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一種隨鉆聲波測井發(fā)射單元及其裝置的制造方法

文檔序號:9503153閱讀:577來源:國知局
一種隨鉆聲波測井發(fā)射單元及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聲波速度測量技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種隨鉆聲波測井發(fā)射單元及其裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來,隨著全球石油工業(yè)的迅速發(fā)展,石油勘探中大斜度井和水平井鉆井測井需求日益活躍,隨鉆聲波測井技術(shù)隨之迅速發(fā)展,幾乎所有的裸眼井電纜測井項(xiàng)目都可用隨鉆測井的方式進(jìn)行。隨鉆聲波測井技術(shù)是在鉆井過程中同時進(jìn)行測井,即“邊鉆邊測”。該技術(shù)是利用安裝在鉆鋌上的發(fā)射換能器在井下鉆井施工作業(yè)過程中發(fā)射聲波,透過泥漿在地層中傳播,經(jīng)過一定時間的衰減后,被安裝在鉆鋌上的接收換能器接收,通過對接收換能器接收到的聲波波列進(jìn)行分析,以此來判斷地層信息。因此,隨鉆聲波測井技術(shù)具有以下應(yīng)用:①在鉆井過程中確定泥漿入侵前地層的縱波和橫波速度;?節(jié)省鉆井架占用時間利用測得的地震波速度模型與地震勘探數(shù)據(jù)相結(jié)合,實(shí)時確定地層界面的位置、識別孔洞和裂縫估計(jì)地層孔隙壓力。
[0003]在隨鉆聲波測井過程中,發(fā)射換能器作為隨鉆聲波測井儀器的核心部件,在地層聲信息的獲取方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。由于隨鉆聲波測井的復(fù)雜及惡劣特殊環(huán)境,這使得隨鉆聲波測井換能器的設(shè)計(jì)、制作和裝配具有較大的挑戰(zhàn)性。
[0004]國內(nèi)的隨鉆聲波測井技術(shù)尤其是發(fā)射換能器等核心技術(shù)起步很晚,目前主要處于高校與科研院所的實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段,隨鉆聲波測井技術(shù)的在商業(yè)應(yīng)用方面的信息暫時還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中隨鉆聲波測井發(fā)射換能器的復(fù)雜及惡劣特殊環(huán)境,提供一種多極子隨鉆聲波測井發(fā)射裝置。該裝置利用鉆井過程中的隨鉆聲波測井技術(shù)得到的聲波全波列,求取地層參數(shù)等信息。
[0006]本發(fā)明第一方面提供一種隨鉆聲波測井發(fā)射單元,包括:鉆鋌刻槽、發(fā)射換能器和透聲窗;其中,所述鉆鋌刻槽設(shè)置有臺階;所述發(fā)射換能器設(shè)置在所述臺階上,所述發(fā)射換能器用于產(chǎn)生聲波;所述透聲窗設(shè)置在所述發(fā)射換能器上,并與所述發(fā)射換能器形成腔體;通過向所述腔體內(nèi)部注油形成的液腔,所述發(fā)射換能器產(chǎn)生的聲波通過所述液腔向外透射。
[0007]優(yōu)選地,所述鉆鋌刻槽設(shè)置溝槽和通孔,所述溝槽用于放置密封圈以形成第一道密封;所述通孔用于布線與灌封流體。
[0008]優(yōu)選地,一種隨鉆聲波測井發(fā)射單元還包括:墊圈,用于減輕鉆井時換能器的振動,并阻隔聲波,減少鉆鋌波的產(chǎn)生;和/或剛性蓋板,用于防止透聲窗振動脫落,并在蓋板在設(shè)置溝槽,用于放置密封圈,形成第二道密封。
[0009]優(yōu)選地,所述發(fā)射換能器采用三疊片壓電彎曲振子結(jié)構(gòu),所述發(fā)射換能器的中間部分為基片,兩側(cè)為發(fā)射型壓電陶瓷片。
[0010]優(yōu)選地,所述發(fā)射換能器還包括電極片;其中,所述基片為金屬或復(fù)合材料薄板,上下兩面分別放置一片所述壓電陶瓷板,所述壓電陶瓷上下兩面為銀電極層;基片與壓電陶瓷之間加一層緩沖材料層;電極片的一端與所述緩沖材料層的一端相連,并粘接于壓電陶瓷和基片之間;所述基片上設(shè)置通孔,通孔數(shù)量為4個,對稱均勻分布。
[0011]優(yōu)選地,所述透聲窗為開口腔結(jié)構(gòu),腔體開口方向與鉆鋌軸向垂直,并朝向鉆鋌內(nèi)壁方向;其中,透聲窗底部起到透聲作用,透聲窗的殼用于封閉流體。
[0012]優(yōu)選地,所述單元中的發(fā)射換能器、透聲窗、墊圈、蓋板、鉆鋌刻槽和溝槽設(shè)置為圓形或者設(shè)置為矩形。
[0013]優(yōu)選地,圓形發(fā)射換能器用發(fā)射型壓電陶瓷的直徑是20mm-70mm,厚度為1 mm-.Smm ;基片的直徑為30mm-90mm,厚度為lmm-5mm。
[0014]優(yōu)選地,矩形發(fā)射換能器用發(fā)射型壓電陶瓷的矩形長度為60mm-180mm,寬度為20mm-70mm,厚度為;基片的矩形長度為80mm-210mm,寬度為20mm-70mm,厚度為lmm-5mm0
[0015]優(yōu)選地,所述發(fā)射換能器中的金屬電極為矩形薄片,材料為銅合金,長度為5mm-20mm,寬度為2mm-10mm,厚度為0.05mm-2mm,其數(shù)量為2片或4片;其中,金屬電極正常使用情況下只需要兩片,4片中有2片是備用的。
[0016]本發(fā)明第二方面提供一種隨鉆測井發(fā)射裝置,包括多個上述隨鉆測井發(fā)射單元。
[0017]優(yōu)選地,所述多個上述隨鉆測井發(fā)射單元為四個;所述四個上述隨鉆測井發(fā)射單元均勾分布在鉆鋌的同一橫截面上。
[0018]本發(fā)明提供的一種多極子隨鉆聲波測井發(fā)射裝置,具備耐高溫、耐高壓、抗振動、小體積、易裝配、良好的絕緣和密封等優(yōu)點(diǎn)。并且可以提供多種工作模式,可以直接測量地層縱波、橫波、斯通利波聲速和衰減等參數(shù),既可以相互參考驗(yàn)證,也可以單獨(dú)處理,大大提高了裝置的可信度和應(yīng)用范圍。利用縱波、橫波速度可以計(jì)算地層的彈性模量、泊松比,預(yù)測地層壓力,利用縱波、橫波速度比還可以用于判斷氣層。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種隨鉆聲波測井裝置示意圖;
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種聲波傳播路徑示意圖;
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種隨鉆聲波測井發(fā)射裝置示意圖;
[0023]圖3a為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種隨鉆聲波測井發(fā)射裝置橫截面示意圖;
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種三疊片發(fā)射換能器截面示意圖;
[0025]圖4a為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種圓形三疊片結(jié)構(gòu)示意圖;
[0026]圖4b為本發(fā)明實(shí)施例提供的又一矩形三疊片結(jié)構(gòu)示意圖;
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的又一種三疊片發(fā)射換能器截面示意圖;
[0028]圖5a為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種圓形三疊片結(jié)構(gòu)示意圖;
[0029]圖5b為本發(fā)明實(shí)施例提供的又一矩形三疊片結(jié)構(gòu)示意圖;
[0030]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種透聲窗結(jié)構(gòu)示意圖;
[0031]圖6a為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種圓形透聲窗截面不意圖;
[0032]圖6b為本發(fā)明實(shí)施例提供的又一矩形透聲窗截面示意圖;
[0033]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鉆鋌刻槽示意圖;
[0034]圖8a為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種圓形發(fā)射換能器蓋板內(nèi)表面示意圖;
[0035]圖8b為發(fā)明本實(shí)施例提供的又一矩形發(fā)射換能器蓋板內(nèi)表面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。
[0037]本發(fā)明提供的一種隨鉆聲波測井發(fā)射裝置,具備耐高溫、耐高壓、抗振動、小體積、易裝配、良好的絕緣和密封等優(yōu)點(diǎn)。并且可以提供多種工作模式,可以直接測量地層縱波、橫波、斯通利波聲速和衰減等參數(shù),既可以相互參考驗(yàn)證,也可以單獨(dú)處理,大大提高了裝置的可信度和應(yīng)用范圍。
[0038]如圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種隨鉆聲波測井裝置示意圖。一種隨鉆聲波測井裝置1,位于井眼2中,井眼2中充滿流體3,井眼外側(cè)為地層4。
[0039]具體地,隨鉆聲波測井裝置1,主要包括發(fā)射裝置5,接收裝置6和隔聲裝置7,泥漿通道8位于鉆鋌中心,隔聲裝置7位于發(fā)射裝置5與接收裝置6之間。發(fā)射換能器9與接收換能器陣列10分別鑲嵌在鉆鋌的外壁刻槽內(nèi),隔聲裝置7的鉆鋌內(nèi)、外壁可刻槽11和12,用于消減鉆鋌波。
[0040]如圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種聲波傳播路徑示意圖。傳播路徑為:由發(fā)射換能器9產(chǎn)生聲波,通過泥漿向井外地層中傳播,傳播的速度和幅度受到地層的巖石性質(zhì)影響,經(jīng)過一定距離的傳播后,再由接收換能器陣列10接收。通過對接收信號的處理,可以得到地層的縱波速度、橫波速度、斯通利波速度等,進(jìn)而可以得到地層的孔隙度等參數(shù),并可以進(jìn)行地應(yīng)力分析,還可以結(jié)合巖石密度參數(shù)得到巖石的楊氏模量和泊松比等力學(xué)參數(shù)。
[0041]具體的,測井裝置的工作過程:如圖1所示,發(fā)射裝置5位于整個鉆鋌13的上部,接收裝置6位于整個鉆鋌13的下部,隔聲裝置7設(shè)置在發(fā)射裝置5和接收裝置6之間,其功能主要是消減并延遲聲波從發(fā)射換能器9通過鉆鋌13直接傳播到接收換能器陣列10,發(fā)射換能器9裝配在發(fā)射鉆鋌14上,接收換能器陣列10裝配在接收鉆鋌15上。為保證鉆鋌在鉆井過程中的安全施工,隔聲裝置7的鉆鋌16還必須具備一定的強(qiáng)度,在強(qiáng)烈的徑向、軸向及周向等力的作用下不會發(fā)生大的變形和折斷及扭斷。
[0042]具體地,如圖1所示,隔聲裝置7是在鉆鋌16內(nèi)壁上刻有導(dǎo)聲槽11或者外壁有導(dǎo)聲槽12,聲槽11和12的寬度為5-50mm,深度為l_30mm,以增加聲波的傳播路徑達(dá)到減弱直達(dá)波的目的。
[0043]如圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種隨鉆聲波測井發(fā)射裝置示意圖。本發(fā)明實(shí)施例中,多極子發(fā)射換能器9為一組4個,裝配在隨鉆發(fā)射鉆鋌14上,組成隨鉆聲波測井發(fā)射裝置,發(fā)射裝置縱向截面圖見圖3a。發(fā)射鉆鋌14屬于鉆鋌13的一部分,鉆鋌中心為泥漿通道8。在發(fā)射鉆鋌14上刻槽17,通過通孔18導(dǎo)至發(fā)射鉆鋌14的上端面,多極子發(fā)射換能器9安裝在刻槽17的臺階上。
[0044]如圖3a為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種隨鉆聲波測井發(fā)射裝置橫截面示意圖。橫截面一周裝配四個發(fā)射換能器,換能器9外側(cè)為透聲窗19,蓋板20將透聲窗固定在鉆鋌外壁上。
[0045]如圖3和圖3a為本發(fā)明提供一種隨鉆聲波測井發(fā)射裝置,用于隨鉆聲波測井裝置上。發(fā)射裝置包括四個發(fā)射單元,每個發(fā)射單元包括:鉆鋌刻槽、墊圈、發(fā)射換能器、透聲窗、蓋板。
[0046]具體地,鉆鋌刻槽如圖7,為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鉆鋌刻槽示意圖??滩壑性O(shè)計(jì)一個臺階,臺階上放置墊圈,便于換能器9的安裝。內(nèi)壁刻有溝槽27,用于放置密封圈,形成第一道密封,便于對換能器9的絕緣密封。
[0047]鉆鋌刻槽的中心軸向與鉆鋌軸向垂直,數(shù)量為4個。4個刻槽位于鉆鋌同一橫截面上,刻槽的中心軸相鄰相互垂直。在鉆鋌上的4個刻槽向鉆鋌內(nèi)壁方向打一段小孔,孔徑為2mm至15_,孔深5mm-30mm,從孔深盡頭并分別沿鉆鋌軸向打通小孔,孔徑為2mm至15_。小孔的作用主要是走線與灌封流體,鉆鋌與換能器整體保持壓力平衡。
[0048]具體地,墊圈30為隔聲材料,發(fā)射換能器9安裝在隔聲材料上,隔聲材料選擇為一種耐硅油、耐高溫的橡膠材料,其作用
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