一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统及方法与流程

本发明属于工程结构健康监测及管理领域的超声应力监测和智能结构领域，涉及一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统及方法。

背景技术：

1、目前在测井仪器结构健康监测及管理技术领域，现有的防止井下作业测井仪器卡涩及脱困回收技术，受限于套管和井下地质环境影响，少有有效的防卡困和回收技术。一旦发生井下作业仪器卡困，多采用暴力打捞方式，对测井仪器和套管设备造成损伤，严重影响测井仪器的服役性能和测井效益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中现有的回收技术受限于套管和井下地质环境影响，不能有效的防卡困和回收的问题，提供一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提出的一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，包括安装在测井仪器上的探头和防卡困回收装置；所述探头位于测井仪器探头处，在所述探头上连接有压电超声换能器，所述压电超声换能器的另一端连接有防卡困控制系统，所述防卡困回收装置的一端与所述压电超声换能器相连，所述防卡困回收装置的另一端与所述探头相连。

4、优选地，所述压电超声换能器包括阶跃信号发生器、应力检测设备和接口设备；

5、所述阶跃信号发生器与所述应力检测设备的第一端口相连，所述应力检测设备的第二端口与所述接口设备相连；

6、所述应力检测设备的第三端口与所述探头相连，所述应力检测设备的第四端口与所述防卡困控制系统相连。

7、优选地，在所述阶跃信号发生器与所述应力检测设备之间连接有功率放大电路。

8、优选地，所述应力检测设备为压电换能晶片。

9、优选地，所述探头采用负泊松比材料制成。

10、优选地，所述探头位于测井仪器探头的前端。

11、优选地，将测井探头防卡困回收系统的外部设有套筒。

12、本发明提出的一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收方法，包括如下步骤：

13、利用压电超声换能器激发探头超声激励信号，回传信号到防卡困控制系统；

14、防卡困控制系统根据超声波在探头内的传播特性和波形转换特性，获取探头内的应力状态；

15、应力状态和健康基准状态一致，则判定探头的工作状态正常，防卡困控制系统控制测井仪器正常前探作业；

16、应力状态异常，则判定应力状态异常，防卡困控制系统控制防卡困回收装置回收测井仪器。

17、优选地，防卡困控制系统无法判定应力状态异常时，则控制防卡困回收装置回收测井仪器后移，根据应力状态变化量对比分析当前工位和前一工位的应力状态，控制防卡困回收装置回收测井仪器，实现测井仪器对前端环境预知和脱困回收。

18、优选地，压电超声换能器通过压电逆效应及数模转换电路，回传数字信号到防卡困控制系统。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明提出的一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，区别于一般的正泊松比材料，负泊松比材料的突出力学特性是结构在某方向受到压缩载荷时，垂直方向并不表现为压胀特性，而表现为压缩特性，所以负泊松材料结构在受到压缩载荷时，可以整体表现为体积缩小，不会挤压相邻机械设备或者地质结构，特别适合井下防卡困技术领域。同时，结合压电超声换能器，利用固体介质的非线性声弹性效应，受到压缩载荷的负泊松比材料探头内部超声波的传播特性会发生相应变化，由此可以评定环境压缩载荷大小和卡困危险程度，便于控制系统量化分析并作出回收动作判断。再结合防卡困控制系统和防卡困回收装置，实现对测井仪器的回收。因此，该回收系统既可以避免卡困，又可以量化分析环境载荷，便于量化分析判断，最终实现井下作业测井探头智能防卡困和及时回收目的，维护测井仪器及前期钻井设备，具有重大经济效应。

21、进一步地，探头采用负泊松比材料制成，因其负泊松比特性(压缩变形特性，正泊松比材料表现为压胀变形特性)，不会因为受到机械压力载荷发生胀粗变形卡阻与其连接的测井探头，并损坏设备。

22、进一步地，探头位于测井仪器探头的前端，可以承受机械载荷(如套管内收到卡阻机械载荷)。

23、本发明提出的一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收方法，通过压电超声换能器激发探头超声激励信号，回传信号到防卡困控制系统，防卡困控制系统对获取的信息进行处理得到探头应力状态，再结合防卡困控制系统和防卡困回收装置，实现对测井仪器的回收。

技术特征：

1.一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，其特征在于，安装在测井仪器(5)上的探头(1)和防卡困回收装置(4)；所述探头(1)位于测井仪器(5)探头处，在所述探头(1)上连接有压电超声换能器(2)，所述压电超声换能器(2)的另一端连接有防卡困控制系统(3)，所述防卡困回收装置(4)的一端与所述压电超声换能器(2)相连，所述防卡困回收装置(4)的另一端与所述探头(1)相连。

2.根据权利要求1所述的基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，其特征在于，所述压电超声换能器(2)包括阶跃信号发生器(21)、应力检测设备(23)和接口设备(24)；

3.根据权利要求2所述的基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，其特征在于，在所述阶跃信号发生器(21)与所述应力检测设备(23)之间连接有功率放大电路(22)。

4.根据权利要求2所述的基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，其特征在于，所述应力检测设备(23)为压电换能晶片。

5.根据权利要求1所述的基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，其特征在于，所述探头(1)采用负泊松比材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，其特征在于，所述探头(1)位于测井仪器(5)探头的前端。

7.根据权利要求1所述的基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统，其特征在于，将测井探头防卡困回收系统的外部设有套筒。

8.一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收方法，其特征在于，防卡困控制系统(3)无法判定应力状态异常时，则控制防卡困回收装置(4)回收测井仪器(5)后移，根据应力状态变化量对比分析当前工位和前一工位的应力状态，控制防卡困回收装置(4)回收测井仪器(5)，实现测井仪器(5)对前端环境预知和脱困回收。

10.根据权利要求8所述的基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收方法，其特征在于，压电超声换能器(2)通过压电逆效应及数模转换电路，回传数字信号到防卡困控制系统(3)。

技术总结
本发明公开了一种基于负泊松比材料的测井探头防卡困回收系统及方法，区别于一般的正泊松比材料，负泊松比材料的突出力学特性是结构在某方向受到压缩载荷时，垂直方向并不表现为压胀特性，而表现为压缩特性，所以负泊松材料结构在受到压缩载荷时，可以整体表现为体积缩小，不会挤压相邻机械设备或者地质结构，特别适合井下防卡困技术领域。同时，结合压电超声换能器，利用固体介质的非线性声弹性效应，受到压缩载荷的负泊松比材料探头内部超声波的传播特性会发生相应变化，由此可以评定环境压缩载荷大小和卡困危险程度，便于控制系统量化分析并作出回收动作判断。再结合防卡困控制系统和防卡困回收装置，实现对测井仪器的回收。

技术研发人员：李婷婷,李亚鹏,黄科,张峰,于文茂,郑昊,苗秀英,王磊,杨超超,杨帆,陈魏巍,陆艳萍,孙小艳,王茜瑜
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17