随钻声波测井装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及声波速度测量技术领域，尤其涉及一种随钻声波测井装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着全球工业对石油需求量的增加，石油勘探中大斜度井和水平井钻井日益活跃，随钻测井技术迅速发展，几乎所有的裸眼井电缆测井项目都可用随钻测井的方式进行。随钻声波测井技术是随钻测井技术中的重要方法之一，具有边钻边测的特点。该技术是利用安装在钻铤上的发射换能器在井下钻井施工作业过程中发射声波，透过泥浆在地层中传播，经过一定时间的衰减后，被安装在钻铤上的接收换能器接收，通过对接收换能器接收到的声波波列进行分析，以此来判断地层信息。
[0003]在随钻声波测井过程中，换能器组合在地层声信息的获取方面发挥了关键作用，因此，在随钻声波测井装置中，换能器是核心部件。由于随钻声波测井的复杂及恶劣特殊环境，使随钻声波测井换能器的设计、制作和装配具有较大的挑战性。
[0004]现有技术中，随钻声波测井仪器通常采用单极子和偶极子工作模式，单极测井无法在软地层得到横波信息，偶极子作为声源，偶极子波和钻铤波易交叠，造成对偶极子波的干扰，无法准确测量到地层信息。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种随钻声波测井装置，利用钻井过程中的随钻声波测井技术得到的声波全波列，求取地层参数信息。
[0006]第一方面，本实用新型提供了一种随钻声波测井装置，所述装置包括:钻铤、设置在钻铤上的发射换能器和接收换能器；
[0007]所述发射换能器，包括设置在两端的第一辐射金属块和第一质量金属块、位于中间的第一金属夹板、分别位于第一辐射金属块、第一质量金属块和第一金属夹板之间的多个发射型压电陶瓷片；
[0008]所述接收换能器，包括设置在两端的第二辐射金属块和第二质量金属块、位于中间的第二金属夹板、分别位于第二辐射金属块、第二质量金属块和第二金属夹板之间的多个接收型压电陶瓷片；
[0009]其中，所述发射型压电陶瓷片数为偶数，所述发射型压电陶瓷片极化方向为厚度方向，相邻压电陶瓷片极化方向相反；所述发射换能器的长度方向和所述钻铤的长度方向垂直；
[0010]所述接收型压电陶瓷片数为偶数，所述接收型压电陶瓷片极化方向为厚度方向，相邻压电陶瓷片极化方向相反；所述接收换能器的长度方向和所述钻铤的长度方向垂直。
[0011]第二方面，本实用新型提供了一种发射换能器，包括设置在两端的第一辐射金属块和第一质量金属块、位于中间的第一金属夹板、分别位于第一辐射金属块、第一质量金属块和第一金属夹板之间的多个发射型压电陶瓷片；其中，所述发射型压电陶瓷片数为偶数，所述发射型压电陶瓷片极化方向为厚度方向，相邻压电陶瓷片极化方向相反；所述发射换能器的长度方向和所述钻铤的长度方向垂直。
[0012]第三方面，本实用新型提供了一种接收换能器，包括设置在两端的第二辐射金属块和第二质量金属块、位于中间的第二金属夹板、分别位于第二辐射金属块、第二质量金属块和第二金属夹板之间的多个接收型压电陶瓷片；其中，所述接收型压电陶瓷片数为偶数，所述接收型压电陶瓷片极化方向为厚度方向，相邻压电陶瓷片极化方向相反；所述接收换能器的长度方向和所述钻铤的长度方向垂直。
[0013]本实用新型实施例提供的随钻声波测井装置，利用单极子、偶极子和四极子组成的多极子源工作模式，可以直接测量地层纵波、横波、斯通利波声速和衰减等参数，既可以相互参考验证，也可以单独处理，大大提高了装置的可信度和应用范围。利用纵波、横波速度可以计算地层的弹性模量、泊松比，预测地层压力，利用纵波、横波速度比还可以判断气层信息。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施例一提供的随钻声波测井装置示意图；
[0015]图2为本实用新型实施例一中的声波传播路径示意图；
[0016]图3a为本实用新型实施例一提供的发射换能器结构示意图；
[0017]图3b为本实用新型实施例一提供的发射换能器安装示意图；
[0018]图3c为本实用新型实施例一提供的发射换能器安装示意图；
[0019]图4a为本实用新型实施例一提供的接收换能器结构示意图；
[0020]图4b为本实用新型实施例一提供的接收换能器安装示意图；
[0021]图4c为本实用新型实施例一提供的接收换能器安装示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]图1为本实用新型实施例一提供的随钻声波测井装置示意图。如图1所示，随钻声波测井装置包括:钻铤1、发射换能器2、接收换能器3、隔声体4，钻铤I顶端设有接头5、钻铤I底端设有接头6，发射换能器2和接收换能器3分别镶嵌在钻铤I的外壁刻槽内，隔声体4位于发射换能器2和接收换能器3之间，整个随钻声波测井装置位于井眼7中，井眼7中充满流体8，井眼外侧为地层9。
[0024]发射换能器2产生声波，传播路径如图2所示，声波通过泥浆向井外地层中传播，传播的速度和幅度受到地层的岩石性质影响，经过一定距离的传播后，再由接收换能器3接收，由此可以建立声波的传播速度、幅度衰减和地层岩石物理性质之间的关系，从而可以得到岩石的纵波速度、横波速度、斯通利波速度，进而可以得到地层的孔隙度参数，并可以进行地应力分析，还可以结合岩石密度参数得到岩石的杨氏模量和泊松比等力学参数。
[0025]在一个实施例中，隔声体4设置在整个钻铤I的中下部，整个钻铤I为一体结构，隔声体4是其重要组成部分，通常设置在发射换能器2和接收换能器3之间，其主要功能是减弱并延迟声波从发射换能器2通过钻铤I直接传播到接收换能器阵列3，为保证钻铤I在钻井过程中的安全施工，隔声体4还必须具备一定的强度，在强烈的轴向、径向和周向等力的作用下不会发生大的变形、折断及扭断。隔声体4上设有导声槽10，导声槽10的宽度为5mm-50mm，深度为lmm-30mm，以便增加声波传播路径达到减弱直达波的目的。
[0026]图3a为本实用新型实施例一提供的发射换能器结构示意图。如图3a所示，发射换能器2包括:第一辐射金属块11、第一质量金属块12、第一金属夹板13、发射型压电陶瓷片14、铜箔15、铜箔16构成圆柱体，发射换能器2外层包裹玻璃纤维和环氧树脂或者硅橡胶保护层，最外层为金属保护壳。其中，金属块与压电陶瓷、压电陶瓷之间用穿钉和胶黏剂装配和黏结而成。发射换能器2的长度和钻铤I的长度方向垂直。
[0027]在一个实施例中，发射换能器2为发射型压电陶瓷片14、第一福射金属块11、第一金属夹板13和第一质量金属块12黏结而成，发射型压电陶瓷片14为耐高温发射型压电陶瓷片，直径为1mm — 60mm，厚度为Imm — 50mm，其数量为2 — 40 (偶数)片，极化方向为厚度方向，黏结时相邻压电陶瓷片极化方向相反。第一辐射金属块11直径为1mm — 60_，厚度为3mm—50_。第一质量金属块12直径为1mm—60_，厚度为3mm—50mm，端头直径可大于发射型压电陶瓷片14。铜箔15和铜箔16的直径均为1mm — 80mm，厚度均为0.1mm — 5mm，其数量均为4一42(偶数)片，高温导电胶涂抹在铜箔15和铜箔16双向表面。铜箔15与信号线正极连接，铜箔16与信号线负极连接。
[0028]图3b和3c为本实用新型实施例一提供的发射换能器安装示意图。发射换能器2可以为多组，每组4个相互垂直放置于同一平面上，每组发射换能器沿钻铤轴向方向依次分布O
[0029]在一个实施例中，发射换能器2为一组4个，4个发射换能器相互垂直放置，并且处于同一平面上，发射换能器水平中心距离为30mm-90mm。
[0030]在一个实施例中，发射换能器2采用同向激励的单极子工作模式，发射换能器2产生声波，接收换能器3接收声波。
[0031]在一个实施例