一種具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，接收和發(fā)射探頭均采用模塊化結(jié)構(gòu)，即在一個“U”形探頭倉的內(nèi)部水平疊加排布有數(shù)層壓電振子模塊，探頭倉內(nèi)充滿硅油并由密封蓋板密封，在密封蓋板中部預(yù)置有透聲窗，探頭倉壁設(shè)有高壓密封插頭，壓電振子模塊的正負極引線通過高壓密封插頭引出，發(fā)射和接收探頭數(shù)量按1:4匹配。本發(fā)明的優(yōu)點在于：綜合考慮壓電振子模塊設(shè)計安裝、壓電振子模塊與探頭倉、探頭與鉆鋌的匹配問題，盡量減少探頭噪聲對隨鉆聲波測井的影響，獲得正確的地層巖石縱橫波聲速。另外通過模塊化結(jié)構(gòu)使得探頭模塊易于拆卸和互換以及探頭模塊的單獨測試和功能校驗。
【專利說明】
一種具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測井【技術(shù)領(lǐng)域】的一種隨鉆聲波探頭，具體是一種具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，聲波測井技術(shù)已成功應(yīng)用于隨鉆過程中。隨鉆聲波測井采用滑行波測量方式實時測量地層巖石縱橫波聲速的變化，通過測量地層的縱、橫波波速，不僅可提供地層孔隙度、通過實時地層壓力預(yù)測提高鉆井安全系數(shù)、通過與地震資料結(jié)合降低地球物理勘探風(fēng)險和提高地質(zhì)導(dǎo)向效率，還能進行巖石機械特性分析及鉆井事故預(yù)測。隨鉆聲波測井在鉆井的同時完成聲波測井作業(yè)，減少了井場鉆機占用時間，從鉆井-測井一體化服務(wù)中節(jié)省成本。對于大斜度井、水平井或特殊地質(zhì)環(huán)境鉆井，電纜測井困難或風(fēng)險大，以至于不能進行作業(yè)，隨鉆聲波測井可以取而代之。因此該項技術(shù)在鉆井工程和油氣勘探方面有著尤為重要的意義。
[0003]但由于其隨鉆工作環(huán)境的特殊性，使得隨鉆聲波測井的實現(xiàn)要比電纜測井技術(shù)復(fù)雜得多。隨鉆聲波測井要取得成功，首先必須解決聲波探頭及安裝工藝的問題。目前電纜測井使用的聲波探頭無法照搬到隨鉆測井中，國內(nèi)隨鉆聲波測井專利主要涉及聲波換能器或者鉆鋌隔聲體的內(nèi)容，其中CN 201241697Y涉及的一種隨鉆聲波偶極子換能器可用于聲波探頭的制作，然而在專利中沒有考慮隔聲及減震，這樣會給隨鉆聲波的測量帶來很大的影響。102162358 A涉及的是一種隨鉆聲波測井換能器組合，接發(fā)換能器采用多個壓電陶瓷片，它是通過在鉆鋌上刻槽對來抑制發(fā)射探頭到接收探頭之間的鉆鋌直達波。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，通過安裝在鉆鋌上，構(gòu)成單發(fā)四收探頭隨鉆聲波聲系，采用定向發(fā)射、接收技術(shù)，實時測量的地層巖石縱橫波聲速可用于巖性識別、孔隙度計算、巖石力力學(xué)參數(shù)計算、井眼穩(wěn)定性預(yù)測等，通過井下測控電路進行井下波形實時處理，提取時差后送往地面。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，接收和發(fā)射探頭均采用模塊化結(jié)構(gòu)，即在一個“U”形探頭倉的內(nèi)部水平疊加排布有數(shù)層壓電振子模塊，探頭倉內(nèi)充滿硅油并由密封蓋板密封，在密封蓋板中部預(yù)置有透聲窗，探頭倉壁設(shè)有高壓密封插頭，壓電振子模塊的正負極引線通過高壓密封插頭引出，發(fā)射和接收探頭數(shù)量按1:4匹配。
[0006]上述方案還包括:
所述的壓電振子模塊由壓電振子和兩塊夾板組成，壓電振子插入兩側(cè)的夾板的凹槽中，采用高溫粘結(jié)膠把兩部分粘接成為一體。
[0007]每層壓電振子模塊均通過兩側(cè)的夾板固定在探頭倉內(nèi)設(shè)的基座上，并在夾板與基座之間增加橡膠隔音墊。
[0008]上述方案進一步包括:透聲窗采用絕緣材料制作的耐磨透聲窗口，絕緣材料包括氟橡膠或硅橡膠，透聲窗的聲阻抗與探頭倉內(nèi)的硅油和鉆鋌外的泥漿聲阻抗相匹配。
[0009]探頭倉外壁設(shè)有隔聲橡膠墊。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于:綜合考慮壓電振子模塊設(shè)計安裝、壓電振子模塊與探頭倉、探頭與鉆鋌的匹配問題，盡量減少探頭噪聲對隨鉆聲波測井的影響，獲得正確的地層巖石縱橫波聲速。另外通過模塊化結(jié)構(gòu)使得探頭模塊易于拆卸和互換以及探頭模塊的單獨測試和功能校驗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0012]圖1本發(fā)明具體應(yīng)用在隨鉆方位聲波測井裝置的示意圖。
[0013]圖2圖1中A-A截面放大圖，即本發(fā)明探頭模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3-A圖2中壓電振子模塊俯視圖。
[0015]圖3-B圖3的壓電振子模塊主視圖。
[0016]圖中:1專用鉆鋌2隔聲體3測控電路
4供電電池5下導(dǎo)流套6上導(dǎo)流套
7上扶正器8下扶正器9接收探頭陣列
10發(fā)射探頭11隔聲橡膠墊12探頭倉
13高壓密封插頭14基座15橡膠隔音墊
16緊固螺釘17密封圈18密封蓋板
19透聲窗20壓電振子模塊21壓電振子
22夾板23正極引線24負極引線。

【具體實施方式】
[0017]實施例1
具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，接收和發(fā)射探頭均采用模塊化結(jié)構(gòu)，即在一個“U”形探頭倉的內(nèi)部水平疊加排布有數(shù)層壓電振子模塊，探頭倉內(nèi)充滿硅油并由密封蓋板密封，在密封蓋板中部預(yù)置有透聲窗，探頭倉壁設(shè)有高壓密封插頭，壓電振子模塊的正負極引線通過高壓密封插頭引出，發(fā)射和接收探頭數(shù)量按1:4匹配。
[0018]實施例2
具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，接收和發(fā)射探頭均采用模塊化結(jié)構(gòu)，即在一個“U”形探頭倉的內(nèi)部水平疊加排布有數(shù)層壓電振子模塊，探頭倉內(nèi)充滿硅油并由密封蓋板密封，在密封蓋板中部預(yù)置有透聲窗，探頭倉壁設(shè)有高壓密封插頭，壓電振子模塊的正負極引線通過高壓密封插頭引出，發(fā)射和接收探頭數(shù)量按1:4匹配。
[0019]所述的壓電振子模塊由壓電振子和兩塊夾板組成，壓電振子插入兩側(cè)的夾板的凹槽中，采用高溫粘結(jié)膠把兩部分粘接成為一體。
[0020]每層壓電振子模塊均通過兩側(cè)的夾板固定在探頭倉內(nèi)設(shè)的基座上，并在夾板與基座之間增加橡膠隔音墊。
[0021]實施例3 —種典型實施例
參照附圖1，隨鉆方位聲波測井裝置包括:專用鉆鋌1、聲波聲系(發(fā)射探頭10，接收探頭陣列9)、測控電路3、供電電池4及上下導(dǎo)流套5、6。專用鉆鋌I為外徑為178mm的無磁鉆鋌，專用鉆鋌I中心為泥漿流道，為了安裝聲波聲系，在專用鉆鋌I加工時設(shè)計扶正器7、8，以保證有足夠的位置安裝聲系，通過扶正器側(cè)壁開槽放置聲系，聲系通過上下導(dǎo)流套5、6分別與上端隨鉆測量系統(tǒng)MWD(Measurement While Drilling)進行通訊連接并與供電電池
4、測控電路3連接，導(dǎo)流套與鉆鋌開孔嚴格同心，通過高壓密封塞進行內(nèi)外的連接。供電電池4、測控電路3分別裝在特制抗壓筒中，特制抗壓筒居中放置在專用鉆鋌I的泥漿流道中，通過與鉆鋌內(nèi)徑相同的橡膠扶正器與鉆鋌內(nèi)壁相連。在上扶正器7與下扶正器8之間為隔聲體2。整個測量系統(tǒng)位于井眼中，井眼中充滿泥漿。
[0022]參照附圖2，隨鉆方位聲波測井裝置的聲系采用單發(fā)四收模式，包括I個發(fā)射探頭10，4個接收探頭組成接收探頭陣列9，發(fā)射探頭10布置在鉆鋌的下扶正器8的凹槽內(nèi)，接收探頭陣列9軸向排列布置在鉆鋌的上扶正器6的凹槽內(nèi)。聲系通過上下導(dǎo)流套5、6分別與上端MWD進行通訊連接并與供電電池4、測控電路3連接。接收和發(fā)射探頭都采用模塊化設(shè)計制作，由壓電振子模塊20、探頭倉12、透聲窗19、密封蓋板18組成，即:把壓電振子模塊20固定在探頭倉12內(nèi)，探頭倉12充滿硅油并使用密封蓋板18密封，其中密封蓋板外套透聲窗19。模塊化結(jié)構(gòu)既能夠?qū)崿F(xiàn)與鉆鋌的聲隔離，又具有聲波的定向輻射。探頭模塊的易于拆卸和互換以及探頭模塊的單獨測試和功能校驗。
[0023]如圖3所示，壓電振子模塊20由壓電振子21和兩塊夾板22組成。其中壓電振子21是隨鉆聲波測井聲波探頭的核心部件，通過分析壓電振子的材料和幾何尺寸對諧振頻率的影響，可以得出基片材料、壓電陶瓷類型、壓電振子長度、寬度和厚度、壓電振子固定點距離等壓電振子的基本參數(shù)。采用ANSYS有限元軟件包對可壓電振子在空氣中不同邊界條件下的振動模態(tài)進行了數(shù)值模擬，對兩端簡支、兩端鉗定、一端簡支一端自由、一端鉗定一端自由和一端簡支一端鉗定五種邊界條件下的壓電振子的振動模態(tài)分別進行了數(shù)值模擬和實驗測量，模擬結(jié)果表明在不同的機械邊界條件下相同頻帶內(nèi)的振動模態(tài)個數(shù)和同一振動模態(tài)的頻率值相差較大。根據(jù)模擬結(jié)果和實驗所需采用合適的邊界條件。把壓電振子21插入到的夾板22的凹槽中，充分考慮到壓電振子21與夾板22的整體性，采用高溫粘結(jié)膠把兩部分粘接成為一體。高溫粘結(jié)膠同時起到減震的效果。采用高溫焊錫把壓電振子的正負極引線23、24焊到探頭倉12的高壓密封插頭13上。
[0024]接收和發(fā)射探頭都采用多層壓電振子模塊20徑向疊加排列方式，多層壓電振子結(jié)構(gòu)提高了探頭對有用聲波信號的輻射能量。采用緊固螺釘把壓電振子模塊20固定在探頭倉12的基座14上，為了達到較好的隔音效果，在壓電振子模塊20與基座14之間增加橡膠隔音墊15。在安裝多層壓電振子模塊20后在探頭倉12內(nèi)注滿硅油，使用密封蓋板18密封，密封為端面密封，要求蓋板18與探頭倉12之間的金屬面絕對光滑，所選擇密封圈17材料為全氟橡膠，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能及優(yōu)異的耐熱性能，長期耐溫最高可達310攝氏度。密封蓋板18外套透聲窗19,透聲窗19米用耐磨透聲窗口，材料為氟橡膠、娃橡膠或其它適合的絕緣材料，透聲窗19的聲阻抗與探頭倉12內(nèi)的硅油和專用鉆鋌I外的泥漿聲阻抗相匹配，因而有利于聲波在地層中的發(fā)射及接收較少的衰減?？紤]探頭倉12與鉆鋌I之間的隔聲，加裝隔聲橡膠墊11。
【權(quán)利要求】
1.一種具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，包括接收和發(fā)射探頭，其特征是:接收和發(fā)射探頭均采用模塊化結(jié)構(gòu)，即在一個“U”形探頭倉的內(nèi)部水平疊加排布有數(shù)層壓電振子模塊，探頭倉內(nèi)充滿硅油并由密封蓋板密封，在密封蓋板中部預(yù)置有透聲窗，探頭倉壁設(shè)有高壓密封插頭，壓電振子模塊的正負極弓I線通過高壓密封插頭引出，發(fā)射和接收探頭數(shù)量按1:4匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，其特征是:所述的壓電振子模塊由壓電振子和兩塊夾板組成，壓電振子插入兩側(cè)的夾板的凹槽中，采用高溫粘結(jié)膠把兩部分粘接成為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，其特征是:每層壓電振子模塊均通過兩側(cè)的夾板固定在探頭倉內(nèi)設(shè)的基座上，并在夾板與基座之間增加橡膠隔音墊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，其特征是:透聲窗采用絕緣材料制作的耐磨透聲窗口，絕緣材料包括氟橡膠或硅橡膠，透聲窗的聲阻抗與探頭倉內(nèi)的硅油和鉆鋌外的泥漿聲阻抗相匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有隔聲結(jié)構(gòu)的隨鉆聲波探頭，其特征是:探頭倉外壁設(shè)有隔聲橡膠墊。
【文檔編號】E21B49/00GK104213912SQ201310213085
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】楊錦舟, 肖紅兵, 黃敬, 喬文孝, 鞠曉東, 施斌全, 趙紅林 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院