【摘 要】本文针对现有的自然电位测井方法，设计了一种新型的、专用的自然电位测井仪器。
该仪器可以单独的进行自然电位测井，达到降低测井成本的目的。

　　【关键词】自然电位测井；新型；单独；成本
　　【Abstract】In this paper， a new pattern of spontaneous-potential logging tool is designed according to the existing natural potential logging method. This instrument can b广东深圳专业医疗器材开发工业产品设计服务系统设计在医疗管理中的应用研究e used to spontaneous-potential logging single-handed， to achieve the purpose of reducing the cost of logging.
　　【Key words】Spontaneous-potential logging； New pattern； Single-handed； Cost
　　0 引言
　　在早期的电阻率测井过程中，常发现在供电电极不供电时，仍可在井内测量到电位变化。
经研究表明这个电位是在钻开岩层时，在井壁附近产生一系列电化学活动的结果，为与人为供电造成的人工电场相区别，称其为自然电场。
自然电场的分布和岩性有密切的关系，特别是在砂/泥岩剖面中能以明显的曲线异常变化显示出渗透性地层。
因此，通过研究井眼内的自然电场中的电位变化即可反映井壁岩性，这种测井方法叫自然电位测井。
自然电位测井具有方法简单、实用价值高等特点，是划分岩性和研究储集层性质、求取测井参数以及其它地质应用中不可缺少的基本方法之一[1]。

　　1 自然电位测井相关简述
　　以砂/泥岩剖面的石油井为例说明自然电位测井原理。
钻井时，一般采用淡水泥浆钻进，所以在测井时遇到的多为Cw>Cmf的情况。
Cw为地层水矿化度，Cmf为泥浆滤液矿化度。
因此在砂岩层段井内富集有负电荷，而在泥岩�佣尉�内富集有正电荷。
则在井段内不同层位产生了电位差异，最后由扩散电动势和扩散吸附电动势形成了自然电场[1]。

　　进行自然电位测井时，将测量电极N放置于地面，电极M用电缆下放至井下，到达需要测定的地层下方后再上提该仪器，即进行测井时作业时的“上测”。
在沿井轴线提升该仪器的过程中，电极M随井深的变化实时测得井里该深度的自然电位，并将实时数据上传至地面系统，最后在测井系统里面形成一条自然电位随井深的变化曲线，如图1所示，这就是自然电位测井曲线（常称为SP曲线）[1]。

　　SP曲线在测井中使用十分普遍，它对判断岩性，识别渗透层，估计渗透层厚度，定性评估油/水层，进行地层剖面对比等，是十分重要的测井资料，除此之外，它还是各种综合测井图、地质图件、综合录井图的重要组成部分[2]。

　　目前，测量自然电位的仪器有感应类和测向类，广东深圳专业医用器械仪器外观工业产品设计影响医疗网络的五大医疗趋势且都是集成在这两类仪器中的，并且不能单独进行自然电位测井，它们在测量自然电位的同时也必须在进行视电阻率测井。
笔者本着单独进行自然电位测井的目的，研发了该测井仪器，节约了测井成本。
该仪器的设计结构简单明了，具有信号幅值稳定、测量不易受外界电磁场干扰等特点，并且测量结果精确。
本次设计的仪器由于仪器长度较短，也可以简称为SP短节（ESPS）。

　　2 新设计的自然电位测井仪器结构
　　2.1 确认仪器的连接方式
　　由于本次设计的新型自然电位测井仪器隶属于中海油田服务股份有限公司的ELIS测井系统范畴，要与ELIS系统中其它的测井仪器相互挂接形成测井仪器串，同时考虑到该仪器在仪器串中的挂接位置，因此将该仪器的连接方式设计为ELIS标准仪器系列。

　　2.2 设计仪器的整体结构
　　本次设计的新型自然电位测井仪器的设计指标为最高耐温X00�H，最高耐压Y0000psi，同时结合《中海油服油技事业部仪器外壳设计规范》，将仪器的上、下接头与仪器外壳设计为一个整体的形式――芯轴，方便使用、拆装与维保。
自然电动势的采集则设计为玻璃钢缠绕铅丝的电极来实现。

　　2.3 选择合适的加工材料
　　由于本次设计的新型自然电位测井仪器为短节类测井辅助仪器，可以单独测量地层的自然电位，关键的一点就是要方便实用。
在仪器长度一定、强度满足要求的情况下，仪器的重量应该越小越好。

　　根据《中国航空材料手册》[4]第四卷，TC4为一种中等强度的α-β型两相钛合金，该合金在遇热时强度性能下降得较快；而TC11为一种综合性能良好的α-β型热强钛合金，在500℃以下有优异的热强性能（高温强度、蠕变抗力等）。
如图2所示。

　　最终仪器的外壳材料选择为TC11型钛合金。

　　2.4 校验仪器设计强度 广东深圳专业医用仪器器材工业产品设计浅议工业设计中的技术美
　　根据《金属材料力学手册》[3]，设计耐压验算公式为：
　广东深圳专业医用工业产品设计现代设计与机电产品设计　式中，PO为壳体外表面压力，Pi为壳体内表面压力，n为安全系数。
取以下参数进行验算：
　　R0=86/2=43mm
　　Ri=44.7/2=22.35mm
　　σs=796MPa
　　n=1.2
　　将以上参数带入Ж式后，经计算得到在该设计下仪器外壳耐压值P=PO-Pi=279MPa>Y0000p广东深圳专业医疗产品外壳工业产品设计新深圳：创新2.0si。
说明该设计的外壳能够达到设计的性能指标，是安全的。

　　2.5 机械结构说明
　　本次设计的新型自然电位测井仪如图3所示。
主要组成部件为上护帽、芯轴、盖板、连接套和下护帽。

　　上、下护帽保护仪器芯轴的上、下部螺纹。

　　芯轴为整个仪器的整体。
芯轴局部缠绕了一定厚度的玻璃钢广东深圳专业医疗器械开发工业产品设计产品设计美学与经济审美，芯轴中间的缩颈处先缠绕一定厚度的玻璃钢再缠绕以一层铅丝，这部分作为该仪器的电极。
芯轴上缠绕玻璃钢的目的是为了达到绝缘的目的，同样，要达到此目的也可以在芯轴的同样部位硫化上橡胶，或者吹塑上PEEK以及其他绝缘材料。
本设计采用缠绕玻璃钢，是因为相同的绝缘材料，玻璃钢的耐腐蚀性能更好。

　　芯轴上部设有母插头，尾部设有公插头。
连接公母插头的是一根贯通线。
公、母插头均被各自的键和钢丝挡圈固定在芯轴上。

　　芯轴的尾部安装有连接套，用来连接芯轴与下护帽。
芯轴上端还设有六方扳手的凹槽，下部设有勾头扳手的勾头孔。

　　连接套上设有勾头扳手的勾头孔。

　　3 实验结果
　　本次发明的自然电位测井短节仪器在中海油服COSL一井的下井试验中工作状态正常，测得的SP曲线与该井标准曲线一致，达到了设计的预期目标。

　　4 结束语
　　本次发明的自然电位测井短节仪器由芯轴、以玻璃钢为载体的电极、26芯公母插头和盖板等部件组成。
其结构简单明了，能测量出待测地层点的自然电位曲线（SP曲线），具有信号幅值稳定、测量不易受外界电磁场干扰等特点，测量结果精确，降低了测井成本。

　　【参考文献】
　　[1]张庚骥.电法测井.石油大学出版社.1996.4.
　　[2]测井学编写组.测井学.石油工业出版社2004.10.
　　[3]刘鸣放.金属材料力学手册.机械工业出版社2011.1.
　　[4]夏恭忱，石玉珍.中国航空广东深圳专业医疗器械开发工业产品设计刘庭芳：设计国际医疗旅游战略材料手册.中国标准出版社1988.9.
　　[责任编辑：朱丽娜]