и сбоку обоймы 6 из диэлектрического материла с отверстиями под винты. Форма верхней поверхности обоймы 6 в целом соответствует форме внешней поверхности корпуса 3 и сопрягается с внутренней поверхностью кольцевого электрода 2.
Выполнение пружинного контакта 5 поясняется на фиг.6-8. На фиг.6 показан общий вид пружинного контакта 5, представляющего собой разрезную пружину, а на фиг.7 показана форма развертки заготовки из пружинного материала, которая соответствующим образом изгибается для формирования пружинного контакта необходимой формы.
Заготовки из пружинного материала имеет форму пластины 15, которая образована центральной частью 16 и примыкающими к ней с двух ее противоположных сторон концевыми частями 17 и 18, которые при изгибании пластины образуют контактные концевые части пружинного контакта. У двух других противоположных сторон центральной части 16 пластины 15 симметрично расположены примыкающие к ней крепежные боковые выступы 19. В целом форма пластины 15 с боковыми выступами 19 является крестообразной. Боковые выступы 19 снабжены отверстиями 20 для закрепления пружинного контакта 5 в обойме 6 из диэлектрического материала. При установке пружинного контакта в обойме, отверстия 20 совмещаются с соответствующим отверстием обоймы и через них проходят крепежные средства, фиксирующие пружинный контакт в обойме, например, винт 12.
На фиг.6 и 8а-8d видно, что пружинный контакт в готовом виде имеет коробчатую форму. При этом пластина 15 изогнута так, что на виде сбоку в сечении по центральной плоскости А-А пружинный контакт имеет по существу С-образную форму, как показано на фиг. 6, 8с и 8d. Форма, близкая к С-образной, сформирована прямой задней стенкой 21, образованной центральной частью 16 пластины 15, и двумя наклонными концевыми частями 17 и 18, примыкающими к задней стенке 21. После изгибания концевые части 17 и 18 имеют спрямленные участки и закругленный внешний край.
Крепежные боковые выступы 19 при формировании пружинного контакта изгибаются так, что они параллельны друг другу и перпендикулярны прямой задней стенке 21.
Спрямленные участки концевых частей 17 и 18 образуют контактные плоскости или контактные поверхности, по которым пружинный контакт контактирует с кольцевым электродом и непружинным контактом, соответственно. Угол между плоскостью задней стенки 21, образованной центральной частью 16, и контактными плоскостями наклонных концевых частей 17 и 18 составляет 60-80°, преимущественно 75°.
Так как контакт осуществляется не в точке или по линии, а по плоскости контактной поверхности, что достигается формой наружных концевых частей пружинного контакта, то переходное сопротивление данного соединения, составляющее не более 0,002 Ом, ничтожно мало и не вносит критических погрешностей в измерения прибора.
Усилие прижима пружинного контакта к электроду и непружинному контакту по контактным плоскостям составляет не менее 5 кг, предпочтительно 10 кг. Такие усилия прижима пружинного контакта достаточны, чтобы скомпенсировать любые перемещения непружинного контакта при тряске и вибрации в процессе работы. Испытания на виброустойчивость показали, что надежный контакт сохраняется при вибрациях до 10G.
Размеры центральной и концевых частей пластины пружинного контакта могут изменяться и подбираются в соответствии с внутренним диаметром электродов, размерами непружинных контактов и конкретным видом измерительной аппаратуры.
Конструкция узла электрического соединения прибора для электрического каротажа согласно изобретению упрощает сборку и разборку прибора и позволяет отсоединять и извлекать электронный блок прибора без проведения демонтажа электродов с корпуса прибора, а также обеспечивает повышенную виброустойчивость прибора.