專利名稱：傳遞相控陣聲波換能器激勵信號的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于應用地球物理領域，涉及一種用于石油測井井下傳遞聲波換能器激勵信號的裝置。
背景技術：
相控陣聲波換能器能夠產生定向的大功率聲波輻射，可以很好的解決石油勘探測井中對井旁和近井空間地層裂縫探測問題。
相控陣聲波換能器的激勵過程是按特定的順序和間隔，以不同的強度分別激勵陣列中被選定的若干個換能器單元，從而產生所需指向性和強度的聲波輻射。由于需要對每個換能器元件施加千伏級電壓和數(shù)安培級電流，元件要置于有利于聲波耦合的充油橡膠皮囊或金屬波紋管(聲系)內，且承受很高的與外界平衡的壓力，在數(shù)千米井內可達上百MPa。
通常聲波測井的信號傳遞裝置采用普通承壓結構的獨立的電子線路筒與聲系連接，由于受井下條件的限制，相互聯(lián)結的承壓電氣接頭最多可安裝60個左右，也不能承受千伏級的高電壓。而相控陣換能器為了向不同的方向發(fā)射聲波，其結構為多個沿縱軸對稱排列的圓環(huán)子陣列組合而成的柱狀陣列，由上百個通常是片狀的換能器元件組成，典型結構的是4×24陣列，如圖1所示。對這樣的相控陣換能器無法采用通常的信號傳遞裝置聯(lián)結，如果將與換能器直接有關的電子器件置于聲系內部，這些普通電子器件(集成電路、大功率有源器件，等)根本無法承受高溫、高壓的環(huán)境。目前，如何在井下高溫、高電壓和高壓力條件下傳遞激勵相控陣聲波換能器信號，是一個難以解決的問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種在井下高溫、高電壓和高壓力條件下傳遞相控陣聲波換能器激勵信號的裝置。
本發(fā)明采用如下技術方案傳遞聲波換能器激勵信號的裝置由一個或一個以上安裝于井下儀器聲系內部的電子線路組成，電子線路安裝在密封筒內，筒內電子線路通過端蓋的連接端子與外部控制線和換能器相接。
本發(fā)明還采用如下技術方案對于兩個以上陣列組成的聲系有兩個以上的密封路筒，電子線路相互連接。
密封筒由筒體、出線端蓋、壓圈和電子線路板組成，端蓋套有O形密封圈，裝入筒體兩端后密封，端蓋外圈與筒體頂端有防轉定位裝置。
端蓋裝有雙O圈密封接線端子，與密封筒內電子線路連接。
密封筒內電子線路板排列成三板三角式結構或雙板對裝式結構，電子線路由激勵源和多組控制電路、選通開關組成，選通開關與控制電路連接，電子開關與激勵的換能器元件連接，每一個換能器元件均連接一組選通開關與控制電路，通過受控的電子開關器件使一個以上的換能器元件共享同一激勵源。
電子開關由高壓大功率VMOS或IGBT器件組成。
控制電路為串入并出移位寄存器，工作電壓在+5～15V之間，一般為+12V。
電子線路筒引出線為換能器端、串行時鐘、數(shù)據(jù)串入、數(shù)據(jù)串出、供電和地線接線。本發(fā)明可以用較少的控制線路，在井下125℃或更高的溫度，在高電壓和高壓力條件下傳遞多路相控陣聲波換能器激勵信號，可以同時激勵由多個圓環(huán)子陣列組合而成的柱狀換能器陣列，向產生井旁地層中輻射多方位聲場，使反射聲波成像測井以及井間聲波勘探得以實現(xiàn)。
附圖1(a)為四個圓環(huán)子陣組成的石油測井井下柱狀相控聲波陣換能器示意圖；附圖1(b)為圓環(huán)子子陣列橫截面示意圖；附圖2本發(fā)明單一換能器的控制電路和選通開關電路連接示意圖；附圖3本發(fā)明一組圓環(huán)子陣列電路連接示意圖；附圖4本發(fā)明密封筒結構示意圖；附圖4(a)為密封筒A向示意圖；附圖4(b)為密封筒B-B剖面示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明中電路的工作原理是在聲波發(fā)射前控制系統(tǒng)(通常是單片機或數(shù)字信號處理器)通過本發(fā)明所述的串行移位數(shù)據(jù)鏈路將所有換能器元件的控制開關的工作狀態(tài)鎖存到各寄存器中，移位時鐘和數(shù)據(jù)的數(shù)量與換能器元件數(shù)相同，然后用相控方式對被選通的換能器按照不同順序、不同間隔和不同強度通過多個獨立的激勵源依次激勵，從而產生所需要的定向聲波輻射。
如4×24陣列，24個換能器元件以15度角均分組成圓環(huán)子陣列，實際上在一次激勵中只有不超過任意6個連續(xù)的換能器元件(形成90度夾角)需要施加相控方式激勵，即這6個元件必須使用各自獨立的激勵源，這樣在圓周上對稱的4個元件可以通過大功率電子開關器件控制選通而共享同一個激勵源，降低了獨立激勵源的數(shù)量。對于4×24陣列需要4×6為24個獨立激勵源。
電子開關器件的開閉狀態(tài)是在激勵前設定，激勵脈沖的寬度由電子線路筒內的激勵源電路決定而與電子開關無關，因此器件的開關速度變得不再重要，這樣就可以使用CMOS集成電路直接控制大功率VMOS或IGBT開關器件而省去中間激勵，如圖2所示。每一個換能器元件均需要一組這樣的控制，一組圓環(huán)子陣列的典型連接如圖3所示。
本發(fā)明為解決電子器件在聲系內的承壓和連接問題，將電子線路裝在密封筒中，并且置于聲系內部，實施例如圖4所示。由于只能在密封筒的端面引出線，為承受千伏級電壓這些出線的距離不能太近，因此每個密封筒內只能放置一組或兩組圓環(huán)換能器子陣列所需的控制電路9和開關器件8，這樣，對于由4×24陣列組成的整個聲系就需要兩個或更多的密封密封筒。
電子線路密封筒由筒體6、出線端蓋5、壓圈和電子線路板7等組成，線路板7呈三板三角式結構或雙板對裝式結構。端蓋套有兩道耐油、耐溫O圈4，裝入筒體6兩端后形成承壓密封。端蓋外圈2與筒體6頂端有一個定位防轉銷3，防止壓圈2鎖緊端蓋時端蓋隨轉。端蓋裝有石油測井儀器常用的雙O圈密封接線密封塞1，引出密封筒內電子線路板7的連線。
對于只完成單個圓環(huán)換能器陣列的引出線為29條(包括公共地線)，其中換能器端接線24條、串行時鐘、數(shù)據(jù)串入、數(shù)據(jù)串出、+12V供電和地線共5條。地線阻抗必須很小，也可以與密封筒殼相接，但不得利用密封筒殼直接作為地線使用。
權利要求
1.一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于由一個或一個以上安裝于井下儀器聲系內部的電子線路組成，電子線路安裝在密封筒內，筒內電子線路通過端蓋的連接端子與外部控制線和換能器相接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于對于兩個以上陣列組成的聲系有兩個以上的密封路筒，電子線路相互連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于密封筒由筒體、出線端蓋、壓圈和電子線路板組成，端蓋套有O形密封圈，裝入筒體兩端后密封，端蓋外圈與筒體頂端有防轉定位裝置。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于端蓋裝有雙O圈密封接線端子，與密封筒內電子線路連接。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于密封筒內電子線路板排列成三板三角式結構或雙板對裝式結構，
6.根據(jù)權利要求1所述的一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于電子線路由激勵源和多組控制電路、選通開關組成，選通開關與控制電路連接，電子開關與激勵的換能器元件連接，每一個換能器元件均連接一組選通開關與控制電路，通過受控的電子開關器件使一個以上的換能器元件共享同一激勵源。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于電子開關由高壓大功率VMOS或IGBT器件組成。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于控制電路為串入并出移位寄存器，工作電壓在+5～15V之間，一般為+12V。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的一種傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，其特征在于電子線路筒引出線為換能器端、串行時鐘、數(shù)據(jù)串入、數(shù)據(jù)串出、供電和地線接線。
全文摘要
本發(fā)明是石油測井井下傳遞聲波換能器激勵信號的裝置，由一個或一個以上安裝于井下儀器聲系內部的電子線路組成，電子線路安裝在密封筒內，筒內電子線路通過端蓋的連接端子與外部控制線和換能器相接。本發(fā)明可以用較少的控制線路，在井下125℃或更高的溫度，在高電壓和高壓力條件下傳遞多路相控陣聲波換能器激勵信號，可以同時激勵由多個圓環(huán)子陣列組合而成的柱狀換能器陣列，向產生井旁地層中輻射多方位聲場，使反射聲波成像測井以及井間聲波勘探得以實現(xiàn)。
文檔編號E21B47/00GK1837861SQ20051005676
公開日2006年9月27日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權日2005年3月25日
發(fā)明者鞠曉東, 喬文孝 申請人:中國石油天然氣集團公司, 石油大學(北京)