一种用于多级阵列声波测井中的切向极化单极子换能器

摘要

本发明涉及一种用于多级阵列声波测井中的切向极化单极子换能器，该换能器包括：接线柱(1)、绝缘子(2)、芯轴(3)、上端盖(4)、端子垫片(5)、绝缘芯轴(6)、下端盖(8)、螺母(9)、电极引线(10)、螺钉(11)；其特征在于，该换能器还包括拼接陶瓷管(7)；所述的拼接陶瓷管(7)由若干端面为扇形的切向极化压电陶瓷片通过高温胶粘接而成，所述的扇形的切向极化压电陶瓷片的两个斜边面上镀有银层，拼接陶瓷管(7)外层使用高温胶和玻璃纤维缠绕浇注。本发明的优点在于：通过采用切向极化拼接陶瓷管，低频时可以获得更大的发射功率和发射效率，接收灵敏度提高，并且稳定可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及测井仪器技术领域，具体地，本发明涉及一种用于多级阵列声波测 井中的切向极化单极子换能器。

背景技术

近年来，随着地质和石油勘探的深入，对测井仪器的期望和要求也越来越高， 声波测井是石油测井的重要方法之一。目前采用的声波测井技术是利用发射换能器 在井下发出声波，在地下介质中传播，经过一定时间衰减后，被接受换能器接受， 通过对衰减的声波信号分析，判断地下的有关地质结构。声波换能器包括单极子声 波换能器和偶极子声波换能器等，单极子声波发射换能器激发的主要是纵波信号， 偶极子声波发射换能器激发的主要是横波信号。现在通常采用的声波测井仪器为单 极子声源的常规声波测井仪器，其缺点在于无法直接提取横波参数，在套管井中对 纵波参数也难以取得，因此，对于在石油勘探中极为重要的软地层参数的判断上显 得十分乏力。为了克服这种常规声波测井仪器的缺陷，或有在原有仪器上增加偶极 子声波换能器，以直接提取软、硬地层中的横波参数，但此种做法局限于原有单极 子换能器的发射频率高、损耗大、灵敏度低，无法获得准确的渗透率参数，而渗透 率参数求取始终是石油测井面临的重要课题，其准确求取在评价石油产量和储量上 意义非常重大。加之旧有常规仪器的结构，也无法实现多种测井方式。比如，水泥 胶结测井是石油测井中常用的方法，主要用来测量油井下套管后水泥灌注的胶结质 量，该方法测量原理与单极测量方式类似，但源距(发射器与接收器之间的距离) 要求更长，因此，泥胶结测井时就需要更换仪器才可以进行。

为了能够发射更低频率的纵波，利用声全波测井中斯通利波速度和衰减求取储 层渗透率，并能够实现多种测井方式，中国发明03261891.3提出了一种“多极子阵 列声波测井换能器”，利用单极子、偶极子以及斯通利波换能器组成多级声源，可以 直接测量地层的纵波、横波、斯通利波参数，既可以相互参考验证，也可以单独处 理，大大提高了仪器的可信度和应用范围。该发明中的单极子发射换能器和单极子 接收换能器采用的是径向极化的压电陶瓷管，壁厚1～5mm之间，管子内外壁镀有 银层，用于焊接电极。这种结构的换能器接收灵敏度较高，由于压电陶瓷的特性， 电极两侧加同向电压会压缩，加反向电压会伸展，压电陶瓷自身的抗拉强度是有限 的，太高的反向电压会使其自身开裂，这就决定了单体陶瓷管无法施加太大的电压， 也就难以得到更大的发射功率。目前制作单体陶瓷管的办法是先压制厚壁管型胚料， 然后经过机械研磨内外圆，得到薄壁的陶瓷管，在机械加工过程中陶瓷管非常容易 破裂，成品率较低，这就增加了制作成本。径向极化的过程中工艺要求也非常严格， 因极化导致的碎裂和缺陷也时有发生。使用这种单体陶瓷管的换能器的制作和使用 也需要非常注意，安装运输都很不方便。在井下环境中，因温度与压力的原因，陶 瓷管儿易破裂。内外壁上的电极焊接点也容易脱落。为了能够提供更大的发射功率， 同时具有更高的接收灵敏度，可以采用分割电极式圆环形陶瓷管儿代替径向极化压 电陶瓷管儿，这种结构的技术难度在于如何引出电极，美国专利NO.3142032中，采 用的是金属箔或网，粘附在每两条拼合组件拼接的电极之间，利用金属夹层粘缝里 延伸出来的部分焊接电极。但是装备工艺复杂，随着拼缝的增多，振子的有效机电 耦合系数下降；金属夹层与压电陶瓷的热膨胀系数不同，因此容易产生应力开裂。 中国发明CN85201622提出了一种无金属夹层的电极引出方式，通过将压电陶瓷拼 条的镀银层局部暴露的办法引出电极，从而简化了装配工艺，提高了成品率，改善 了机电耦合特性，同时具备较稳定的电气性能。该发明提出的时间比较早，这种方 法只能制作体积较大(直径大于30厘米)的换能器，通过这种方法制备的换能器只 能应用在对其体积没有要求领域，所以局限在水下低频大功率发射器、水声释放器 指令声源和水下引爆声学装置等海洋实验领域。发明CN85201622无论是从体积大 小还是技术方案都决定了其应用范围只能是深水海洋领域，而完全不满足声波测井 换能器的技术要求，声波测井作为一个与深水海洋完全不同的领域，对换能器的要 求也更加苛刻，声波测井用换能器要求尺寸相对较小(直径10厘米以内)，用量比 较大，成本要求比较低，因此本发明再此基础上通过进一步的改进，制备得到适用 于测井领域的换能器。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种用于多级阵列声波测井中的切向极化单极子换能 器，成功的解决了现有多级阵列声波测井中单极子换能器存在的问题。

本发明的提供的用于多级阵列声波测井中的切向极化单极子换能器包括：接线 柱1、绝缘子2、芯轴3、上端盖4、端子垫片5、绝缘芯轴6、拼接陶瓷管7、下端 盖8、螺母9、电极引线10、螺钉11；

所述的换能器还包括拼接陶瓷管7为切向极化压电陶瓷片，端面为扇形，扇形 的两个斜边面上镀有银层，通过高温胶粘接成圆环形，使用高温胶和玻璃纤维缠绕 浇注，在其径向施加以预应力，在其径向施加以预应力，在低频率大振幅的情况下， 不易破碎；拼接陶瓷管7的电极是通过将压电陶瓷拼条的镀银层局部暴露的方式引 出的。

作为上述方案的一种改进，所述的端子垫片5、绝缘芯轴6、绝缘子2为聚四氟 材料或其他耐高温绝缘材料；上端盖4、下端盖8、芯轴3、螺母9、螺钉11为不锈 钢材料。

作为上述方案的又一种改进，其特征在于，所述的接线柱1为镀银金属材料， 尤其使用纯铜镀银材料。

作为上述方案的再一种改进，所述的电极引线10为耐高温导线，其外层有聚四 氟乙烯包复，芯线为多股镀银金属丝。

作为上述方案的还一种改进，所述的切向极化压电陶瓷片为耐高温材料，其居 里点高于375℃。

本发明的优点在于：本发明提供的一种用于多级阵列声波测井中的切向极化单 极子换能器，通过采用切向极化拼接陶瓷管替代常规的径向极化陶瓷管，使低频时 可以获得更大的发射功率，和发射效率，同时具有很高的接收灵敏度，同时该结构 换能器具有电气性能稳定可靠，电极焊点牢固不易脱落，陶瓷管不易破碎，耐高温 高压等特点。

附图说明

图1本发明的换能器剖面图；

图2本发明的陶瓷管的结构图。

附图标识

1、接线柱        2、绝缘子    3、芯轴

4、上端盖        5、端子垫片  6、绝缘芯轴

7、拼接陶瓷管    8、下端盖    9、螺母

10、电极引线     11、螺钉     12、陶瓷拼条

13、引出电极

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构进行进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的换能器包括：接线柱1、绝缘子2、芯轴3、上端盖4、 端子垫片5、绝缘芯轴6、拼接陶瓷管7、下端盖8、螺母9、电极引线10、螺钉 11；此外换能器还包括拼接陶瓷管7为切向极化压电陶瓷片，端面为扇形，扇形的 两个斜边面上镀有银层，通过高温胶粘接成圆环形，使用高温胶和玻璃纤维缠绕浇 注，在其径向施加以预应力，在其径向施加以预应力，在低频率大振幅的情况下， 不易破碎；拼接陶瓷管7的电极是通过将压电陶瓷拼条的镀银层局部暴露的方式引 出的；

其中，拼接陶瓷管7两端同轴配合端子垫片5，安装于上端盖4和下端盖8之间， 芯轴3一端有环型台儿，用于与上端盖4同轴配合，芯轴3外壁滑动配合有绝缘芯 轴6，通过螺钉11实现固定，芯轴3另一端有螺纹，通过螺母9，将拼接陶瓷管7 固定压紧。电极引线10穿过上端盖上的通孔，分别固定在接线柱1上，接线柱1安 装于绝缘子2上。

如图2所示拼接陶瓷管7的引出电极13是通过将压电陶瓷拼条12的镀银层局 部暴露的方式引出的。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管 参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均 应涵盖在本发明的权利要求范围当中。