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一種用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器的制作方法

文檔序號:5333722閱讀:310來源:國知局
專利名稱:一種用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
一種用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及測井儀器技術(shù)領(lǐng)域,具體地,本實用新型涉及一種用于多極陣 列聲波測井中的切向極化單極子換能器。
背景技術(shù)
[0002]近年來,隨著地質(zhì)和石油勘探的深入,對測井儀器的期望和要求也越來越高, 聲波測井是石油測井的重要方法之一。目前采用的聲波測井技術(shù)是利用發(fā)射換能器在井 下發(fā)出聲波,在地下介質(zhì)中傳播,經(jīng)過一定時間衰減后,被接受換能器接受,通過對衰 減的聲波信號分析,判斷地下的有關(guān)地質(zhì)結(jié)構(gòu)。聲波換能器包括單極子聲波換能器和偶 極子聲波換能器等,單極子聲波發(fā)射換能器激發(fā)的主要是縱波信號,偶極子聲波發(fā)射換 能器激發(fā)的主要是橫波信號。現(xiàn)在通常采用的聲波測井儀器為單極子聲源的常規(guī)聲波 測井儀器,其缺點在于無法直接提取橫波參數(shù),在套管井中對縱波參數(shù)也難以取得,因 此,對于在石油勘探中極為重要的軟地層參數(shù)的判斷上顯得十分乏力。為了克服這種 常規(guī)聲波測井儀器的缺陷,或有在原有儀器上增加偶極子聲波換能器,以直接提取軟、 硬地層中的橫波參數(shù),但此種做法局限于原有單極子換能器的發(fā)射頻率高、損耗大、靈 敏度低,無法獲得準(zhǔn)確的滲透率參數(shù),而滲透率參數(shù)求取始終是石油測井面臨的重要課 題,其準(zhǔn)確求取在評價石油產(chǎn)量和儲量上意義非常重大。加之舊有常規(guī)儀器的結(jié)構(gòu), 也無法實現(xiàn)多種測井方式。比如,水泥膠結(jié)測井是石油測井中常用的方法,主要用來 測量油井下套管后水泥灌注的膠結(jié)質(zhì)量,該方法測量原理與單極測量方式類似,但源距 (發(fā)射器與接收器之間的距離)要求更長,因此,泥膠結(jié)測井時就需要更換儀器才可以進(jìn) 行。[0003]為了能夠發(fā)射更低頻率的縱波,利用聲全波測井中斯通利波速度和衰減求取儲 層滲透率,并能夠?qū)崿F(xiàn)多種測井方式,中國實用新型03沈1891.3提出了一種“多極子陣 列聲波測井換能器”,利用單極子、偶極子以及斯通利波換能器組成多極聲源,可以直 接測量地層的縱波、橫波、斯通利波參數(shù),既可以相互參考驗證,也可以單獨處理,大 大提高了儀器的可信度和應(yīng)用范圍。該實用新型中的單極子發(fā)射換能器和單極子接收換 能器采用的是徑向極化的壓電陶瓷管,壁厚1 5mm之間,管子內(nèi)外壁鍍有銀層,用 于焊接電極。這種結(jié)構(gòu)的換能器接收靈敏度較高,由于壓電陶瓷的特性,電極兩側(cè)加同 向電壓會壓縮,加反向電壓會伸展,壓電陶瓷自身的抗拉強(qiáng)度是有限的,太高的反向電 壓會使其自身開裂,這就決定了單體陶瓷管無法施加太大的電壓,也就難以得到更大的 發(fā)射功率。目前制作單體陶瓷管的辦法是先壓制厚壁管型胚料,然后經(jīng)過機(jī)械研磨內(nèi)外 圓,得到薄壁的陶瓷管,在機(jī)械加工過程中陶瓷管非常容易破裂,成品率較低,這就增 加了制作成本。徑向極化的過程中工藝要求也非常嚴(yán)格,因極化導(dǎo)致的碎裂和缺陷也時 有發(fā)生。使用這種單體陶瓷管的換能器的制作和使用也需要非常注意,安裝運(yùn)輸都很不 方便。在井下環(huán)境中,因溫度與壓力的原因,陶瓷管兒易破裂。內(nèi)外壁上的電極焊接點 也容易脫落。為了能夠提供更大的發(fā)射功率,同時具有更高的接收靈敏度,可以采用分割電極式圓環(huán)形陶瓷管兒代替徑向極化壓電陶瓷管兒,這種結(jié)構(gòu)的技術(shù)難度在于如何引 出電極,美國專利N0.3142032中,采用的是金屬箔或網(wǎng),粘附在每兩條拼合組件拼接的 電極之間,利用金屬夾層粘縫里延伸出來的部分焊接電極。但是裝備工藝復(fù)雜,隨著拼 縫的增多,振子的有效機(jī)電耦合系數(shù)下降;金屬夾層與壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)不同,因 此容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。中國實用新型CN85201622提出了一種無金屬夾層的電極引出方 式,通過將壓電陶瓷拼條的鍍銀層局部暴露的辦法引出電極,從而簡化了裝配工藝,提 高了成品率,改善了機(jī)電耦合特性,同時具備較穩(wěn)定的電氣性能。該實用新型提出的時 間比較早,這種方法只能制作體積較大(直徑大于30厘米)的換能器,通過這種方法制 備的換能器只能應(yīng)用在對其體積沒有要求領(lǐng)域,所以局限在水下低頻大功率發(fā)射器、水 聲釋放器指令聲源和水下引爆聲學(xué)裝置等海洋實驗領(lǐng)域。實用新型CN85201622無論是 從體積大小還是技術(shù)方案都決定了其應(yīng)用范圍只能是深水海洋領(lǐng)域,而完全不滿足聲波 測井換能器的技術(shù)要求,聲波測井作為一個與深水海洋完全不同的領(lǐng)域,對換能器的要 求也更加苛刻,聲波測井用換能器要求尺寸相對較小(直徑10厘米以內(nèi)),用量比較大, 成本要求比較低,因此本實用新型再此基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步的改進(jìn),制備得到適用于測井 領(lǐng)域的換能器。實用新型內(nèi)容[0004]本實用新型的目的在于提供了一種用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子 換能器,成功的解決了現(xiàn)有多極陣列聲波測井中單極子換能器存在的問題。[0005]本實用新型的提供的用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器包括 接線柱1、絕緣子2、芯軸3、上端蓋4、端子墊片5、絕緣芯軸6、拼接陶瓷管7、下端蓋 8、螺母9、電極引線10、螺釘11;[0006]所述的換能器還包括拼接陶瓷管7為切向極化壓電陶瓷片,端面為扇形,扇形 的兩個斜邊面上鍍有銀層,通過高溫膠粘接成圓環(huán)形,使用高溫膠和玻璃纖維纏繞澆 注,在其徑向施加以預(yù)應(yīng)力,在其徑向施加以預(yù)應(yīng)力,在低頻率大振幅的情況下,不易 破碎;拼接陶瓷管7的電極是通過將壓電陶瓷拼條的鍍銀層局部暴露的方式引出的。[0007]作為上述方案的一種改進(jìn),所述的端子墊片5、絕緣芯軸6、絕緣子2為聚四氟 材料或其他耐高溫絕緣材料;上端蓋4、下端蓋8、芯軸3、螺母9、螺釘11為不銹鋼材 料。[0008]作為上述方案的又一種改進(jìn),其特征在于,所述的接線柱1為鍍銀金屬材料, 尤其使用純銅鍍銀材料。[0009]作為上述方案的再一種改進(jìn),所述的電極引線10為耐高溫導(dǎo)線,其外層有聚四 氟乙烯包復(fù),芯線為多股鍍銀金屬絲。[0010]作為上述方案的還一種改進(jìn),所述的切向極化壓電陶瓷片為耐高溫材料,其居 里點高于375 °C。[0011]本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型提供的一種用于多極陣列聲波測井中的切 向極化單極子換能器,通過采用切向極化拼接陶瓷管替代常規(guī)的徑向極化陶瓷管,使低 頻時可以獲得更大的發(fā)射功率,和發(fā)射效率,同時具有很高的接收靈敏度,同時該結(jié)構(gòu) 換能器具有電氣性能穩(wěn)定可靠,電極焊點牢固不易脫落,陶瓷管不易破碎,耐高溫高壓等特點。


[0012]圖1本實用新型的換能器剖面圖;[0013]圖2本實用新型的陶瓷管的結(jié)構(gòu)圖。[0014]附圖標(biāo)識[0015]1、接線柱 2、絕緣子3、芯軸[0016]4、上端蓋 5、端子墊片6、絕緣芯軸[0017]7、拼接陶瓷管8、下端蓋9、螺母[0018]10、電極引線 11、螺釘12、陶瓷拼條[0019]13、引出電極具體實施方式
[0020]
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
,對本實用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。[0021]如圖1所示,本實用新型的換能器包括接線柱1、絕緣子2、芯軸3、上端蓋 4、端子墊片5、絕緣芯軸6、拼接陶瓷管7、下端蓋8、螺母9、電極引線10、螺釘11; 此外換能器還包括拼接陶瓷管7為切向極化壓電陶瓷片,端面為扇形,扇形的兩個斜邊 面上鍍有銀層,通過高溫膠粘接成圓環(huán)形,使用高溫膠和玻璃纖維纏繞澆注,在其徑向 施加以預(yù)應(yīng)力,在其徑向施加以預(yù)應(yīng)力,在低頻率大振幅的情況下,不易破碎;拼接陶 瓷管7的電極是通過將壓電陶瓷拼條的鍍銀層局部暴露的方式引出的;[0022]其中,拼接陶瓷管7兩端同軸配合端子墊片5,安裝于上端蓋4和下端蓋8之 間,芯軸3—端有環(huán)型臺兒,用于與上端蓋4同軸配合,芯軸3外壁滑動配合有絕緣芯 軸6,通過螺釘11實現(xiàn)固定,芯軸3另一端有螺紋,通過螺母9,將拼接陶瓷管7固定壓 緊。電極引線10穿過上端蓋上的通孔,分別固定在接線柱1上,接線柱1安裝于絕緣子 2上。[0023]如圖2所示拼接陶瓷管7的引出電極13是通過將壓電陶瓷拼條12的鍍銀層局部 暴露的方式引出的。[0024]最后所應(yīng)說明的是,以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制。 盡管參照實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,對本 實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,都不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范 圍,其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器,包括接線柱(1)、絕緣 子⑵、芯軸⑶、上端蓋⑷、端子墊片(5)、絕緣芯軸(6)、下端蓋⑶、螺母(9)、電 極引線(10)、螺釘(11);其特征在于,該換能器還包括拼接陶瓷管(7);所述的拼接陶瓷管(7)由若干端面為扇形的切向極化壓電陶瓷片通過高溫膠粘接而 成,所述的扇形的切向極化壓電陶瓷片的兩個斜邊面上鍍有銀層,拼接陶瓷管(7)外層 使用高溫膠和玻璃纖維纏繞澆注。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器,其特征 在于,所述的端子墊片(5)、絕緣芯軸(6)、絕緣子( 為耐高溫絕緣材料制成,包括聚 四氟材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器,其特征 在于,所述的接線柱(1)為鍍銀金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器,其特征 在于,所述的電極引線(10)為耐高溫導(dǎo)線,其外層有聚四氟乙烯包復(fù),芯線為多股鍍銀金屬絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器,其特征 在于,所述的切向極化壓電陶瓷片為耐高溫材料,其居里點高于375°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器,其特征 在于,所述的拼接陶瓷管(7)的電極是通過將壓電陶瓷拼條的鍍銀層局部暴露的方式引 出的。
專利摘要本實用新型涉及一種用于多極陣列聲波測井中的切向極化單極子換能器,該換能器包括接線柱(1)、絕緣子(2)、芯軸(3)、上端蓋(4)、端子墊片(5)、絕緣芯軸(6)、下端蓋(8)、螺母(9)、電極引線(10)、螺釘(11);其特征在于,該換能器還包括拼接陶瓷管(7);所述的拼接陶瓷管(7)由若干端面為扇形的切向極化壓電陶瓷片通過高溫膠粘接而成,所述的扇形的切向極化壓電陶瓷片的兩個斜邊面上鍍有銀層,拼接陶瓷管(7)外層使用高溫膠和玻璃纖維纏繞澆注。本實用新型的優(yōu)點在于通過采用切向極化拼接陶瓷管,低頻時可以獲得更大的發(fā)射功率和發(fā)射效率,接收靈敏度提高,并且穩(wěn)定可靠。
文檔編號E21B47/00GK201810297SQ20102052749
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者孫德興, 李春, 梁希庭, 肖靈 申請人:北京銳致聰科技有限公司
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