[發明專利]一種低頻偶極子發射換能器

有效

• 申請號: 201110098511.8
• 申請日: 2011-04-20
• 公開（公告）號: CN102748013A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 莫喜平;戴郁郁
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: E21B47/14
• 分類號: E21B47/14;B06B1/06;G01V1/40
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明涉及聲學探測領域，具體地，本發明涉及一種低頻偶極子發射換能器。

背景技術

石油被稱為工業的血液，如今石油及其化工制品已經融于到我們生產生活中各個角落，然而作為不可再生資源隨著100多年來的開采已經面臨枯竭，而且剩下的儲藏開采難度和開采成本也越來越高，石油開采進入精細開采的時代。

聲波能夠有效地在固、液、氣三相介質中長距離有效的傳播。通過對聲衰減、聲速等聲學參量的測量估算地層的孔隙度、滲透率、含水飽和度等地層性質，聲波測井已經成為石油勘探等領域非常重要的測量手段。

聲波在測井中的應用最早出現在20世紀50年代。聲波測井最初的應用是在固井過程中的膠結質量的檢測和介質聲速的測量，此時的聲波測井儀器結構比較簡單，主要是單發雙收或者雙發雙收，聲波的波載信息的利用上也只局限于縱波的振幅和速度；70年代末發展了一種長源距聲波全波列測井。儀器增加了發射換能器和接收換能器中間的距離，從而在時間軸上把波至中的縱波、橫波和偽瑞利分離開來，多種聲波波至為測井解釋帶來了豐富的素材，促進了聲波測井的巨大發展，使聲波測井逐漸成為主流的測井手段。

期間提出了利用斯通利波反演慢速地層中的橫波，然而這種測量手段的可靠性差，再一個由于當時的聲源頻率比較高，斯通利波提取也很困難。到了90年代初出現了偶極子或者多極子測量地層橫波，偶極子聲源和四極子聲源能夠激勵井孔產生擾曲波(Flexural?wave)和扭曲波(Screw?wave)，隨著激勵頻率的降低，擾曲波和扭曲波的波速將趨近于地層的橫波聲速，擾曲波和扭曲波的高頻極限則是逼近斯通利波的高頻極限。理論分析表明無論在快速地層和慢速地層都能得到地層的橫波速度。為了有效地區分開測量波序中的地層縱波和地層橫波，偶極子信號需要工作在5kHz一下。

偶極子聲源是偶極子橫波測井儀器中的核心部件。常見的偶極子聲源主要有以下幾類：1、三疊片；2、動圈式；2、鑲拼圓環等。然而以上幾種換能器均存在著不足：三疊片通常只采用兩片陶瓷而且工作的時候利用材料的1-3工作模態，在加載大電壓的時候會在粘接面上產生很大的剪切應力，容易損壞器件，這些不足導致了換能器不能夠實現大功率的發射；動圈式結構能夠實現低頻而且平坦的響應曲線，然而這種結構固有存在輻射效率低下的問題，也不能夠實現大功率發射；鑲拼圓環的諧振基頻跟圓環的直徑相關，降低換能器的設計頻率需要增大換能器的直徑。而現在井孔的孔徑對這類結構換能器的低頻化帶來了切實的困難。

發明內容

本發明的目的在于，提供了一種低頻偶極子發射換能器。

為實現上述發明目的，本發明提出的低頻偶極子發射換能器包括：基本振子、過渡桿2、彎曲梁3、過渡梁4、擺動柱5、剛性梁6、端蓋板7和水密層8；

所述的基本振子設置于剛性梁6內，由上下兩個陶瓷堆1通過過渡桿2和彎曲梁3串接相連構成，該基本振子通過剛性梁6和設置在剛性梁6兩端的端蓋板7鉗定。

所述的剛性梁6的外部依次套設擺動柱5和水密層8。

所述的過渡梁4設置于剛性梁6中部側壁上的孔洞中，并通過該過渡梁4將彎曲梁3和擺動柱5的中部相連。

所述的陶瓷堆1由若干陶瓷片機械級聯形式堆積，相鄰兩片陶瓷的電極方向相反。

所述的陶瓷堆1由陶瓷片采用機械級聯的形式堆積而成。相鄰兩片陶瓷的電極方向相反，對所有陶瓷片在電路上采用并聯激勵。

所述的彎曲梁3由若干段圓弧梁(或者橢圓弧梁)外切而成，優選為三段，其中靠近A端的兩段圓弧梁(或者橢圓弧梁)形狀一致，三段圓弧梁(或者橢圓弧梁)中靠近A端的兩端圓弧梁(或者橢圓弧梁)的相切點的曲率半徑小于第三條圓弧梁(或者橢圓弧梁)的曲率半徑，在與過渡桿2連接處，梁的切向垂直于過渡桿2的端面。

所述的擺動柱5采用模量在1e10Pa到3e11Pa之間的剛性材料設計而成。

所述的過渡梁4用于擺動柱5和彎曲梁3的剛性連接。

所述的剛性梁6和端蓋板7采用模量在1e10Pa到3e11Pa之間的剛性材料設計而成，用來約束陶瓷堆1的振動，使陶瓷堆1的振動從另外一端輻射出去。

所述的剛性梁6的中間位置對稱開兩個小孔，用于過渡梁4的穿出。