一种可用于随钻声波测井的发射器的制作方法

本实用新型属于石油天然气钻探领域，具体涉及一种可用于随钻声波测井的发射器，属于地球物理测井技术、声学传感器技术的改进与创新。

背景技术：

受大斜度井、水平井和多分支井等复杂结构井油气勘探与开发需求的驱动，随钻声波测井技术近年来发展迅速，且有逐渐取代电缆声波测井的趋势。随钻声波测井仪器将发射和接收换能器布置在钻铤上，在钻井过程中通过对各种井孔模式波的波速和衰减等声学信息的测量来直接获取地层参数，为油气田的勘探与开发提供重要信息。随钻声波测井技术在钻井的同时完成测井作业，减少了井场钻机占用时间，降低了作业成本和风险，更能及时准确地探测井眼附近地层的真实信息，这项技术对于钻井施工、地质导向、储层评价和油藏描述都具有十分重要的意义。

随钻声波测井仪器镶嵌于钻头附近的厚壁钻铤上，主要由发射器、接收器、隔声体、井下电子线路等部件构成，其中发射器是随钻声波测井仪器最为核心的部件之一，在地层信息的获取方面发挥着重要作用。由于随钻测井作业环境的特殊性，使得随钻声波测井仪器在测井过程中面临着高温高压、强振动、高噪声、强泥浆冲蚀等极端恶劣的井下环境，这给随钻声波测井换能器的研制和装配带来了巨大挑战。尽管现有电缆声波测井中广泛使用的三叠片偶极子发射器经尺寸选择后挪用到随钻声波测井中，但在钻铤外壁刻槽注硅油的耐高压设计方式却极大地损害了钻铤的机械强度，给随钻测井作业带来巨大风险。现有随钻声波测井中采用的圆柱形或圆弧形发射器的发射效率低、辐射功率小，导致获得的声波波形信噪比低，无法有效地测量到地层信息。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种可用于随钻声波测井的发射器，布置在井下钻头附近的厚壁钻铤中，可提高发射效率、辐射功率，使更多的声波能量集中辐射进入地层中，从根本上增加地层有用信号的能量，提高信噪比和探测能力，以及抑制钻铤波的干扰。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种可用于随钻声波测井的发射器，包括发射器本体和设置在发射器本体内的至少2个压电振子；

所述发射器本体包括框架承载架和包裹层结构；

在所述框架承载架上依次沿轴向设有至少2个承载面，在每个所述承载面内紧密镶嵌有一个所述压电振子；

在所述框架承载架上的所有压电振子的极化方向相同，在电路上并联连接，正、负电极引线从发射器本体的上端面引出；

所述包裹层结构包裹在所述框架承载架的外部。

所述发射器本体呈圆弧片状结构，其圆心角α为85°～89°，其高度为120～130mm，厚度为15～25mm。

所述承载面为通透型凹槽结构；

所述压电振子镶嵌在承载面内，与承载面的内侧边缘之间填充有高温粘结剂层。

所述压电振子包括压电陶瓷片以及缠绕在其外层的预应力层；

所述压电陶瓷片的横截面为圆弧形；

在所述压电陶瓷片的内、外表面均镀有银层，正、负电极引线分别由镀有银层的内、外表面引出；

所述预应力层紧密贴合在所述压电陶瓷片的银层外的整个外表面上。

所述压电陶瓷片为整块径向极化的高温发射型圆弧形压电陶瓷晶体，或者由多个切向极化的高温发射型梯形压电陶瓷条依次拼镶粘接而成。

所述预应力层为玻璃纤维丝或低膨胀合金丝缠绕而成。

每个所述压电振子的高度为60～70mm，厚度为6～8mm，圆心角为60～80°，工作频率为10～20kHz，相邻两个压电振子的间距为65～75mm。

所述框体承载架为采用聚四氟乙烯或聚醚醚酮或聚酰亚胺制作而成的圆弧形框架；

所述包裹层结构包括水密绝缘层和弹性隔振层；

所述水密绝缘层为密封胶层，其灌封在所述框架承载架的整个外表面外，在密封胶层的外部硫化有所述弹性隔振层。

所述密封胶层为环氧树脂密封胶层；

所述弹性隔振层为高温氟橡胶弹性隔振层。

在所述发射器本体的上端面的中心处浇注有定位销，其与发射器本体连成一个整体；

从发射器本体上端面穿出的正、负电极引线穿过定位销后引至发射器的上端面的外部；

所述正、负电极引线与定位销之间采用无缝隙紧密粘合；

所述正、负电极引线均为高温导线。

所述定位销为钢质材料或高温工程塑料制作而成的小圆柱体或者小椭圆柱体；

所述小圆柱体的直径为20～30mm，高度为8～10mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型所提出的可用于随钻声波测井的发射器是一种由多阵元组成的阵列式换能器，具有大功率、耐高温高压、抗振动、易装配、良好绝缘和密封性等优点，既可用于现有随钻声波测井仪器改造与升级，又可用于三维随钻声波测井仪器和随钻方位反射声波测井仪器的研制。

附图说明

图1是本实用新型提供的可用于随钻声波测井的发射器的示意图。

图2是本实用新型提供的可用于随钻声波测井的发射器的内部结构示意图。

图3是本实用新型提供的可用于随钻声波测井的压电振子的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

本实用新型提供的可用于随钻声波测井的发射器包括框体承载架、设置在框体承载架中的2个以上压电振子以及用于密封、绝缘和减震的包裹层结构。其中，所述的框体承载架沿轴向预设有2个以上承载面，每个所述的承载面用于容置一个所述的压电振子；所述的压电振子由压电陶瓷片以及缠绕在其外层的预应力层构成，用于辐射声波脉冲信号；所述压电陶瓷片的内、外表面镀有银层，正、负电极引线由镀有银层的内、外表面引出；所述预应力层紧密贴合在所述压电陶瓷片的外表面，能够增强压电振子的机械性能，确保了发射器安全可靠；所述承载面与所述压电振子一一对应，且每个压电振子沿轴向紧密镶嵌于对应的承载面内；镶嵌有2个以上压电振子的框体承载架的外表面灌封有密封胶，形成了一层具有防水性能的水密绝缘层，改善了发射器绝缘、密封性能；所述水密绝缘层外表面又硫化有一层弹性隔振层，提高了发射器的抗振性能；所述的发射器中，2个以上所述的压电振子极化方向相同，在电路上并联连接，并且同时向外辐射声波，从而提高了发射效率、辐射功率。

本实用新型以阵列式结构实现了大功率声波发射。图1是本实用新型提供的可用于随钻声波测井的发射器的示意图。如图1所示，发射器本体1呈圆弧片状结构，并且，在其上端面的中心处浇注有小圆柱定位销11，与发射器本体1联成一整体。发射器本体1的正、负电极引线12穿过小圆柱定位销11引至其上端面的外部，引线均为高温导线。正、负电极引线12与小圆柱定位销11形成无缝隙紧密粘合，保证了发射器本体1的严格密封、绝缘。定位销可以是钢质材料或高温工程塑料制作而成的小圆柱体，也可以是钢质材料或高温工程塑料制作而成的小椭圆柱体或其他形状的结构。发射器本体1近似1/4圆弧片状结构，圆心角α略小于90°，其值在85°～89°之间，高度120～130mm，厚度15～25mm，内外半径r和R由钻铤的规格确定。小圆柱定位销11的直径20～30mm，高度8～10mm。

图2是本实用新型提供的可用于随钻声波测井的发射器的内部结构示意图。结合图1和图2，发射器本体1具体由框体承载架13、2个以上压电振子14以及用于密封、绝缘和减震的包裹层结构(即环氧树脂密封胶层和高温氟橡胶弹性隔振层，图中未标注)组成。其中，框体承载架13是由聚四氟乙烯或聚醚醚酮或聚酰亚胺制作而成的圆弧形框架，并且，沿其轴向预设有2个以上承载面，承载面呈通透型凹槽结构，其尺寸恰好能容置一个压电振子，每个承载面用于容置一个压电振子14。如图3所示，压电振子14由压电陶瓷片141以及缠绕在其整个外表面的预应力层142构成，用于辐射声波脉冲信号。压电陶瓷片141的横截面为圆弧形，既可以选择整块径向极化的高温发射型圆弧形压电陶瓷晶体，也可以由切向极化的高温发射型梯形压电陶瓷条依次通过粘结剂粘接拼镶而成。压电陶瓷片141的内、外表面镀有银层，正、负电极引线12由镀有银层的内、外表面引出。压电陶瓷片外层的预应力层142由玻璃纤维丝或低膨胀合金丝缠绕而成，增强了压电振子的机械性能，确保发射器具有安全可靠的性能。

2个以上压电振子14分别沿轴向镶嵌于框体承载架13对应的承载面内，且与框体承载架13内侧边缘填充有高温粘结剂紧密接合。压电振子14的极化方向相同，在电路上以并联方式连接，并且同时向外辐射声波，这样一方面增加了辐射面积，另一方面增大了电容量，从而提高了发射效率、辐射功率。压电振子的高度60～70mm，厚度6～8mm，圆心角60～80°，工作频率10～20kHz，相邻压电振子的间距为65～75mm。

镶嵌有2个以上压电振子14的框体承载架13的整个外表面灌封有环氧树脂密封胶，形成了一层具有防水性能的水密绝缘层，改善了发射器的密封、绝缘性能。水密绝缘层外表面又硫化有一层高温氟橡胶弹性隔振层，提高了发射器的抗振性能。本实用新型提出的发射器以阵列式结构排列，可以提高发射效率、辐射功率，具有大功率发射性能，而且耐高温高压、抗振动、易装配、良好绝缘和密封性。

随钻声波测井技术是目前国内急需研发的高端、先进测井技术。本实用新型随钻声波测井发射装置适用于新一代随钻声波测井仪器研制，在海上和陆地油气市场都有巨大应用前景。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。