聲波測井換能器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種聲波測井換能器。聲波測井換能器包括支架和固定設(shè)置在支架上的壓電陶瓷元件，壓電陶瓷元件設(shè)置為圓管狀。根據(jù)本發(fā)明的聲波測井換能器，由于壓電陶瓷元件設(shè)置為圓管狀，通過改變聲波測井換能器的振動模式，從而提高了聲波測井換能器的機電轉(zhuǎn)換效率，進而可以提高聲波測井換能器的接收靈敏度和測量信號的幅度。
【專利說明】聲波測井換能器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程檢測設(shè)備，具體而言，涉及一種聲波測井換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]在油田勘探過程中，由于常規(guī)水泥膠結(jié)測井儀(聲波變密度測井儀)對固井質(zhì)量評價存在局限性，難以滿足周向精細評價的要求。扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀能夠?qū)μ坠芡獾乃喹h(huán)徑向的局部缺失、微間隙等的固井質(zhì)量問題進行識別，從而提供套管周圍全方位的水泥膠結(jié)狀況，更好地滿足固井質(zhì)量評價。聲波測井換能器作為上述扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的關(guān)鍵部件，對該扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的性能起著十分重要的作用。
[0003]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，聲波測井換能器包括長條形的壓電陶瓷元件I’和支架2’。其中，若干個長條形狀的壓電陶瓷元件I’經(jīng)切向極化后固定在支架2’上，從而形成一個圓柱體的環(huán)形聲波測井換能器。該換能器在實際應(yīng)用中，每個壓電晶體條對應(yīng)一個測量扇區(qū)。這種聲波測井換能器的好處是可提高扇區(qū)測量的周向分辨特性，但在實際應(yīng)用中存在的問題是轉(zhuǎn)換效率低、測量信號幅度小，應(yīng)用效果不理想。
[0004]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的聲波測井換能器的測試效果圖。如圖2所示，聲波測井換能器接收信號的幅度較小，機電轉(zhuǎn)換效率較低。
[0005]因此，一種既要有高的周向分辨特性，同時還具有良好的聲波信號接收靈敏度的聲波測井換能器是扇區(qū)水泥膠結(jié)聲波測井儀器的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種具有周向分辨特性好、轉(zhuǎn)換效率高、測量信號幅度大的聲波測井換能器，用于解決現(xiàn)有聲波測井換能器的不足。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種聲波測井換能器，聲波測井換能器包括支架和固定設(shè)置在支架上的壓電陶瓷元件，壓電陶瓷元件設(shè)置為圓管狀。
[0008]進一步地，聲波測井換能器包括多個壓電陶瓷元件，多個壓電陶瓷元件沿支架的周向設(shè)置。
[0009]進一步地，支架包括支撐軸和沿支撐軸的一端徑向外側(cè)延伸的底座。
[0010]進一步地，支架還包括第一通孔，第一通孔貫通支撐軸和底座。
[0011]進一步地，聲波測井換能器還包括固定裝置，壓電陶瓷元件通過固定裝置與支架連接。
[0012]進一步地，固定裝置包括固定板和用于將固定板鎖緊在支架的鎖緊件，壓電陶瓷元件通過固定板與支架固定連接。
[0013]進一步地，支架包括底座，壓電陶瓷元件的第一端與底座連接，壓電陶瓷元件的第二端與固定板連接。
[0014]進一步地，底座的四周設(shè)置有多個第二通孔，固定板的四周設(shè)置有多個第三通孔，多個壓電陶瓷元件的第一端與多個第二通孔一一對應(yīng)設(shè)置，多個壓電陶瓷元件的第二端與多個第三通孔一一對應(yīng)設(shè)置。
[0015]進一步地，聲波測井換能器還包括引線端子，引線端子設(shè)置在固定板的遠離底座的端面上。
[0016]進一步地，壓電陶瓷元件具有正極部和負極部，壓電陶瓷元件包括一個或多個子壓電陶瓷元件，各子壓電陶瓷元件的正極分別連接形成正極部，各子壓電陶瓷元件的負極分別連接形成負極部。
[0017]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，將壓電陶瓷元件設(shè)置為圓管狀，通過改變聲波測井換能器的振動模式，從而提高了聲波測井換能器的機電轉(zhuǎn)換效率，進而可以提高聲波測井換能器的接收靈敏度和測量信號的幅度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的聲波測井換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的聲波測井換能器進行測試的測試效果圖；
[0021]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲波測井換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4示出了圖3的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲波測井換能器的壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的聲波測井換能器的壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個替代實施例的聲波測井換能器的壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0026]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第三個替代實施例的聲波測井換能器的壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第四個替代實施例的聲波測井換能器的壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0028]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的第五個替代實施例的聲波測井換能器的壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0029]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲波測井換能器的壓電陶瓷元件與測試裝置連接的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0030]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲波測井換能器進行測試的測試效果圖。
[0031]【專利附圖】

【附圖說明】:1、壓電陶瓷元件；la、正極部；lb、負極部；2、支架；21、底座；22、支撐軸；23、第一通孔；3、固定裝置；31、固定板；32、鎖緊件；4、引線端子；10、鋁槽；20、硅油；30、發(fā)射電路模塊；40、測量模塊；50、發(fā)射換能器；60、接收換能器。
【具體實施方式】
[0032]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。[0033]如圖3和圖4所示，本發(fā)明實施例的聲波測井換能器包括壓電陶瓷元件I和支架
2。其中，壓電陶瓷元件I設(shè)置為圓管狀。
[0034]通過上述設(shè)置，通過改變壓電陶瓷元件I的結(jié)構(gòu)，改變了聲波測井換能器的振動模式，從而提高了聲波測井換能器的機電耦合系數(shù)，因此可以提高聲波測井換能器的機電轉(zhuǎn)換效率。
[0035]如圖3和圖4所示，本發(fā)明實施例的支架2包括底座21、支撐軸22和第一通孔23。其中，底座21沿支撐軸22的一端徑向外側(cè)延伸。當(dāng)然，在未給出的實施例中，還可以根據(jù)需要將底座21和支撐軸22分體設(shè)置。
[0036]在本發(fā)明的實施例中，第一通孔23貫通支撐軸22和底座21。具體地，第一通孔23沿支撐軸22的軸向延伸并貫穿底座21。優(yōu)選地，第一通孔23的中心線與支撐軸22的
軸線重合。
[0037]通過在聲波測井換能器的支架2上開設(shè)第一通孔23，可以根據(jù)實際需要便于將該聲波測井換能器安裝于扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀等測量設(shè)備。
[0038]如圖3所示，本發(fā)明實施例的聲波測井換能器包括多個壓電陶瓷元件I。該多個壓電陶瓷元件I以支撐軸22為中心，豎直安裝于底座21上并沿底座21的周向均勻布置。比如，我們可以根據(jù)實際需要在底座21上設(shè)置8個壓電陶瓷元件，每個壓電陶瓷元件I對應(yīng)一個扇區(qū)(45° )，以便對固井進行周向測量。
[0039]本發(fā)明實施例的聲波測井換能器應(yīng)用于扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀時，可以提高該扇區(qū)水泥膠結(jié)測井儀的性能，從而更好地滿足固井質(zhì)量評價。當(dāng)然，在未給出的實施例中，上述聲波測井換能器應(yīng)用于裸井聲波測井時，可實現(xiàn)對裸井附近存在的地層裂縫進行方位測量的目的。
[0040]如圖3和圖4所示，本發(fā)明的實施例中通過固定裝置3將壓電陶瓷元件I固定到支架2時，固定裝置3包括固定板31和用于將固定板31鎖緊在支架2的鎖緊件32。其中，支撐軸22的遠離底座21的一端設(shè)置有外螺紋。鎖緊件32優(yōu)選為螺母，固定板31通過上述螺母和外螺紋的配合與支撐軸22固定連接。
[0041]本發(fā)明的實施例中，壓電陶瓷元件I通過固定板31與支架2固定連接。固定板31上設(shè)置有安裝孔，固定板31通過安裝孔套設(shè)在支撐軸22的外周。壓電陶瓷元件I的第一端與底座21連接，壓電陶瓷元件I的第二端與固定板31連接。
[0042]本發(fā)明的實施例中，具體地，支撐軸22的遠離底座21的一端具有臺階部。
[0043]如圖3和圖4所示，本發(fā)明的實施例中，底座21的四周設(shè)置有多個第二通孔，固定板31的四周設(shè)置有多個第三通孔，多個壓電陶瓷元件I的第一端與多個第二通孔一一對應(yīng)設(shè)置，多個壓電陶瓷元件I的第二端與多個第三通孔一一對應(yīng)設(shè)置。
[0044]上述設(shè)置可以確保浸入在硅油等液體中的壓電陶瓷元件可靠工作，從而提高聲波測井換能器的性能。
[0045]本發(fā)明的實施例中，支架2和固定板31由耐高溫材料制成。優(yōu)選地，由聚四氟乙烯和聚醚醚酮(Polyetheretherketone,簡稱Peek)制成。
[0046]通過上述設(shè)置，聲波測井換能器具有良好的耐高溫性能。當(dāng)然在未給出的實施例中，支架2和固定板31還可以采用其他的耐高溫材料制成。
[0047]如圖5所示，在本發(fā)明的實施例中，壓電陶瓷元件I具有正極部Ia和負極部lb。正極部Ia設(shè)置在壓電陶瓷元件I的外周，負極部Ib設(shè)置在壓電陶瓷元件的內(nèi)部。在本實施例中，壓電陶瓷元件I包括一個子壓電陶瓷元件，壓電陶瓷元件I采用在圓管的管壁內(nèi)外分別鍍銀并徑向極化的方式制成。
[0048]如圖6所示，在本發(fā)明的替代實施例中，壓電陶瓷元件I也可由多個子壓電陶瓷元件組成。各子壓電陶瓷元件采用在圓管的管壁內(nèi)外分別鍍銀并徑向極化的方式制成。各子壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)與圖5所示的壓電陶瓷元件I的結(jié)構(gòu)相同。
[0049]優(yōu)選地，壓電陶瓷元件I包括自上而下依次連接的4個子壓電陶瓷元件。各子壓電陶瓷元件的負極連接在一起形成負極部lb，各子壓電陶瓷元件的正極連接在一起形成正極部la。
[0050]如圖7所示，在本發(fā)明的另一個替代實施例中，壓電陶瓷元件I的正極部Ia和負極部Ib均設(shè)置在壓電陶瓷元件I的外周。壓電陶瓷元件I采用在圓管的管壁外周橫向分割鍍銀的方式進行極化。
[0051 ] 如圖8所示，在本發(fā)明的第三個替代實施例中，壓電陶瓷元件I包括自上而下依次連接的4個子壓電陶瓷元件。各子壓電陶瓷元件采用在圓管的管壁外周橫向分割鍍銀的方式進行極化。
[0052]每兩個子壓電陶瓷元件并聯(lián)后再進行串聯(lián)，從而形成上述的壓電陶瓷元件I。其中，各子壓電陶瓷元件的負極連接在一起形成負極部lb，各子壓電陶瓷元件的正極連接在一起形成正極部la。
[0053]如圖9所示，在本發(fā)明的第四個替代實施例中，壓電陶瓷元件I具有多根沿圓管周向間隔設(shè)置的鍍銀條，其中形成正極部Ia的區(qū)域與形成負極部Ib的區(qū)域間隔設(shè)置。優(yōu)選地，壓電陶瓷元件I具有四根鍍銀條。
[0054]如圖10所示，在本發(fā)明的第五個替代實施例中，壓電陶瓷元件I包括兩個子壓電陶瓷元件。子壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)與圖9所示的壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)相同。當(dāng)然，在未給出的實施例中，還可以根據(jù)實際需要設(shè)置更多個子壓電陶瓷元件。
[0055]如圖3和圖4所示，本發(fā)明實施例的聲波測井換能器還包括引線端子4。引線端子4設(shè)置在固定板31的遠離底座21的端面上。本實施例中，壓電陶瓷元件I的正極部Ia和負極部Ib分別引出線與引線端子4連接。
[0056]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲波測井換能器的壓電陶瓷元件與測試裝置連接的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖11所示，測試裝置包括鋁槽10、硅油20、發(fā)射電路模塊30、測量模塊40和兩個聲波測井換能器。其中一個聲波測井換能器作為發(fā)射換能器50使用，另外一個聲波測井換能器作為接收換能器60使用。將要測試的聲波測井換能器放入充滿硅油20的圓形狀的鋁槽10中，通過發(fā)射電路模塊30對作為發(fā)射換能器50的聲波測井換能器進行脈沖激勵，在信號接收端通過作為測量模塊40的示波器對作為接收換能器的聲波測井換能器進行直接測量。
[0057]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲波測井換能器進行測試的測試效果圖。如圖12中所示，橫坐標(biāo)代表的是時間(單位為μ S)，縱坐標(biāo)代表的是幅度(單位為V)，與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)測試結(jié)果相比，在同一發(fā)射條件下，本發(fā)明實施例的聲波測井換能器接收信號的幅度得到明顯提高。
[0058]從以上的描述可以看出，本發(fā)明的實施例實現(xiàn)了以下技術(shù)效果:由于壓電陶瓷元件設(shè)置為圓管狀，通過改變壓電陶瓷元件的結(jié)構(gòu)和極化方式，從而改善了聲波測井換能器的機電耦合系數(shù)，提高了聲波測井換能器的機電轉(zhuǎn)換效率，進而提高了聲波測井換能器接收信號的幅度。
[0059]進一步地，當(dāng)該聲波測井換能器用于對裸眼井進行周向測量時，可實現(xiàn)對裸眼井附近存在的地層裂縫進行方位測量的目的。
[0060]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種聲波測井換能器，所述聲波測井換能器包括支架(2)和固定設(shè)置在所述支架(2)上的壓電陶瓷元件(I)，其特征在于，所述壓電陶瓷元件(I)設(shè)置為圓管狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述聲波測井換能器包括多個所述壓電陶瓷元件(1)，多個所述壓電陶瓷元件(I)沿所述支架(2)的周向設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述支架(2)包括支撐軸(22)和沿所述支撐軸(22)的一端徑向外側(cè)延伸的底座(21)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述支架(2)還包括第一通孔(23)，所述第一通孔(23)貫通所述支撐軸(22)和所述底座(21)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述聲波測井換能器還包括固定裝置(3)，所述壓電陶瓷元件(I)通過所述固定裝置(3)與所述支架(2)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述固定裝置(3)包括固定板(31)和用于將所述固定板(31)鎖緊在所述支架(2)的鎖緊件(32)，所述壓電陶瓷元件(I)通過所述固定板(31)與所述支架(2)固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述支架(2)包括底座(21)，所述壓電陶瓷元件(I)的第一端與所述底座(21)連接，所述壓電陶瓷元件(I)的第二端與所述固定板(31)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述底座(21)的四周設(shè)置有多個第二通孔(6)，所述固定板(31)的四周設(shè)置有多個第三通孔(5)，多個所述壓電陶瓷元件(I)的第一端與所述多個第二通孔(6) —一對應(yīng)設(shè)置，多個所述壓電陶瓷元件(I)的第二端與所述多個第三通孔(5) —一對應(yīng)設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述聲波測井換能器還包括引線端子(4)，所述引線端子(4)設(shè)置在所述固定板(31)的遠離所述底座(21)的端面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的聲波測井換能器，其特征在于，所述壓電陶瓷元件(I)具有正極部(Ia)和負極部(Ib)，所述壓電陶瓷元件(I)包括一個或多個子壓電陶瓷元件，各所述子壓電陶瓷元件的正極分別連接形成所述正極部(Ia)，各所述子壓電陶瓷元件的負極分別連接形成所述負極部(Ib)。
【文檔編號】E21B47/14GK103982177SQ201410224829
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】王軍杰, 李維, 鄧方青, 柳楊 申請人:中國電子科技集團公司第二十二研究所