石油鉆井用井下儀器的抗震性設(shè)計(jì)綜述

安立恒

摘 要 鉆井用井下儀器在工作時(shí)不僅要實(shí)現(xiàn)其作業(yè)功能還要承受巨大的振動(dòng)和沖擊，這就要求儀器整體都要具備抗震性，這樣才能保障作業(yè)的成功率和作業(yè)的安全性。

關(guān)鍵詞 石油鉆井;井下儀器;抗震

在整個(gè)鉆井和隨鉆測量的過程中，由于鉆頭實(shí)時(shí)在沖擊地層，所以會(huì)給井下鉆測儀器帶來巨大且不規(guī)則的振動(dòng)和沖擊。井下儀器在工作過程中要承受這些振動(dòng)和沖擊就應(yīng)具備合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合理的抗震裝配工藝。下面我就闡述下這些抗震選材、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震裝配工藝。

1 儀器的選材

（1）儀器鉆鋌的選材：根據(jù)儀器井下作業(yè)的振級和環(huán)境工況，鉆鋌本體應(yīng)選擇高強(qiáng)度、高韌性、高耐腐蝕性、非磁性、良好的高溫性，加工性、焊接性的金屬材料，例如Inconel 718或10NiCrMoTiB1515都是不錯(cuò)的選擇[1]。

（2）電子元器件的選擇：為了增加整體電路的抗震性，電子元器件需要選擇抗震性能優(yōu)良的，元器件的防振規(guī)格要滿足振動(dòng)加速度不小于8g。

2 儀器結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和裝配工藝

（1）儀器鉆鋌和儀器骨架的裝配固定方式

首先在儀器骨架的兩端位置使用鎖緊漲緊機(jī)構(gòu)把儀器骨架牢固的固定在儀器鉆鋌的內(nèi)壁，其次在儀器骨架的中軸方向均布扶正環(huán)和扶正密封圈來避免巨大的沖擊和振動(dòng)。

（2）儀器鉆鋌連接處螺紋的表面特種工藝和裝配工藝

①為了增加螺紋表面的強(qiáng)度可以采用噴丸工藝;②鉆鋌連接處的螺紋必須施加扭矩，根據(jù)儀器的材質(zhì)和螺紋的大小確定施加扭矩的大小;在公螺紋與儀器骨架之間安裝阻尼墊片，最佳的阻尼墊片為尼龍材質(zhì)。③為了防止螺紋表面發(fā)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，在安裝在之前需在螺紋表面均勻地涂抹銅基絲扣油。

（3）配件與鉆鋌的連接方式設(shè)計(jì)

①配件與鉆鋌的最佳連接方式為螺紋連接。螺紋需做噴丸或鍍銅處理。②對于不宜使用螺紋連接的配件，需要設(shè)置固定附件、限位卡簧、波紋彈簧為組合的方式進(jìn)行連接。③執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間最佳連接方式為彈性聯(lián)軸器連接，例如泵和馬達(dá)的連接、電機(jī)和泵的連接、馬達(dá)與減速機(jī)的連接等。

（4）儀器固定螺釘材質(zhì)的選擇和裝配工藝

①儀器表面的固定螺釘及儀器內(nèi)部的關(guān)鍵部位的固定螺釘需選擇強(qiáng)度等級為A4-100或以上的防銹螺釘。②鉆鋌表面的固定螺釘在安裝時(shí)需涂抹高強(qiáng)度螺紋膠。③螺釘需要根據(jù)強(qiáng)度等級施加扭矩。④螺釘需要加裝防松墊圈。

（5）儀器內(nèi)部密封處的抗震設(shè)計(jì)

①儀器內(nèi)部密封方式以密封圈密封方式為最佳選擇，如果密封處尺寸空間足夠建議使用雙密封圈結(jié)構(gòu)并且密封圈直徑不小于3毫米。②為了達(dá)到更好的抗震效果，可以在密封處加裝擋圈，PEEK材質(zhì)為擋圈的最佳材質(zhì)。③密封處在安裝時(shí)需在密封圈表面均勻涂抹硅脂。

（6）儀器電路固定方式的抗震性設(shè)計(jì)及裝配工藝

①為了提高電路的抗震性，電路板需進(jìn)行灌膠處理，且膠塊的四周需做成網(wǎng)格狀。②電路板與電子元器件需進(jìn)行可靠的焊接，焊接標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合 IPC J-STD-001E標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。③若電路板安裝處的空間尺寸足夠，可設(shè)計(jì)一層金屬護(hù)套來避免電路板的與儀器本體的相對運(yùn)動(dòng)。④電路插接件連接時(shí)一定要用螺釘和彈性墊圈的組合固定，且在螺釘?shù)穆菁y均與的涂抹絕緣緊固劑，在螺釘擰緊之后還需在螺帽處涂抹室溫硫化硅橡膠來提高其連接處的抗震效果。⑤對于不滿足灌膠工藝處理的電路板，需在連接螺釘處加裝抗震墊，抗震墊的材質(zhì)最佳選擇為硅膠。⑥電路的連接線相對于儀器本體要進(jìn)行可靠的固定，需使用高溫膠帶和EVA膠帶的組合將導(dǎo)向固定在儀器的本體上，且在線束的接頭處要使用扎線繩將線束本身捆綁，來提高其抗震能力。⑦液壓閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部的線束需使用銅絲和本體進(jìn)行捆扎。⑧對于不具備使用螺釘、綁線及室溫硫化硅等固定的線路及接頭處，需在其密封腔內(nèi)注滿硅脂來提高其抗震性。

（7）儀器本體軸承處的抗震性設(shè)計(jì)

①對于相對本體轉(zhuǎn)動(dòng)的部位，需要使用耐磨軸承，其中研磨部位的金屬材料同樣要求滿足振動(dòng)加速度等級不小于8g。②軸承本體設(shè)計(jì)以分體設(shè)計(jì)為最佳，能起到應(yīng)力釋放的效果讓耐磨軸承更好的承受井下振動(dòng)沖擊，延長其使用壽命。③為防止研磨部位金屬在振動(dòng)條件下脫落，需采用硬質(zhì)合金燒結(jié)技術(shù)來提高軸承本體的抗震性。④在軸承本體連接尺寸空間允許的情況下，可加裝扶正密封圈來增加其抗震性。⑤可選擇尺寸過盈配合、定位銷和熱裝形式的組合來實(shí)現(xiàn)軸承與儀器本體的連接，也可選擇螺紋形式與本體進(jìn)行連接。⑥軸承自身若采用分體設(shè)計(jì)，可采用尺寸過盈配合、定位銷和熱裝形式的組合作為連接方式。⑦若軸承與本體之間采用螺紋方式連接，需根據(jù)螺紋的尺寸施加合理的扭矩，以及加裝波紋彈簧來減少井下振動(dòng)對軸承產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊。

（8）儀器本體銷軸固定處的抗震性設(shè)計(jì)

①在儀器本體和配件連接方式不能選擇螺紋連接或者過盈配合熱裝連接的方法時(shí)，可選擇銷軸的固定連接的方式。②銷軸本體材質(zhì)需選擇高耐腐性、高強(qiáng)度、高韌性的金屬材料，可選用TC4、Inconel 718或10NiCrMoTiB1515材料。③銷軸與儀器本體接觸表面，應(yīng)加裝銅材質(zhì)保護(hù)套，并留有潤滑脂孔，最佳的潤滑脂為銅基潤滑脂，用此減少銷軸收到的振動(dòng)沖擊。④銷軸的兩端應(yīng)加裝孔用卡簧，防止銷軸受振動(dòng)沖擊產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)。

（9）儀器鉆鋌表面的金屬密封堵頭的抗震性設(shè)計(jì)

這些金屬密封堵頭與儀器本體的連接方式以螺紋連接為最佳，并設(shè)置雙密封圈槽，增大其抗震性，在堵頭安裝時(shí)需要在螺紋處均與涂抹螺紋緊固劑，密封圈處均與涂抹硅脂，擰緊時(shí)施加扭矩，并在最外側(cè)安裝孔用卡簧[2]。

3 結(jié)束語

對鉆井用井下儀器進(jìn)行抗震性設(shè)計(jì)是非常必要的，它是安全生產(chǎn)和儀器可靠性的前提條件。希望這些設(shè)計(jì)對行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員有指導(dǎo)性的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 葛亮，胡澤，陳平.井下工程參數(shù)隨鉆測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2013，（8）：105-107

[2] 李迅科，周建良，李嗣貴，等.深水表層鉆井動(dòng)態(tài)壓井裝置的研制與應(yīng)用試驗(yàn)[J].中國海上油氣，2013，（6）：70-74，81.