一种大功率随钻单极子拼镶结构声波发射换能器的制作方法

本实用新型涉及资源勘探测井设备技术领域，具体涉及一种大功率随钻单极子拼镶结构声波发射换能器。

背景技术：

声波测井目前主要有电缆测井和随钻测井方式；电缆测井是指在钻井完成以后，将装有传感器或者探头的声系安装在下放的井眼中完成测量，仪器通过电缆完成地面系统的供电，遥传控制以及提升或下放等，而随钻测井是在钻井的过程中完成测量，带有传感器的仪器直接成为钻铤的一部分，仪器采用电池供电，通过泥浆传输完成部分数据的实时上传；随钻测井通过钻井过程中发射声波并接收地层回波，井下实时计算出地层声速并由泥浆脉冲器上传到地面。实时声速值可应用于计算孔隙度，标定地震反射，更新钻头前面孔隙压力评价数据等。相比电缆测井，随钻声波测井技术可以在钻井过程中测量地层的纵横波速度，可用于间接测量地层的压力和地质力学参数，实现储层岩性识别等，达到地层过压监测和地质导向钻井等目的；随钻声波仪器由于较为靠近钻头，测量时必须尽量避免钻头的影响，包括钻井噪声，钻杆泥浆噪声以及幅度较大的钻铤直达波。

目前的随钻单极子发射换能器主要采用了四个瓦片形状结构的压电陶瓷，由于尺寸较大，封装工艺复杂，成品率及一致性难以得到保证；且由于瓦片结构换能器的尺寸和结构所限，频率单一，只能实现单极子纵波测量，难以实现某一特定频率的激励，工作带宽受到限制，对井下底层的适应能力不够，难以兼顾随钻声波测井对多极测量的需要。

低频宽带大功率发射换能器在水声、地震勘探领域已有着重要的应用，这类换能器目前主要是基于压电原理，利用压电材料制作的，由于换能器工作在谐振特征状态，在以下三种情形下存在问题：第一，若需要换能器的谐振频率为低频，谐振频率与换能器有效尺寸成反比关系，因此所需频率很低时，换能器尺寸与重量都十分庞大，并由此带来诸如成本高昂、安装不便等问题；在大尺寸的条件下，如果采用整体的压电陶瓷材料，难度很大；第二，大尺度的压电材料难以烧制成型，成品率极低，而且，由于该种换能器用于高温高压环境中，一般都需要封装保护，大尺度的封装保护困难很大，模具复杂且脱模过程艰难；第三，一般而言，如果要求压电陶瓷换能器辐射大的能量，需要施加大的电压信号，但一定规格尺度的压电陶瓷是有功率容量的，大的电压可能会破坏压电陶瓷，多次激励也会降低压电性能。

目前的类似换能器并不能实现快速安装和拆卸的，从而使得整个装置的维护和检修过程繁琐，严重影响了现场的使用效率。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种大功率随钻单极子拼镶结构声波发射换能器，具体技术方案如下：

一种大功率随钻单极子拼镶结构声波发射换能器，其特征在于：包括由两个半圆弧形骨架组成的圆筒形支撑结构(1)，在所述圆筒形支撑结构(1)的外圆周上沿轴向均匀开设有至少16个凹槽(2)，在所述凹槽(2)内设置有与所述凹槽(2)形状相适应的压电材料(3)；

在所述圆筒形支撑结构(1)外圆周上设置有玻璃纤维层(4)，在所述玻璃纤维层(4)外部设置有橡胶保护层(5)。

为更好的实现本实用新型，可进一步为：所述压电材料(3)为条形结构，在所述压电材料(3)的两个表面镀银。

进一步地：所述玻璃纤维层(4)为将玻璃纤维布或者玻璃纤维丝浸润环氧树脂后，缠绕在圆筒形支撑结构(1)的外圆周，通过高温固化，使得压电材料(3)和圆筒形支撑结构(1)形成一体结构。

进一步地：所述凹槽(2)为条形凹槽，在所述凹槽(2)的四个角设置有定位结构。

进一步地：在所述压电材料(3)的一端设置有引线，在所述圆筒形支撑结构(1)对应一侧上开设有引线出口，所述引线从所述引线出口(6)穿出。

本实用新型的有益效果为：采用拼镶封装结构，一定程度上解决了低频工作，换能器尺度过大的问题；拼镶环氧灌封，解决了采用整体大尺度压电陶瓷，将其分解为若干个单元，不再直接需要采用大尺度的压电材料；单元压电材料的电压激励，也可采用较高的电压，由于材料尺度变小，不容易损坏。

附图说明

图1为本实用新型结构第一示意图；

图2为本实用新型结构的第二示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1和图2所示：一种大功率随钻单极子拼镶结构声波发射换能器，包括由两个半圆弧形骨架组成的圆筒形支撑结构1，在圆筒形支撑结构1的外圆周上沿轴向均匀开设有至少16个凹槽2，凹槽2为条形凹槽，在凹槽2的四个角设置有定位结构，在凹槽2内设置有与凹槽2形状相适应的压电材料3，压电材料3为条形结构，在压电材料3的两个表面镀银，该压电材料3通过根据随钻钻挺的规格和要求的工作频率，确定压电材料的尺寸，包括厚度，长度，形状，该形状可以为矩形或者弧形，对每个凹槽2中的压电材料3进行声学阻抗特性参数测试，进行配对，保证多片压电材料3性能的一致性，在压电材料3的一端设置有引线，在圆筒形支撑结构1对应一侧上开设有引线出口，引线从引线出口6穿出。

在圆筒形支撑结构1外圆周上设置有玻璃纤维层4，在玻璃纤维层4外部设置有橡胶保护层5。玻璃纤维层4为将玻璃纤维布或者玻璃纤维丝浸润环氧树脂后，缠绕在圆筒形支撑结构1的外圆周，通过高温固化，使得压电材料3和圆筒形支撑结构1形成一体结构，接着对圆筒形支撑结构1的外表面进行粗糙度处理。