[發明專利]一種用于隨鉆聲波測井的聲源激勵裝置

有效

• 申請號: 201310149318.1
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103233724A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 譚寶海;張博;郝仲田;蘇遠大;唐曉明
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B47/14
• 分類號: E21B47/14
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發明屬于應用地球物理測井領域，具體地，涉及一種用于隨鉆聲波測井聲源激勵裝置，用于向地層輻射大功率和多頻帶的聲源信號。

背景技術

隨鉆聲波測井在鉆井的同時進行聲波測井，受鉆井濾液侵入影響小，更能有效地探測井壁地層的巖性、物性和儲集層參數。其目的是在鉆井過程中確定地層縱波和橫波速度，為油氣田的勘探和開發提供重要信息，例如：實時的孔隙壓力、井壁穩定性分析和巖石孔隙度等。隨鉆聲波測井受鉆具噪聲、鉆井液循環噪聲和鉆鋌波的影響，為了獲得高質量的測井數據，鉆鋌隔聲、高精度測量、大功率和寬頻帶的聲波發射及數字濾波等技術至關重要。

電纜聲波測井中，大功率矩形脈沖是廣泛采用的寬頻激勵聲源方式（盧俊強，鞠曉東，成向陽，多極子陣列聲波測井儀的換能器激勵方法，高壓電技術，2009，35(2)：324-328），其通過控制功率管在飽和區和截至區的開關狀態及變壓器阻抗匹配來產生激勵聲波發射器的脈沖信號，發射器近似工作在諧振方式，其脈沖主頻帶與變壓器及發射器參數相關。專利公開號為CN102889079A的發明專利公開了一種聲波測井發射換能器驅動系統，采用模數轉換和抽頭變壓器的推挽結構，并利用功率放大器的線性放大區提供了一種頻率可調的聲源激勵信號，并使發射器工作在受迫振動方式。

與電纜聲波測井相比，隨鉆聲波測井為了減小鉆具和鉆井濾液循環噪聲以及多極子工作方式的要求，往往需要聲波發射器能向地層輻射多個頻帶信號，雖然可以在鉆鋌上安裝獨立的單極子、偶極子和四極子模式聲源，但增加了儀器長度和成本。用一個聲源通過結構設計和控制實現多極子聲波輻射是較好的選擇，顯然，矩形脈沖激勵難以實現多個頻帶激勵。抽頭變壓器推挽結構電路能夠實現這種多頻帶的激勵，但對多通道激勵需要多個并行數模轉換器和多個中心抽頭變壓器，電路結構復雜和大體積的變壓器均不利于狹小鉆鋌內實現。用同一發射器產生多極子模式和向地層輻射大功率、多頻帶的聲源激勵信號，對于縮短儀器長度，降低儀器成本和數據處理等至關重要。

發明內容

為克服現有技術存在的缺陷，本發明提供一種隨鉆聲波測井聲源激勵裝置，通過同一位置的聲源發射器向地層輻射大功率和多頻帶的聲源信號。

一種隨鉆聲波測井聲源激勵裝置包括：控制系統和聲源發射器；其特征在于：控制系統固定在鉆鋌的內部空腔內；控制系統用于產生驅動聲源發射器的高電壓正弦波脈沖信號；聲源發射器由四個弧形的壓電晶體換能器構成，聲源發射器安裝于鉆鋌外壁的圓環形凹槽內，用于電-聲能量轉換以向地層輻射聲波。

優選地，控制系統通過鉆鋌上的插銷鎖定在鉆鋌的內部空腔內。

優選地，每個壓電晶體換能器被包裹一層用于電信號隔離和聲波耦合的絕緣材料。

優選地，絕緣材料為聚四氟乙烯。

優選地，控制系統由發射電子線路骨架和發射電子線路組成。

優選地，發射電子線路骨架的兩端為圓柱體、兩圓柱體之間為正四棱柱體，發射電子線路骨架的軸心設有水眼，與鉆鋌的水眼互相連通，發射電子線路骨架兩端均設有O型密封圈，發射電子線路骨架通過O型密封圈與鉆鋌內壁緊密接觸；在正四棱柱體上安裝發射電子線路。

優選地，發射電子線路具有總線接口電路，總線接口電路與隨鉆聲波測井井下儀器控制中心相連接，在總線接口電路與聲源發射器之間有兩個功能和結構完全相同的并行激勵通道，每個激勵通道包括：?

發射控制器，與總線接口電路相連接；發射控制器為數字信號處理器、現場可編程門陣列器件或任何能夠產生方波信號的微控制器；

電平變換電路，與發射控制器電路相連接；

功率管驅動電路，與電平變換電路相連接；

功率放大電路，與功率管驅動電路相連接，由一對工作在開關狀態的大功率N溝道功率管和P溝道功率管組成；

寬頻帶變壓器，位于功率放大電路與聲源發射器之間，與聲源發射器的兩個正對的壓電晶體換能器連接；每個壓電晶體換能器的內、外表面各有一根引出導線，用于傳輸高電壓的正弦波脈沖信號；正對的兩個壓電晶體換能器外表面的引出導線接在一起，并與寬頻帶變壓器的次級繞組的一端連接；正對的兩個壓電晶體換能器的內表面引出導線接在一起，并與寬頻帶變壓器的次級繞組的另一端連接。

優選地，鉆鋌的水眼和發射電子線路骨架的水眼軸線重合，鉆鋌的水眼和發射電子線路骨架的水眼孔徑相同或不同。

優選地，每端的O型密封圈為一個或多個。