MWD随钻测井仪减振器结构设计与研究
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作用 。ＭＷＤ随钻测 井仪 的主要功 能包 括测 量井 斜角 、
低 ＭＷＤ仪器 的测 井 可靠 性 。因此 ， 从产 品 的可靠 性 、 经济效益 等方 面 考 虑 ， 急需 研 制一 种 新 型 的可 有效 减 小 和 吸收钻 杆 冲击 、 振动， 结 构 简单 ， 可 靠 性高 的随钻 测井仪减 振器来 达到减小 振动 、 吸 收冲击 的 目的 ， 从而 提高 Ｍ ＷＤ测 井仪器 的可靠性 。
在井下受 到 的振 动 量 级 在 １ ５ ｇ一２ ０ ｇ （ ｇ为重 力 加 速 度， ｇ ＝ ９ ． ８ ｍ ／ ｓ ） 之间， 瞬 间 的冲击 可 达 到 ５ ０ ｇ 左右 ，
甚 至更 大 的量级 。而 目前 所用 的 ＭＷＤ随 钻测 井 仪连
不 是仪器损 坏的主要 原因 。
微 分方程 （ １ ） 的特解 ； ｔ ｔ （ ｔ ） 为微分 方程 （ １ ） 的通 解 ； ｔ 为 时问 ， ｓ ； ａ 和 ａ 为 微分 方 程解 的 常数 ， 由振 动 系 统 的
石ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
油
仪
器
２ ０ １ ４年 １ ０月
Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ ＯＬ Ｅ Ｕ Ｍ Ｉ ＮＳ Ｔ ＲＵ ＭＥ ＮＴ Ｓ
・
开 发设 计 ・
ＭＷＤ随 钻 测 井 仪 减 振 器 结 构 设 计 与研 究
闫麦奎 刘 枭 卫 一多 赵 常青 马 颖
梁 羽佳 徐 韧 王 涯菲 奥 云
方位角 、 工具面 角 及辅 助参 数 ， 如 温 度等 ¨ ｊ ， 并将 测 量 到 的地层 数据及 时地通过无 线传 输 的方式 传递 给测 井 的地面 系统 。地 面系统通过 相应 的算 法处 理成 相对 应 的地层物 理信 息 ， 指 导实 时钻 井 作 业 和后 期 的油 气 开 发 。由于随钻测 井 仪 器在 测 井 过程 中受 钻铤 振 动 、 泥 浆冲刷等 影响 ， 工作 环境 十 分 恶劣 ， 而Ｍ ＷＤ随 钻测 井 仪作 为连接转 换 短节 ， 其 可 靠 性直 接 决定 着 整套 随钻 测井仪 的可 靠性 。随钻 测井 与 传 统 的 电缆测 井 不 同， 随钻测井 仪器 将 测井 探 测仪 器 安 装在 钻 铤 上 ， 随着 钻
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接方 式为 刚性 连接 ， 此 连接方式 的优 点是 结 构简单 、 连
接方便； 但是处在强振的井况环境下， 极易受到钻柱振 动和冲击的影响而造成 Ｍ Ｗ Ｄ测井仪器的损坏 ， 从而降
（ １ ． 中 国石油集 团测井有 限公 司随钻测井 中心 （ ２ ． 西安石油大学 陕西 西安 ）（ ３ ． 西安理工 大学 陕西 西安 ） 陕西 西安 ）
摘
要： 文章介绍 了随钻测井仪减振器的结构， 对其存在的问题进行 了详细分析。现有减振 器可靠性差的主要原因是结构设
计 不合理 和选材 问题 。文章 阐述 了一种 新型的随钻测 井仪减振 器的设 计 ， 对其 结构、 材料 和 工艺进行 了优 化 与改进 ， 针 对 ＭＷＤ 仪 器在 恶劣的振动环境下容 易损坏 的情 况 ， 通过 结构分析结合振动理论 ， 建立 了减振结构模 型 ， 完成 了 Ｍ ＷＤ仪 器纵向减振 器的 设计 。通过仿真分析 ， 进 行 了阻尼材料 的优 选 ， 并对 ＭＷＤ仪 器进 行 了减振优 化 ； 在结 构上采 用 了双 花键 结构 ， 既保 证 了最大 限
度 的隔振 ， 又保证 了一定程度的连接刚度 。结果表 明 ： 该设 计有效地解决 了随钻测 井仪 减振 器可靠性差 的问题 ， 该结构 可以有效
降低 井下振动对 ＭｗＤ仪 器的影 响 ， 有效地保证 随钻测井仪 器的可靠性 。
关 键 词： 随钻 测井 ； 减振 器 ； 结构设计 ； 振动 ； 可靠性
图１ ＭＷ Ｄ仪 器 结 构 连 接 示 意 图
第一 作者 简介 ： 闫麦奎 ， 男， １ ９ ６ １ 年生 ， 高 级工 程师 ， １ ９ ８ ５年 毕业 于 西安 机 械工 业学 院 机械 制造 与设 备 专 业 ， 现 在 中 国石 油 测 井有 限公 司 随钻测 井 中心 从事 随钻 测 井仪 器 机械 设计 。邮编 ： ７ １ ０ ０ ５ ４
２ ０ １ ４年 第 ２ ８卷 第 ５期
闫麦 奎 等 ： ＭＷＤ 随钻 测 井 仪 减 振 器 结 构 设 计 与研 究
在沿仪器 轴线 方 向 ， Ｍ ＷＤ仪器 和翼 型 扶 止器 为 刚 性连接 ， 使 得 钻 井 过 程 中 钻 头 冲 击 振 动 直 接 传 递 到 Ｍ ＷＤ仪器上 ， 由于此种 连接没有 缓冲减 振 的结 构 ， 从 而
杆在钻井 的过程 中实现测 井 。其 测井 的井 况环 境 十分 恶劣 ， 相关 的钻井 实践 和测量资 料表 明 ， 随钻测 井仪 器
１ 随钻测 井仪器减 振器 的设 计
１ ． １ 问题 分 析
随着 Ｍ ＷＤ仪器在 国际 、 国 内市 场上 的推 广应 用 ， 仪器 因振动 与冲击而造成 损坏 的情 况 占很 大 一部 分 比
中图法分类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ６ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ４—９ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５— ０ ０ １ ４— ０ ４
０ 引 言
ＭＷＤ无线 随钻 测 井仪 作 为 随 钻测 井 仪 器 的一 个 重要组成部 分 ， 在 随钻 测井 仪 器 中发挥 着 不 可替 代 的
例。为了更好地优化减振器的结构 ， 对仪器 的振动原 因分析如下 。
图 １为 ＭＷＤ仪器 结构 连 接 示 意 图 。沿 圆周 方 向 安装 有翼 型扶 正器及 ０型橡 胶圈用来 减小 圆周 方 向的
振 动 。由于在 钻井施工 过程 中沿着 仪器 圆周 方 向 的振
动 较轴线方 向的振 动 小很 多 ， 所 以沿 圆周 方 向 的振 动
低 ＭＷＤ仪器 的测 井 可靠 性 。因此 ， 从产 品 的可靠 性 、 经济效益 等方 面 考 虑 ， 急需 研 制一 种 新 型 的可 有效 减 小 和 吸收钻 杆 冲击 、 振动， 结 构 简单 ， 可 靠 性高 的随钻 测井仪减 振器来 达到减小 振动 、 吸 收冲击 的 目的 ， 从而 提高 Ｍ ＷＤ测 井仪器 的可靠性 。
在井下受 到 的振 动 量 级 在 １ ５ ｇ一２ ０ ｇ （ ｇ为重 力 加 速 度， ｇ ＝ ９ ． ８ ｍ ／ ｓ ） 之间， 瞬 间 的冲击 可 达 到 ５ ０ ｇ 左右 ，
甚 至更 大 的量级 。而 目前 所用 的 ＭＷＤ随 钻测 井 仪连
不 是仪器损 坏的主要 原因 。
微 分方程 （ １ ） 的特解 ； ｔ ｔ （ ｔ ） 为微分 方程 （ １ ） 的通 解 ； ｔ 为 时问 ， ｓ ； ａ 和 ａ 为 微分 方 程解 的 常数 ， 由振 动 系 统 的
石ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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２ ０ １ ４年 １ ０月
Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ ＯＬ Ｅ Ｕ Ｍ Ｉ ＮＳ Ｔ ＲＵ ＭＥ ＮＴ Ｓ
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开 发设 计 ・
ＭＷＤ随 钻 测 井 仪 减 振 器 结 构 设 计 与研 究
闫麦奎 刘 枭 卫 一多 赵 常青 马 颖
梁 羽佳 徐 韧 王 涯菲 奥 云
方位角 、 工具面 角 及辅 助参 数 ， 如 温 度等 ¨ ｊ ， 并将 测 量 到 的地层 数据及 时地通过无 线传 输 的方式 传递 给测 井 的地面 系统 。地 面系统通过 相应 的算 法处 理成 相对 应 的地层物 理信 息 ， 指 导实 时钻 井 作 业 和后 期 的油 气 开 发 。由于随钻测 井 仪 器在 测 井 过程 中受 钻铤 振 动 、 泥 浆冲刷等 影响 ， 工作 环境 十 分 恶劣 ， 而Ｍ ＷＤ随 钻测 井 仪作 为连接转 换 短节 ， 其 可 靠 性直 接 决定 着 整套 随钻 测井仪 的可 靠性 。随钻 测井 与 传 统 的 电缆测 井 不 同， 随钻测井 仪器 将 测井 探 测仪 器 安 装在 钻 铤 上 ， 随着 钻
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接方 式为 刚性 连接 ， 此 连接方式 的优 点是 结 构简单 、 连
接方便； 但是处在强振的井况环境下， 极易受到钻柱振 动和冲击的影响而造成 Ｍ Ｗ Ｄ测井仪器的损坏 ， 从而降
（ １ ． 中 国石油集 团测井有 限公 司随钻测井 中心 （ ２ ． 西安石油大学 陕西 西安 ）（ ３ ． 西安理工 大学 陕西 西安 ） 陕西 西安 ）
摘
要： 文章介绍 了随钻测井仪减振器的结构， 对其存在的问题进行 了详细分析。现有减振 器可靠性差的主要原因是结构设
计 不合理 和选材 问题 。文章 阐述 了一种 新型的随钻测 井仪减振 器的设 计 ， 对其 结构、 材料 和 工艺进行 了优 化 与改进 ， 针 对 ＭＷＤ 仪 器在 恶劣的振动环境下容 易损坏 的情 况 ， 通过 结构分析结合振动理论 ， 建立 了减振结构模 型 ， 完成 了 Ｍ ＷＤ仪 器纵向减振 器的 设计 。通过仿真分析 ， 进 行 了阻尼材料 的优 选 ， 并对 ＭＷＤ仪 器进 行 了减振优 化 ； 在结 构上采 用 了双 花键 结构 ， 既保 证 了最大 限
度 的隔振 ， 又保证 了一定程度的连接刚度 。结果表 明 ： 该设 计有效地解决 了随钻测 井仪 减振 器可靠性差 的问题 ， 该结构 可以有效
降低 井下振动对 ＭｗＤ仪 器的影 响 ， 有效地保证 随钻测井仪 器的可靠性 。
关 键 词： 随钻 测井 ； 减振 器 ； 结构设计 ； 振动 ； 可靠性
图１ ＭＷ Ｄ仪 器 结 构 连 接 示 意 图
第一 作者 简介 ： 闫麦奎 ， 男， １ ９ ６ １ 年生 ， 高 级工 程师 ， １ ９ ８ ５年 毕业 于 西安 机 械工 业学 院 机械 制造 与设 备 专 业 ， 现 在 中 国石 油 测 井有 限公 司 随钻测 井 中心 从事 随钻 测 井仪 器 机械 设计 。邮编 ： ７ １ ０ ０ ５ ４
２ ０ １ ４年 第 ２ ８卷 第 ５期
闫麦 奎 等 ： ＭＷＤ 随钻 测 井 仪 减 振 器 结 构 设 计 与研 究
在沿仪器 轴线 方 向 ， Ｍ ＷＤ仪器 和翼 型 扶 止器 为 刚 性连接 ， 使 得 钻 井 过 程 中 钻 头 冲 击 振 动 直 接 传 递 到 Ｍ ＷＤ仪器上 ， 由于此种 连接没有 缓冲减 振 的结 构 ， 从 而
杆在钻井 的过程 中实现测 井 。其 测井 的井 况环 境 十分 恶劣 ， 相关 的钻井 实践 和测量资 料表 明 ， 随钻测 井仪 器
１ 随钻测 井仪器减 振器 的设 计
１ ． １ 问题 分 析
随着 Ｍ ＷＤ仪器在 国际 、 国 内市 场上 的推 广应 用 ， 仪器 因振动 与冲击而造成 损坏 的情 况 占很 大 一部 分 比
中图法分类号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ６ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ４—９ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５— ０ ０ １ ４— ０ ４
０ 引 言
ＭＷＤ无线 随钻 测 井仪 作 为 随 钻测 井 仪 器 的一 个 重要组成部 分 ， 在 随钻 测井 仪 器 中发挥 着 不 可替 代 的
例。为了更好地优化减振器的结构 ， 对仪器 的振动原 因分析如下 。
图 １为 ＭＷＤ仪器 结构 连 接 示 意 图 。沿 圆周 方 向 安装 有翼 型扶 正器及 ０型橡 胶圈用来 减小 圆周 方 向的
振 动 。由于在 钻井施工 过程 中沿着 仪器 圆周 方 向 的振
动 较轴线方 向的振 动 小很 多 ， 所 以沿 圆周 方 向 的振 动
