核磁共振测井技术的物理基础是利用氢原子核 (质子1H) 自身的磁性及其与外加磁场的相互作用。它通过测量地层岩石孔隙流体中氢核的核磁共振驰豫信号的幅度和驰豫速率, 来探测地层岩石孔隙结构和孔隙流体的有关信息。
核磁共振测井直接测量岩石孔隙中流体的信号, 对岩石骨架没有响应, 是当代唯一能够直接测量储层 (油层、气层、水层) 自由流体孔隙度的测井方法。测量结果不受泥浆、泥饼及侵入的影响, 也不破坏动态平衡和孔隙结构[1]。
一般的核磁共振测井仪器的基本组成, 包含包括磁体和天线的探头、电子线路、储能短节以及信号采集与处理系统。电磁场, 激励地层的核磁共振信号, 并接收核磁共振信号。电子线路的基本功能是通过天线实现大功能射频脉冲的发射和超微弱核磁共振信号的检测。发射电路发射的射频 (RF) 脉冲期间往往高达上千瓦, 由于电缆的限制, 很难在短时间内供给这么大的能量, 需要一个储能短节, 为发射电路提供能量。储能短节的能量来源于1260个钽电容, 这些钽电容必须有效合理的连接才能实现供应能量的目的, 图1为钽电容结构 (如图1) 。
本文针对目前储能短节机械结构设计存在的问题, 提供了一种优化的储能短节机械结构设计。即设计一种连接电容固定座的结构, 提高电容固定座稳定性, 易于拆装, 使得储能短节在实现能量供应的同时, 为工作者拆装提供了极大的方便, 提高工作效率。
钽电容固定在电容固定座中, 电容固定座结构如图2所示, 中间圆孔为贯通线通孔。为了起到良好的绝缘效果, 并达到一定的机械强度, 电容固定座采用PEEK材料。每2个电容固定座通过销子连接起来, 共36节, 如图3所示。但这种连接方式极其不连贯, 在拆装过程中由于整个电容及固定座的自重极易断开, 而且贯通线从电容固定座中间通孔穿过, 给实际工作带来极大的麻烦 (如图2-图4) 。
每个电容固定座钻有3 5个弹巢式圆孔, 将电容成蜂窝状排列, 1260个钽电容共分布在36个电容固定座上。为了将电容固定都圆孔中, 需要把钽电容按方式装入电容固定座中, 并用螺丝顶紧 (如图4) 。
电容装配完成后, 用镀银铜母线将全部35个电容并联。母线右侧双箭头所指引脚开始连接, 进入内圈, 顺时针绕过所有引脚圆环, 共三圈绕回双箭头处。正、负两端绕法相同。再准备两根30cm长的AWG22 600V引线, 橙ORG、灰GRY各一根, 从双箭头所指引脚引出, 橙ORG线接正极、灰GRY线接负极。用电烙铁将所有连线与引脚的接触点进行焊接。
储能短节为了提供足够的能量, 需将每9个电容固定座串联成4组, 然后将串联好的4组电容固定座彼此并联, 每2组并联的电容固定座之间用间隔管间隔开, 起到绝缘作用。电容固定座正中间钻有正六边形通孔, 中间穿正六边形不锈钢金属棒, 防止容固定座周向转动, 提高稳定性。
串联的每2个电容固定座之间用间隔管隔开, 间隔管圆周钻2个螺纹孔, 用顶丝将其与六边形不锈钢棒顶紧, 既防止电容固定座轴向串动, 同时也起到了绝缘作用;每个电容固定座正上方开有走线槽, 方便贯通线穿过。正六边形不锈钢金属棒将36节电容固定座串成一个整体, 不锈钢金属棒两端用螺母拧紧。
按照上述设计思想, 加工制造了一批PEEK电容固定座和相关的金属部件, 并进行了实际的装配。首先将紧固板装正六边形金属棒上, 然后依次装入装配好的电容固定座。相邻两个电容固定座之间用电容固定座间隔管1间隔开, 每9个电容固定座之间用电容固定座间隔管2间隔开, 共4节。装配完成后两端用螺母带紧。装配完成后, 将整体电容固定座竖起, 用橡皮锤轻轻敲打上面, 使电容固定座之间装配更加紧密, 防止由于装配不牢而出现电容固定座之间串动。
将36个小节分成4组。每9节首尾相接进行串联, 将串联好的4组电容进行并联, 蓝色 (BLU) 接负极, 橙色 (ORG) 接正极, 从短节两端分别引出。将装好电容固定座的两端装配上金属头, 并接好电路骨架进行测试, 测井结果表明, 优化后的结构信号的噪声大大减小, 信号质量得到了大大的提高, 而且整个储能短节的强度得到了非常大的改善, 达到了预期设计的目标。
优化后的储能短节机械结构可以提高电容固定座连接稳定性, 而且拆装效率高。结构中采用金属棒穿过电容固定座, 可支撑固定电容固定座, 防止电容固定座周向转动, 且通过固定结构防止电容固定座轴向窜动, 稳定性非常好, 间隔管提高了电容固定座之间的绝缘特性, 凹槽的设置使得穿贯通线非常轻松, 效率大大提高。此结构简单、操作方便, 且制作成本低、使用可靠。
摘要：储能短节为核磁共振测井仪提供大量的能量, 本文提供了一种优化的储能短节机械结构设计, 优化后的结构可同时防止电容固定座圆周转动和轴向串动, 降低了信号噪声, 提高了信号质量, 同时提高了装配效率。此结构的稳定性、绝缘性比以往的结构都有大大的提高。此结构简单, 便于操作, 制作成本低, 使用可靠
关键词：核磁共振测井,能量储存,电容,机械结构,优化
[1] 肖立志.核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用[M].北京:科学出版社, 1998.
