一种偶极声波发射探头的制作方法

本发明属于测井设备技术领域，具体涉及一种偶极声波发射探头。

背景技术：

近几年来，随着油气勘探开发的不断深入，油气勘探开发正从常规油气藏向低渗透、非常规发展，新建区域储层条件变得日趋复杂。水平井、大斜度井中断层、裂缝、薄层、各向异性等复杂油气储层的地质导向和地层评价需要更加丰富地层信息、井周三维成像和地层界面探测，才能实现油气藏更为高效的开发，国内正在大力推广应用水平井技术提高复杂油气藏开发效率。针对复杂储层、非常规储层勘探开发，以油藏成像为目标，采用声电核等方法，创新空间域、时间域、频率域和能量域测量技术，实现地层精细成像和井周35米范围综合成像，形成具有“显微镜、望远镜”功能的多维高精度成像测井装备，获取高精度三维地层信息，提供多种类地质参数，解决复杂和非常规油气藏识别与分析难题，为我国油气勘探开发提供有力技术支撑。现有的偶极声波发射探头没能很好的解决整个发射探头都浸泡在硅油中的空间限制和减少由于大油腔造成的声波能量损耗等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种偶极声波发射探头，已解决现有技术中整个发射探头都浸泡在硅油中，造成空间限制，及大油腔造成声波能量损耗的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种偶极声波发射探头，包括发射骨架本体、橡胶波纹管和压电陶瓷声波换能器；所述橡胶波纹管包裹住发射骨架本体的中部，与发射骨架本体的中部之间形成密闭的油腔，所述压电陶瓷声波换能器设置在所述油腔内。

优选的，所述发射骨架本体中部的外形为棱柱，所述棱柱的侧面各设一个压电陶瓷声波换能器。

优选的，所述压电陶瓷声波换能器的两端使用螺钉压紧固定在所述发射骨架本体上。

优选的，所述发射骨架本体上与所述油腔相邻的两端分别设置有u型密封槽，橡胶波纹管的两端分别使用金属丝捆扎在u型密封槽内。

优选的，所述发射骨架本体采用金属三维打印的方式制成，最大限度减少油腔的空间。

优选的，所述压电陶瓷声波换能器包括：两层压电陶瓷材料，及粘接在两层压电陶瓷材料之间的金属材质的中间基板。

优选的，所述压电材料为偏铌酸铅、pzt5、pzt4中的一种。

优选的，所述中间基板为铝合金、铜、钢中的一种。

本发明的有益效果如下：

1、本发明偶极声波发射探头，包括发射骨架本体、橡胶波纹管和压电陶瓷声波换能器；所述发射骨架本体采用金属三维打印的方式制成，最大限度减少了油腔空间。所述橡胶波纹管包裹住发射骨架本体的中部，与发射骨架本体的中部之间形成密闭的油腔，所述压电陶瓷声波换能器设置在所述油腔内。所述油腔为独立密闭的油腔，与探头的其他部分不连通，在压电陶瓷声波换能器施加电压工作时，与油腔、橡胶波纹管三者相互有效耦合，向外辐射声波能量，并有效的在1.5khz～4khz出现大能量声波信号输出，解决了老旧偶极声波发射探头设计中，整个发射探头都浸泡在硅油中直径方向和长度方向的空间限制，减少由于大油腔造成的声波能量损耗，使偶极声波发射探头为声波测井仪器提供了有效的声波能量传输。

2、本发明偶极声波发射探头，所述发射骨架本体两端设置有u型密封槽，橡胶波纹管使用铜丝或钢丝捆扎设置u型密封槽内，u型密封槽上设置橡胶波纹管使发射骨架本体内部形成密闭的油腔。

3、本发明偶极声波发射探头，所述的发射骨架本体上分别设置4个压电陶瓷声波换能器，成口字形排布，并使用螺钉将其两端压紧固定，在压电陶瓷声波换能器施加电压工作时，与油腔、橡胶波纹管三者相互有效耦合，向外辐射声波能量。

4、本发明偶极声波发射探头，所述压电陶瓷声波换能器由压电陶瓷材料制成，可使用高电压激发，可向外辐射大能量声波。

5、本发明偶极声波发射探头，所述橡胶波纹管由橡胶材料制成，以起到平衡压力和实现透声功能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例偶极声波发射探头外部整体示意图；

图2为本发明实施例偶极声波发射探头结构示意图；

图3为本发明实施例偶极声波发射探头横剖面示意图；

图4为本发明实施例新型偶极声波发射探头频谱图；

图中：1-发射骨架本体、2-橡胶波纹管、3-压电陶瓷声波换能器、4-油腔、5-u型密封槽。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

如图1～3所示，本发明偶极声波发射探头，包括发射骨架本体1、橡胶波纹管2和压电陶瓷声波换能器3；所述橡胶波纹管2包裹住发射骨架本体1的中部，与发射骨架本体1的中部之间形成密闭的油腔4，所述压电陶瓷声波换能器3设置在所述油腔4内。所述的油腔4为独立油腔，与探头其他部分不连通。该发明机械结构设计声学性能优异，在满足声学结构测量要求的同时，可实现所需的声波辐射传播。在压电陶瓷声波换能器3施加电压工作时，与油腔4、橡胶波纹管2三者相互有效耦合，向外辐射声波能量。

所述发射骨架本体采用金属三维打印的方式制成，最大限度减少了油腔空间。所述发射骨架本体1中部的外形为四棱柱状，所述四棱柱的四个侧面上各设一个压电陶瓷声波换能器3。所述压电陶瓷声波换能器3的两端使用螺钉压紧固定在所述发射骨架本体1上。

所述发射骨架本体1的两端分别设置有u型密封槽，橡胶波纹管2使用铜丝或钢丝捆扎在u型密封槽内。所述橡胶波纹管2由橡胶材料制成，以起到平衡压力和实现透声功能。

所述压电陶瓷声波换能器3包括两层压电陶瓷材料，及粘接在两层压电陶瓷材料之间的金属材质的中间基板。所述压电陶瓷声波换能器3可使用高电压激发，向外辐射大能量声波。所述压电材料为偏铌酸铅、pzt5、pzt4等其他性能接近的产品。所述中间基板为铝合金、铜、钢等材料。

如图4所示，通过数值模拟得出的本发明偶极声波发射探头频谱图，其中，横坐标为频率，纵坐标为距离模型中心230mm处的声压。偶极声波发射探头的发射能量需满足声波在地层中的衰减要求，其发射频率及带宽应满足声波测井频散分析的要求，优化提高换能器的发射功率。

本发明偶极声波发射探头，在压电陶瓷声波换能器3施加电压工作时，与油腔4、橡胶波纹管2三者相互有效耦合，向外辐射声波能量，并有效的在1.5khz～4khz出现大能量声波信号输出，解决了常规偶极声波发射探头设计中，整个发射探头都浸泡在硅油中的空间限制，减少由于大油腔造成的声波能量损耗，使偶极声波发射探头为声波测井仪器提供了有效的声波能量传输，使声波仪器能够获得更多的地层信息，对测井资料的评价解释有很大的提高作用，具有广阔的市场应用前景。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。