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(dòng)模式，從而提高了聲波測井換能器的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而可以提高聲波測井換能器的接收靈敏度和測量信號(hào)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(duì)固井質(zhì)量評(píng)價(jià)存在局限性，難以滿足周向精細(xì)評(píng)價(jià)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(jìn)行識(shí)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(píng)價(jià)。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(duì)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(gè)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(gè)圓柱體的環(huán)形聲波測井換能器。該換能器在實(shí)際應(yīng)用中，每個(gè)壓電晶體條對(duì)應(yīng)一個(gè)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(shí)際應(yīng)用中存在的問題是轉(zhuǎn)換效率低、測量信號(hào)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(hào)的幅度較小，機(jī)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(shí)還具有良好的聲波信號(hào)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(hào)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(shí)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(jìn)一步地，聲波測井換能器包括多個(gè)壓電陶瓷元件，多個(gè)壓電陶瓷元件沿支架的周向設(shè)置。
[0009]進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)一步地，底座的四周設(shè)置有多個(gè)第二通孔，固定板的四周設(shè)置有多個(gè)第三通孔，多個(gè)壓電陶瓷元件的第一端與多個(gè)第二通孔一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，多個(gè)壓電陶瓷元件的第二端與多個(gè)第三通孔一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。
[0015]進(jìn)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(yuǎn)離底座的端面上。
[0016]進(jìn)一步地，壓電陶瓷元件具有正極部和負(fù)極部，壓電陶瓷元件包括一個(gè)或多個(gè)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(fù)極分別連接形成負(fù)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(dòng)模式，從而提高了聲波測井換能器的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而可以提高聲波測井換能器的接收靈敏度和測量信號(hào)的幅度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)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(jìn)行測試的測試效果圖；
[0021]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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(shí)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(shí)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(gè)替代實(shí)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(gè)替代實(shí)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(gè)替代實(shí)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(gè)替代實(shí)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(shí)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(shí)施例的聲波測井換能器進(jìn)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(fù)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(shí)施方式】
[0032]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。[0033]如圖3和圖4所示，本發(fā)明實(shí)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(dòng)模式，從而提高了聲波測井換能器的機(jī)電耦合系數(shù)，因此可以提高聲波測井換能器的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率。
[0035]如圖3和圖4所示，本發(fā)明實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例的聲波測井換能器包括多個(gè)壓電陶瓷元件I。該多個(gè)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(shí)際需要在底座21上設(shè)置8個(gè)壓電陶瓷元件，每個(gè)壓電陶瓷元件I對(duì)應(yīng)一個(gè)扇區(qū)(45° )，以便對(duì)固井進(jìn)行周向測量。
[0039]本發(fā)明實(shí)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(shí)，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(píng)價(jià)。當(dāng)然，在未給出的實(shí)施例中，上述聲波測井換能器應(yīng)用于裸井聲波測井時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)裸井附近存在的地層裂縫進(jìn)行方位測量的目的。
[0040]如圖3和圖4所示，本發(fā)明的實(shí)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(shí)，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(yuǎn)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(shí)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(shí)施例中，具體地，支撐軸22的遠(yuǎn)離底座21的一端具有臺(tái)階部。
[0043]如圖3和圖4所示，本發(fā)明的實(shí)施例中，底座21的四周設(shè)置有多個(gè)第二通孔，固定板31的四周設(shè)置有多個(gè)第三通孔，多個(gè)壓電陶瓷元件I的第一端與多個(gè)第二通孔一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，多個(gè)壓電陶瓷元件I的第二端與多個(gè)第三通孔一一對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)施例中，壓電陶瓷元件I具有正極部Ia和負(fù)極部lb。正極部Ia設(shè)置在壓電陶瓷元件I的外周，負(fù)極部Ib設(shè)置在壓電陶瓷元件的內(nèi)部。在本實(shí)施例中，壓電陶瓷元件I包括一個(gè)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(shí)施例中，壓電陶瓷元件I也可由多個(gè)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(gè)子壓電陶瓷元件。各子壓電陶瓷元件的負(fù)極連接在一起形成負(fù)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(gè)替代實(shí)施例中，壓電陶瓷元件I的正極部Ia和負(fù)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(jìn)行極化。
[0051 ] 如圖8所示，在本發(fā)明的第三個(gè)替代實(shí)施例中，壓電陶瓷元件I包括自上而下依次連接的4個(gè)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(jìn)行極化。
[0052]每兩個(gè)子壓電陶瓷元件并聯(lián)后再進(jìn)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(fù)極連接在一起形成負(fù)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(gè)替代實(shí)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(fù)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(gè)替代實(shí)施例中，壓電陶瓷元件I包括兩個(gè)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(shí)施例中，還可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置更多個(gè)子壓電陶瓷元件。
[0055]如圖3和圖4所示，本發(fā)明實(shí)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(yuǎn)離底座21的端面上。本實(shí)施例中，壓電陶瓷元件I的正極部Ia和負(fù)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(shí)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(gè)聲波測井換能器。其中一個(gè)聲波測井換能器作為發(fā)射換能器50使用，另外一個(gè)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(duì)作為發(fā)射換能器50的聲波測井換能器進(jìn)行脈沖激勵(lì)，在信號(hào)接收端通過作為測量模塊40的示波器對(duì)作為接收換能器的聲波測井換能器進(jìn)行直接測量。
[0057]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的聲波測井換能器進(jìn)行測試的測試效果圖。如圖12中所示，橫坐標(biāo)代表的是時(shí)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(shí)施例的聲波測井換能器接收信號(hào)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(shí)施例實(shí)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(jī)電耦合系數(shù)，提高了聲波測井換能器的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而提高了聲波測井換能器接收信號(hào)的幅度。
[0059]進(jìn)一步地，當(dāng)該聲波測井換能器用于對(duì)裸眼井進(jìn)行周向測量時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)裸眼井附近存在的地層裂縫進(jìn)行方位測量的目的。
[0060]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)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(gè)所述壓電陶瓷元件(1)，多個(gè)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(gè)第二通孔(6)，所述固定板(31)的四周設(shè)置有多個(gè)第三通孔(5)，多個(gè)所述壓電陶瓷元件(I)的第一端與所述多個(gè)第二通孔(6) —一對(duì)應(yīng)設(shè)置，多個(gè)所述壓電陶瓷元件(I)的第二端與所述多個(gè)第三通孔(5) —一對(duì)應(yīng)設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)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(yuǎn)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(xiàng)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(fù)極部(Ib)，所述壓電陶瓷元件(I)包括一個(gè)或多個(gè)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(fù)極分別連接形成所述負(fù)極部(Ib)。
【文檔編號(hào)】E21B47/14GK103982177SQ201410224829
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所