测井电缆设备介绍

测井电缆

一、测井电缆的功能

测井探测的是井下的各种物理参数，电缆所起的就是输送和信道的作用。它具有以下三种功能：

（1）输送下井仪器和工具，并承受其拉力。

（2）为井下仪器供电并传送各种控制信号。

（3）将井下仪器输出的测量信号传输至地面系统。

电缆要实现以上功能，必须具备以下性能特点：

（1）具有大于被测井深的长度，通常要求仪器到达井底后，绞车滚筒上应剩有一层半的电缆，以保证测井施工的安全。

（2）必须具有较强的抗拉强度。

（3）必须具有较好的韧性，以便能盘绕在绞车滚筒上。

（4）必须有导电性、绝缘性、抗干扰性能好的多股缆芯，并能满足传送不同频率信号的要求。

（5）缆芯的绝缘材料必须具有耐高温性能。

（6）必须具备井下耐高压和在滚筒里层抗挤压的良好性能。

二、测井电缆的分类

测井电缆按缆芯数量可分为单芯、三芯、四芯、六芯、七芯等，按直径大小可分为φ12.7mm、φ118mm、φ8mm和φ5.6mm等，按耐温性能可分为90℃、180℃和250℃等。目前勘探测井多采用七芯电缆，生产测井多采用单芯电缆。尽管国内外各家电缆型号不尽相同，但大同小异，现以进口凯美莎电缆（型号746RX）为例说明其电缆型号的意义。

第一个数字代表缆芯数目。第二个字母代表钢丝铠装情况：

E：表示内层9根，外层15 根钢丝；

F：表示内层11根，外层15 根钢丝；

G：表示内层10根，外层16 根钢丝；

H：表示内层18根，外层18根钢丝；

J：表示内层24根，外层24根钢丝；

K：表示内层15根，外层15根钢丝；

L：表示内层12根，外层12 根钢丝；

M：表示内层15根，外层12根钢丝；

N：表示内层12根，外层18 根钢丝；

P：表示内层18根，外层24根钢丝；

Q：表示内层14根，外层20根钢丝；

R：表示内层17根，外层23根钢丝；

S：表示内层19根，外层20根钢丝；

X：其他结构。

第三个和第四个数字表示电缆直径（以百分之一英寸为单位）。

第五个字母表示缆芯的导电材料和股数：

R———7 股裸铜丝；

S——7 股镀锡铜丝；

T——6 股裸铜丝；

U——6 股镀锡铜丝；

V——编织镀锡铜丝；

W——编织镀锡铜丝;

X——其他结构。

第六个字母表示绝缘层材料：

B——乙烯丙烯共聚物；

p——聚丙烯；

F——泰氟隆一氯丁橡胶；

G——聚丙烯一氯丁橡胶；

H——聚丙烯-氯基甲酸乙酯；

J——乙烯-丙烯-二烯三聚合物；

V——泰氟隆；

Z——泰氟隆一尼龙；

X——凯氟乙烯。

第七个字母表示绝缘层为两层时外层的绝缘材料：

U——聚氨醛甲酸酯;E——氨基甲酸乙酯;N——聚丁橡胶。

由上可见凯美莎746RX电缆型号标识的含义为：

7——七芯；

J——内层24根，外层24根钢丝批；

46——外径为11.8mm；

R——缆芯导线为7根裸铜线；

X——绝缘材料为凯氟乙烯。

三、测井电缆的结构及主要性能指标

1、测井电缆的结构

测井电缆一般由导电缆芯、缆芯绝缘层、充填物、编织层及铠装防护层组成。测井七芯电缆如图1 所示。

（图1 七芯电缆断面图）

内外层缆铠采用优质钢丝镀锌制成，具有较好的韧性。一般外层钢丝较内层钢丝粗。内外层钢丝绕向相反。缆芯的铜芯线由多层铜丝绕成，并加有堵水剂，防止缆芯串水、串气。单根缆芯线都是二层注塑绝缘，个别国产电缆也有一层绝缘层的。测井缆芯全部被包在屏蔽层内。

①导电缆芯：由一根或几根线芯组成，而每一根线芯又是由多根铜导线按一定的方向绞合而成，导电缆芯应具有尽可能低的电阻值。

②缆芯绝缘层：决定了缆芯的耐温性能和电气性能。绝缘层材料通常为聚乙烯、泰氟隆等化学合成材料。

③充填物：是充填在电缆缆芯周围的导电屏蔽层及萱麻、棉纱等物。

④编织层：是铠装电缆的衬层，由纤维材料或布带绕包而成，它的作用是防止电缆缆芯受损。

⑤铠装防护层：是在编织衬层外绕包的两层铠装钢丝。通常用的电缆外层是左旋的，而内层是右旋的。

2、测井电缆的主要性能指标

电缆的主要性能指标包括电缆的机械性能和电气性能指标。

①电缆的机械性能：是指电缆的抗拉强度、耐腐蚀性、韧性及弹性等，它们不但是电缆的重要性能，也决定了电缆自身的质量标准。

其中电缆的抗拉强度包括电缆终端固定和电缆自由悬挂状态两种情况下的抗拉强度。

电缆终端固定下的抗拉强度就是指电缆两端被固定不能转动时所能经受住的最大拉力。通常厂家提供的电缆抗拉强度是在实验机上得到的，其实验情形类似于电缆终端固定。

电缆自由悬挂状态下的抗拉强度是指电缆在一端不固定和能转动情况下所能承受的最大拉力。测井状态下的电缆受力情况类似于此。

②电缆的电气性能：主要包括电缆的电阻、电容和电感。

电缆缆芯的直流电阻主要同电缆导电缆芯的长度、直径、导电材料及温度有关。

测井电缆的电容取决于绝缘层材料的介电常数、绝缘层厚度、导电线芯数、电缆工作环境的

温度和流体的压力。它是判断电缆断芯位置的重要参数。

四、测井电缆的常规检查与维护保养

1、测井电缆的常规检查与维护保养

（1）定期检查电缆铠装层的磨损情况。当电缆外层钢丝磨损超过1/3或外层有3根以上的断钢丝时，应考虑停止使用该电缆。

（2）定期检查电缆铠装层的腐蚀情况并定期试验电缆拉力。当电缆钢丝被弯转180°其弯处呈尖针状或整根电缆达不到额定拉断力的75%时，应停止使用该电缆。

（3）每次测完井或检修电缆后，都要使用万用表和摇表检查电缆的通断和绝缘情况。（4）每次测井过程中及测完井后都要对电缆进行清洁或喷防锈油，以防电缆锈蚀，延长电缆的使用寿命。

（5）当电缆出现断丝时，可采取压钢皮或进行铠装等方法来维修。生产测井时，因为防喷等原因，其电缆不能修接，只能采取剁掉或更换新电缆。

（6）当电缆发生轻微打扭时，可采用整形钳夹住电缆扭两端向反方向弯曲，使电缆恢复原状。电缆加拉力时配合整形效果会更好。但当整形效果不好时，打扭处必须剁掉。

2. 测井电缆工作时铠甲的受力情况

电缆两端固定的抗断强度就是指，一条电缆两头被固定不能转动时它所经受到断裂时的最大拉力。一辆汽车拉另一辆车，两车之间的拖车绳被拉紧而不能转动时就是这种例子。电缆在受力时没有出现转动，说明电缆里外铠甲的应力相等。

两端不固定的抗断强度是指一条电缆在一端不固定和能转动的情况下，它所能经受住断裂的最大拉力。一条系着测井工具的电缆被放入有套管的垂直井内的下面一段缆绳，就接近于这种情况。

铠装电缆芯上面按一定角度绕有两层铠甲层，这个角度叫做捻绕角，就是缆芯方向与铠甲层钢丝绕向之间的夹角。捻角值彼此一致，并且是方向相反。如果你在电缆上只绕上一层钢丝铠甲层，在端部吊一重物，它是不会打卷，铠甲层钢绳会变直，整个也变长了。在缆芯表面以彼此相对的捻向绕缠上两层铠甲层就会防止发生这种情况。

每一层铠甲钢丝所产生的扭矩决定于钢丝的数量、它们的面积及它们与缆芯的距离（距臂）以及绕制的捻角。由于铠甲层缠绕的几何结构，内层铠甲层钢丝比外层较细（但数目一样）或数量较少（粗细一样），结果内层的面积小，也就是其矩臂较小。这就造成外层比内层有更大的扭矩。在这种情况下外层铠甲是“控制”着电缆的因素。

内铠甲层的情形如何?因为它是按相反方向绕上的，所以它自身就产生打卷、缩短，可带较大的重量，结果处于受力而产生较大的取向相反的扭矩。电缆在内外铠甲层扭矩相等以前总

在转动。内铠甲层处于较大应力下时，铠甲层之间就不平衡，如若你加大拉力，内铠甲层首先断，整个负荷就给了外铠甲层，它随之也断，端部不固定的电缆抗断强度通常小于端部固定的，其原因就是这种负荷不均等分配。

在实际使用中，井眼不是很直的，电缆和井壁之间有较大的摩擦力，使用过的电缆多少就处于端部固定和不固定之间的状况，再用久点，它改变的更接近于端部固定的状态了。

同一根电缆两端不固定与两端固定相比，一般拉断力要小31%左右。

五、电缆使用注意事项

1、所有使用的测井电缆都是二层钢丝扭力不平衡的电缆，拉力加大时，电缆趋向拉伸、直径变小、旋转；反之拉力减小时，则缩短、直径变大、反方向旋转。一切妨害电缆自由旋转的因素是损坏的根源。因为电缆的旋转是受张力变化控制的，制造厂不可能生产不旋转的电缆。（制造厂只能控制使电缆直径和长度变化很小）

2、电缆的调理

头十次下井，是电缆最易受损的时候，与汽车一样，新电缆也有一个磨合过程。电缆调理的目的：使电缆的长度直径都稳定下来，把电缆的扭力放松，使二层钢丝逐渐磨合排列整齐像二层钢圈一样活动。其方法是：

（1）第一次下井，在深度标准井，电缆头接上磁性定位器和较大的加重，下放30米、上提50米、停住，借磁性定位器信号观察到电缆不旋转为止，再下放300米、上提50米、停住，观察到电缆不动，以次类推、把电缆放入井内，使电缆扭力放开。当然，滚筒上必须保留三层以上的电缆，7000米长七芯电缆头可能会旋转600 圈。

（2）如果有防喷管和盘根，新电缆要用旧的孔径变大的流管、用旧盘跟，不让流管和盘根妨害电缆因张力变化而发生的旋转，否则会使外层变松、内层变紧应力集中时，引起跳丝、断电缆等事故。

3、正常测井：技术规范中规定，工作张力应当不超过拉断力的50%；超过75%时铜芯线会超过疲劳强度、永久变形、造成扭曲Z变形，破坏绝缘塑料，漏电短路。工作拉力不超过额定拉断力的50%，是对新电缆说的，旧电缆的拉断力指标会降低，原因有：磨损；腐蚀；外层钢丝变松，内层变紧；机械损伤；扭曲；疲劳；接电缆降低10%。

4、电缆不能调头使用。

5、滑轮直径至少为电缆粗钢丝直径的400倍。

6、滑轮和张力轮的凹槽应当与电缆紧配，接触面在135-1500弧度，过宽会使电缆压扁、破坏绝缘，过窄会加快钢丝磨损，也会使绝缘变形。

7、外层钢丝直径磨损1/3 时，一般要报废。

六、测井电缆电气性能损坏的判断方法

确定电缆断芯位置的基本原理都是基于缆芯之间或缆芯与缆铠之间相当于一个平行板电容器的，当缆芯出现断点时，则长度发生改变，也就是电容器极板面积发生变化，使电容器容量发生改变（变小）。而这1、电缆断芯的检测

个电缆分布电容量与电缆的长度成正比。通过检测电缆电容量变化比例而间接检测出电缆的长度变化，从而根据电缆总长度计算出断芯位置。

利用上述方法确定的断芯位置一般都还存在一定的误差。因此要准确确定断芯位置，可在通过以上方法基本确定断芯位置后，在断芯的两端接上万用表，然后把断芯位置的电缆弯成小圆环，并顺着一个方向移动，当圆环经过断芯位置时，万用表的通断指示将发生变化，从而

可以准确地确定断芯位置。具体检测方法如下：

（图2 判断电缆断心位置示意图）

1）用电容表检测

2）用一个表笔接外皮，另一个表笔接缆芯。

3）先测一根好缆芯得出电容量。（电缆长度已知，电容量已测出，可算出1米的电容量）4）再测断芯的电容量，计算断芯位置。

5）例：已知电缆长度5600米，所测电容量0.71μF，

0.71/5600=0.0001267μF/米

断芯所测电容量0.017μF

0.017μF/0.01267=134.17

即：电缆总长X 断点电容数值/ 电缆总长电容数值

= 断芯位置计算值（公式1）

2、利用500V 兆欧表及万用表（漏电流法）确定缆芯绝缘破坏位置

（图3 用电流法确定缆芯绝缘破坏位置）

这是现场常用的一种简便方法，非常适合于作业小队在现场使用。检查方法如图3所示，当缆芯绝缘小于0.1MΩ时,将万用表接于被测缆芯两端,使用50μA 挡或1mA 挡，将兆欧表一端表笔接缆芯一端，兆欧表另一端表笔接缆皮。用均匀的速度摇动兆欧表，待电流

表读数稳定后记下读数A1。将兆欧表接缆芯的一端换接到缆芯的另一端，同时将电流表的表

笔两端互换，同样摇动兆欧表手柄，测出电流表读数A2，则用以下公式计算缆芯绝缘破坏位置：

七、根据电缆的伸长系数测算卡点

电缆卡点深度计算：

（1）到达现场，首先提到正常张力。

（2）在转盘水平面（或井口法兰盘）处的电缆上，做一个明显记号。

（3）使张力增加0.5 吨。图4

（4）在转盘水平面（或井口法兰盘）处的电缆上，再做一个明显记号。图5

（5）用尺子测量出这两个记号之间的距离ΔL1。

（6）使张力再增加0.5 吨。图5

（7）在转盘水平面（或井口法兰盘）处的电缆上，再做一个明显记号。图6

（8）用尺子测量出最后一个记号与第一个记号之间的距离ΔL2。

（9）根据该电缆的伸长系数，计算卡点深度。

常用七芯电缆的伸长系数为1.32202 米/ km / 吨。

（10）利用测定的结果用下面的公式就可求出卡点深度：

D = ΔL / ΔT ×

E （公式3）

说明：D = 遇卡深度（米）

ΔL = 从转盘上量出的电缆伸长量（米）

ΔT = 附加拉力（吨）

E = 电缆伸长系数（米/ Km / 吨）

（11）要特别注意，在进行伸长测量时，不得超过最大安全张力。

（12）若计算的遇卡深度与仪器在井下深度一致，则为仪器卡；所计算的卡点深度比

仪器在井下深度浅，则为电缆卡。

D1 = D2 所测卡准确

D2 > D1 所测卡不准。

举例：

D1 = ΔL / ΔT ×E = 1.983（米）/ 0.5（吨）×0.001322 = 3000 米

D2 = ΔL /ΔT ×E = 3.966（米）/ 1（吨）×0.001322 = 3000 米

地滑轮上电缆的角度与电缆拉力的关系

井口机械张力机与电缆实际所受拉力换算表

电缆最大安全张力的计算

(1) 按规定拉力不要超过新电缆的50%。

(2) 最大的安全张力

=正常测井张力+（弱点定值×75% －仪器在泥浆中的重量）（公式4）

(3) 举例：井深=3000 米；正常张力=1.8 吨；弱点定值=3 吨；仪器在泥浆中的重量=0.1 吨

(4) 最大安全张力

=正常测井张力+（弱点定值×75%－仪器在泥浆中的重量）

=1.8+（3×75%－0.1）

=3.95（吨）