梁立华，邹文凯

(中国石油测井有限公司吉林分公司 吉林 松原 138000)

0 引 言

近几年，吉林探区XM、MT区块的注水井井深已达到2 500 m左右，随着注水井深井的增加，注水压力也随之增大(井口压力20 MPa左右)，MP38B燃烧式释放器受到压力的影响，在测井施工中，易出现示踪剂不释放的现象，注入五参数组合测井仪的同位素测井曲线无法测量。若此时更换释放器，释放器中的放射源会对人体造成二次伤害，严重影响施工人员的身体健康和生产作业。为了避免重复测井，节约人力物力，对降低MP38B型燃烧释放器故障率的技术需求十分迫切。

1 MP38B燃烧式释放器工作原理及主要问题

燃烧式释放器是一个测井仪短节，用于携带和投放放射性示踪剂，在同位素测井仪器中得到普遍应用[1]。MP38B燃烧式释放器结构如图1所示。在测井施工时，仓体内装载放射性示踪剂，在目的层上，释放示踪剂。释放过程利用火药燃烧产生高压气体推动活塞由上向下运动，打开释放器，示踪剂得到释放。下活塞与滑动杆的滑脱是MP38B燃烧释放器在工作中出现的主要问题[2]。

图1 MP38B燃烧式释放器结构图

2 MP38B燃烧式释放器故障分析

释放器最下端的阻尼仓由密封圈、密封压环、压环螺丝组成，它的作用是当火药燃烧时产生高压气体推动活塞由上向下运动，为滑动杆带动活塞的下行提供阻力，使其不受较大的冲击，平稳打开释放器，示踪剂得到释放。阻尼仓如果缺油，就会造成下活塞下行过快，产生震动冲击，易与阻尼仓发生碰撞。轻则造成下活塞内的卡环和压板变形，重则造成下活塞脱落。阻尼仓是否缺油，是由滑动杆与阻尼仓间的密封圈决定的。密封圈的磨损使滑动杆向下移动，受井下压力、温度及注水中的泥沙与污垢、腐蚀性物质等因素影响，造成阻尼仓漏油。

日常仪器在检查维修保养时，要清理滑动杆上的锈垢与杂质，保证活塞处滑动杆的光滑。阻尼仓内的密封圈应光亮整洁，弹性有度，使滑动杆进出自如，密封良好。如发现有磨损或变形的密封圈要及时更换，避免其漏油，失去缓冲作用。

由于现场小队平时连续多井次作业，释放器不能做到一口井一归还，阻尼仓得不到及时维修保养，所以又对卡环和压板进行了改进。由于原卡环和压板的材料硬度不够，致使下活塞上的卡环与压板变形(如图2和图3所示)，进而使活塞滑脱，示踪剂不能释放。为了减少滑脱现象的发生，还需要提高卡环和压板的抗压强度。

图2 变形的卡环

图3 变形的压板

3 MP38B燃烧式释放器改进方法

3.1 卡环、压板的改进

优化压板结构，增加其厚度。MP38B燃烧式释放器下活塞是由密封圈、铜套、卡环、压板组成。并且通过4个螺丝固定在滑动杆上。 下活塞中原压板，如图4所示，是直径为20.0 mm，厚度为1.0 mm的圆形不锈钢板 。压板中间有一直径为6.0 mm的圆孔，围绕其周围是分布均匀的4个直径为3.0 mm的圆孔。由于原压板的厚度只有1.0 mm，易变形，为了增加压板的抗压性，根据零件弯曲强度的校核将其厚度增加。

1)该压板零件形状是圆盘形，断面形状为矩形，校核这类形状的零件时应当以中性轴的计算形式，它的弯曲强度的校验公式如式(1)[3]：

(1)

式中：δ弯为最大弯曲应力，kg/cm2；M弯为外截面弯矩，kg·cm；W弯为抗弯断面系数，cm3。

2)压板的断面为矩形，如图4所示：

图4 矩形截面抗弯断面分析图

根据矩形断面抗弯断面系数的计算方法得到式(2)[3]：

(2)

式中：b为零件的长度，mm；h为断面的高度(厚度),mm；Z为中性轴。

3)压板的受力位置在中心，所以得到如图5所示的受力图形：

图5 矩形截面抗弯断面受力分析图

根据图形和受力的状态，可以得到弯矩的计算公式[4]：

(3)

式中：F为外力,N；L为零件长度,mm。

4)根据盘形零件的特点得出：

L=R

(4)

将式(2)和式(3)代入式(1)，得到：

(5)

5)根据弯曲强度的校验方法，保证计算零件的弯曲强度必须小于它的许用弯曲强度[5]。因为许用弯曲强度就是它承受的最大弯曲应力(强度)，即：

(6)

由式(6)可以看出，[δ弯]为材料弯曲的许用应力[5](强度)，是由材料性质决定的，外力F是一定的，所以δ弯的大小是由h的大小决定的，h越大(即压板越厚),δ弯越小，越能满足计算公式，即保证压板不变形。

改进前、后的压板分别如图6、图7所示。图7中，改进后的压板直径未变，原来4个螺丝孔的部分没有增加厚度，只是将压板中间主要受力部分的厚度增加到最大值4 mm。这样改造的目的是螺丝拧紧后的高度与整个压板的高度在一个平面，不改变活塞的行程，避免活塞与阻尼仓发生碰撞外效应[6]，防止磕碰螺丝帽给拆卸带来麻烦。

图6 原压板

图7 改进后的压板

3.2 增加机械件材质的强度

就强度来说，必须做到既满足联接的工作要求，又要保证联结零件本身的要求[7]，卡环和压板的原料由2Cr13马氏体不锈钢更换成17-4PH马氏体沉淀硬化型不锈钢[8]。 2Cr13马氏体不锈钢其强度是686 MPa，而17-4PH合金经过热处理后，其机械性能更加完善，可以高达1 100～1 300 MPa的耐压强度，并且具有良好的耐腐蚀性。增加了钢材的强度也就提高了卡环和压板的抗压强度[9]。

4 结束语

通过对下活塞压片及卡环进行结构优化和材料强度提升，有效改进了MP38B燃烧式释放器的现场使用性能。目前，我们将改进后的MP38B燃烧式释放器投入到实际生产中,在两年来的使用过程中，在下活塞4个紧固螺丝不松动和阻尼仓不缺油的情况下，新卡环和压板没有出现变形导致下活塞滑脱的状况发生，减少了MP38B燃烧式释放器损坏和对施工人员的二次伤害。改进后的MP38B燃烧式释放器使用效果得到很好的验证，燃烧式释放器未改进前的维修支次大约150左右，改进后维修支次减少为50左右，为公司节约了大量的人力和物力成本，提高了测井效率。