一種可用于隨鉆聲波測井的發射器制造技術

本實用新型專利技術提供了一種可用于隨鉆聲波測井的發射器，屬于石油天然氣鉆探領域。該可用于隨鉆聲波測井的發射器包括發射器本體和設置在發射器本體內的至少2個壓電振子；所述發射器本體包括框架承載架和包裹層結構；在所述框架承載架上依次沿軸向設有至少2個承載面，在每個所述承載面內緊密鑲嵌有一個所述壓電振子；在所述框架承載架上的所有壓電振子的極化方向相同，在電路上并聯連接，正、負電極引線從發射器本體的上端面引出；所述包裹層結構包裹在所述框架承載架的外部。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于石油天然氣鉆探領域，具體涉及一種可用于隨鉆聲波測井的發射器，屬于地球物理測井技術、聲學傳感器技術的改進與創新。
技術介紹
受大斜度井、水平井和多分支井等復雜結構井油氣勘探與開發需求的驅動，隨鉆聲波測井技術近年來發展迅速，且有逐漸取代電纜聲波測井的趨勢。隨鉆聲波測井儀器將發射和接收換能器布置在鉆鋌上，在鉆井過程中通過對各種井孔模式波的波速和衰減等聲學信息的測量來直接獲取地層參數，為油氣田的勘探與開發提供重要信息。隨鉆聲波測井技術在鉆井的同時完成測井作業，減少了井場鉆機占用時間，降低了作業成本和風險，更能及時準確地探測井眼附近地層的真實信息，這項技術對于鉆井施工、地質導向、儲層評價和油藏描述都具有十分重要的意義。隨鉆聲波測井儀器鑲嵌于鉆頭附近的厚壁鉆鋌上，主要由發射器、接收器、隔聲體、井下電子線路等部件構成，其中發射器是隨鉆聲波測井儀器最為核心的部件之一，在地層信息的獲取方面發揮著重要作用。由于隨鉆測井作業環境的特殊性，使得隨鉆聲波測井儀器在測井過程中面臨著高溫高壓、強振動、高噪聲、強泥漿沖蝕等極端惡劣的井下環境，這給隨鉆聲波測井換能器的研制和裝配帶來了巨大挑戰。盡管現有電纜聲波測井中廣泛使用的三疊片偶極子發射器經尺寸選擇后挪用到隨鉆聲波測井中，但在鉆鋌外壁刻槽注硅油的耐高壓設計方式卻極大地損害了鉆鋌的機械強度，給隨鉆測井作業帶來巨大風險。現有隨鉆聲波測井中采用的圓柱形或圓弧形發射器的發射效率低、輻射功率小，導致獲得的聲波波形信噪比低，無法有效地測量到地層信息。
技術實現思路
本技術的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種可用于隨鉆聲波測井的發射器，布置在井下鉆頭附近的厚壁鉆鋌中，可提高發射效率、輻射功率，使更多的聲波能量集中輻射進入地層中，從根本上增加地層有用信號的能量，提高信噪比和探測能力，以及抑制鉆鋌波的干擾。本技術是通過以下技術方案實現的：一種可用于隨鉆聲波測井的發射器，包括發射器本體和設置在發射器本體內的至少2個壓電振子；所述發射器本體包括框架承載架和包裹層結構；在所述框架承載架上依次沿軸向設有至少2個承載面，在每個所述承載面內緊密鑲嵌有一個所述壓電振子；在所述框架承載架上的所有壓電振子的極化方向相同，在電路上并聯連接，正、負電極引線從發射器本體的上端面引出；所述包裹層結構包裹在所述框架承載架的外部。所述發射器本體呈圓弧片狀結構，其圓心角α為85°～89°，其高度為120～130mm，厚度為15～25mm。所述承載面為通透型凹槽結構；所述壓電振子鑲嵌在承載面內，與承載面的內側邊緣之間填充有高溫粘結劑層。所述壓電振子包括壓電陶瓷片以及纏繞在其外層的預應力層；所述壓電陶瓷片的橫截面為圓弧形；在所述壓電陶瓷片的內、外表面均鍍有銀層，正、負電極引線分別由鍍有銀層的內、外表面引出；所述預應力層緊密貼合在所述壓電陶瓷片的銀層外的整個外表面上。所述壓電陶瓷片為整塊徑向極化的高溫發射型圓弧形壓電陶瓷晶體，或者由多個切向極化的高溫發射型梯形壓電陶瓷條依次拼鑲粘接而成。所述預應力層為玻璃纖維絲或低膨脹合金絲纏繞而成。每個所述壓電振子的高度為60～70mm，厚度為6～8mm，圓心角為60～80°，工作頻率為10～20kHz，相鄰兩個壓電振子的間距為65～75mm。所述框體承載架為采用聚四氟乙烯或聚醚醚酮或聚酰亞胺制作而成的圓弧形框架；所述包裹層結構包括水密絕緣層和彈性隔振層；所述水密絕緣層為密封膠層，其灌封在所述框架承載架的整個外表面外，在密封膠層的外部硫化有所述彈性隔振層。所述密封膠層為環氧樹脂密封膠層；所述彈性隔振層為高溫氟橡膠彈性隔振層。在所述發射器本體的上端面的中心處澆注有定位銷，其與發射器本體連成一個整體；從發射器本體上端面穿出的正、負電極引線穿過定位銷后引至發射器的上端面的外部；所述正、負電極引線與定位銷之間采用無縫隙緊密粘合；所述正、負電極引線均為高溫導線。所述定位銷為鋼質材料或高溫工程塑料制作而成的小圓柱體或者小橢圓柱體；所述小圓柱體的直徑為20～30mm，高度為8～10mm。與現有技術相比，本技術的有益效果是：本技術所提出的可用于隨鉆聲波測井的發射器是一種由多陣元組成的陣列式換能器，具有大功率、耐高溫高壓、抗振動、易裝配、良好絕緣和密封性等優點，既可用于現有隨鉆聲波測井儀器改造與升級，又可用于三維隨鉆聲波測井儀器和隨鉆方位反射聲波測井儀器的研制。附圖說明圖1是本技術提供的可用于隨鉆聲波測井的發射器的示意圖。圖2是本技術提供的可用于隨鉆聲波測井的發射器的內部結構示意圖。圖3是本技術提供的可用于隨鉆聲波測井的壓電振子的剖視圖。具體實施方式下面結合附圖對本技術作進一步詳細描述：本技術提供的可用于隨鉆聲波測井的發射器包括框體承載架、設置在框體承載架中的2個以上壓電振子以及用于密封、絕緣和減震的包裹層結構。其中，所述的框體承載架沿軸向預設有2個以上承載面，每個所述的承載面用于容置一個所述的壓電振子；所述的壓電振子由壓電陶瓷片以及纏繞在其外層的預應力層構成，用于輻射聲波脈沖信號；所述壓電陶瓷片的內、外表面鍍有銀層，正、負電極引線由鍍有銀層的內、外表面引出；所述預應力層緊密貼合在所述壓電陶瓷片的外表面，能夠增強壓電振子的機械性能，確保了發射器安全可靠；所述承載面與所述壓電振子一一對應，且每個壓電振子沿軸向緊密鑲嵌于對應的承載面內；鑲嵌有2個以上壓電振子的框體承載架的外表面灌封有密封膠，形成了一層具有防水性能的水密絕緣層，改善了發射器絕緣、密封性能；所述水密絕緣層外表面又硫化有一層彈性隔振層，提高了發射器的抗振性能；所述的發射器中，2個以上所述的壓電振子極化方向相同，在電路上并聯連接，并且同時向外輻射聲波，從而提高了發射效率、輻射功率。本技術以陣列式結構實現了大功率聲波發射。圖1是本技術提供的可用于隨鉆聲波測井的發射器的示意圖。如圖1所示，發射器本體1呈圓弧片狀結構，并且，在其上端面的中心處澆注有小圓柱定位銷11，與發射器本體1聯成一整體。發射器本體1的正、負電極引線12穿過小圓柱定位銷11引至其上端面的外部，引線均為高溫導線。正、負電極引線12與小圓柱定位銷11形成無縫隙緊密粘合，保證了發射器本體1的嚴格密封、絕緣。定位銷可以是鋼質材料或高溫工程塑料制作而成的小圓柱體，也可以是鋼質材料或高溫工程塑料制作而成的小橢圓柱體或其他形狀的結構。發射器本體1近似1/4圓弧片狀結構，圓心角α略小于90°，其值在85°～89°之間，高度120～130mm，厚度15～25mm，內外半徑r和R由鉆鋌的規格確定。小圓柱定位銷11的直徑20～30mm，高度8～10mm。圖2是本技術提供的可用于隨鉆聲波測井的發射器的內部結構示意圖。結合圖1和圖2，發射器本體1具體由框體承載架13、2個以上壓電振子14以及用于密封、絕緣和減震的包裹層結構(即環氧樹脂密封膠層和高溫氟橡膠彈性隔振層，圖中未標注)組成。其中，框體承載架13是由聚四氟乙烯或聚醚醚酮或聚酰亞胺制作而成的圓弧形框架，并且，沿其軸向預設有2個以上承載面，承載面呈通透型凹槽結構，其尺寸恰好能容置一個壓電振子，每個承載面用于容置一個壓電振子14。如圖3所示，壓電振子14由壓電陶瓷片141以及纏繞在其整本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可用于隨鉆聲波測井的發射器，其特征在于：所述可用于隨鉆聲波測井的發射器包括發射器本體和設置在發射器本體內的至少2個壓電振子；所述發射器本體包括框架承載架和包裹層結構；在所述框架承載架上依次沿軸向設有至少2個承載面，在每個所述承載面內緊密鑲嵌有一個所述壓電振子；在所述框架承載架上的所有壓電振子的極化方向相同，在電路上并聯連接，正、負電極引線從發射器本體的上端面引出；所述包裹層結構包裹在所述框架承載架的外部。

【技術特征摘要】
1.一種可用于隨鉆聲波測井的發射器，其特征在于：所述可用于隨鉆聲波測井的發射器包括發射器本體和設置在發射器本體內的至少2個壓電振子；所述發射器本體包括框架承載架和包裹層結構；在所述框架承載架上依次沿軸向設有至少2個承載面，在每個所述承載面內緊密鑲嵌有一個所述壓電振子；在所述框架承載架上的所有壓電振子的極化方向相同，在電路上并聯連接，正、負電極引線從發射器本體的上端面引出；所述包裹層結構包裹在所述框架承載架的外部。2.根據權利要求1所述的可用于隨鉆聲波測井的發射器，其特征在于：所述發射器本體呈圓弧片狀結構，其圓心角α為85°～89°，其高度為120～130mm，厚度為15～25mm。3.根據權利要求2所述的可用于隨鉆聲波測井的發射器，其特征在于：所述承載面為通透型凹槽結構；所述壓電振子鑲嵌在承載面內，與承載面的內側邊緣之間填充有高溫粘結劑層。4.根據權利要求3所述的可用于隨鉆聲波測井的發射器，其特征在于：所述壓電振子包括壓電陶瓷片以及纏繞在其外層的預應力層；所述壓電陶瓷片的橫截面為圓弧形；在所述壓電陶瓷片的內、外表面均鍍有銀層，正、負電極引線分別由鍍有銀層的內、外表面引出；所述預應力層緊密貼合在所述壓電陶瓷片的銀層外的整個外表面上。5.根據權利要求4所述的可用于隨鉆聲波測井的發射器，其特征在于：所述壓電陶瓷片為整塊徑向極化的高溫發射型圓弧形壓電陶瓷晶體，或者由多個切向極化的高溫發射型...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳金平，陸黃生，張衛，倪衛寧，吳海燕，
申請(專利權)人：中國石油化工股份有限公司，中國石油化工股份有限公司石油工程技術研究院，
類型：新型
國別省市：北京;11