[實(shí)用新型]一種過(guò)鉆頭偶極子聲波測(cè)井發(fā)射器及測(cè)井裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720342475.8
• 申請(qǐng)日: 2017-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN207144934U
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 叢健生;魏倩;車承軒;王秀明;劉彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號(hào): E21B49/00
• 分類號(hào): E21B49/00;G01V1/44
• 代理公司: 北京億騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所11309
• 代理人: 陳霽

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及礦產(chǎn)資源勘探及開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別是在礦場(chǎng)地球物理(測(cè)井)技術(shù)、鉆井測(cè)量技術(shù)和隨鉆測(cè)量技術(shù)等領(lǐng)域，尤其涉及一種過(guò)鉆頭偶極子聲波測(cè)井發(fā)射器及測(cè)井裝置。

背景技術(shù)

大水平井段(如1000米以上)水力壓裂前后的地層評(píng)價(jià)是我國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)的熱點(diǎn)、難點(diǎn)與技術(shù)關(guān)鍵。過(guò)鉆頭正交偶極子聲波測(cè)井技術(shù)是目前解決該問(wèn)題的首選測(cè)量方式。

過(guò)鉆頭測(cè)井時(shí)近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。過(guò)鉆頭測(cè)井是指測(cè)井儀器穿過(guò)鉆頭而進(jìn)入測(cè)量井段進(jìn)行測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集的一種方式。過(guò)鉆頭測(cè)井技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，主要包括以下幾點(diǎn)：①減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，大部分時(shí)間測(cè)井儀器在鉆桿內(nèi)受到保護(hù)；②節(jié)約作業(yè)時(shí)間。過(guò)鉆頭測(cè)井無(wú)須將鉆具取出地面就能夠進(jìn)行測(cè)井作業(yè)，較電纜測(cè)井而言，大大節(jié)約了完井作業(yè)時(shí)間。③獲得連續(xù)可靠的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。過(guò)鉆頭測(cè)井是在鉆頭及鉆桿停止振動(dòng)時(shí)，測(cè)井儀器組合穿過(guò)鉆頭對(duì)目的層進(jìn)行測(cè)量。因此，獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定可靠。④進(jìn)行勘察測(cè)井。過(guò)鉆頭測(cè)井能夠在不取出鉆頭的情況下進(jìn)入裸眼段測(cè)量，獲取儲(chǔ)層的各種重要信息，用于指導(dǎo)繼續(xù)鉆井，為科學(xué)鉆井提供幫助。

過(guò)鉆頭測(cè)井要求測(cè)井儀外徑小，目前儀器外徑為54mm,主要包括自然伽馬、井溫、感應(yīng)電阻率、自然電位、地層密度、井徑、中子孔隙度和單極子聲波時(shí)差等。過(guò)鉆頭測(cè)井技術(shù)適用于水平井、大斜度井和井眼坍塌和頁(yè)巖膨脹等惡劣井眼條件，已經(jīng)在北海探井和評(píng)價(jià)井中進(jìn)行了測(cè)量，克服了常規(guī)電纜測(cè)井遇阻的難題，取得了高質(zhì)量的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。

過(guò)鉆頭單極子聲波時(shí)差儀器主要是進(jìn)行橫波和縱波速度測(cè)量，儀器直徑54mm，多接收器的單極子聲波測(cè)井儀記錄的縱波速度和橫波速度，結(jié)合密度測(cè)井資料可以計(jì)算巖石屬性，包括泊松比、靜態(tài)楊氏模量和最小水平應(yīng)力梯度。應(yīng)力數(shù)據(jù)以及能夠反映儲(chǔ)層質(zhì)量參數(shù)(如粘土含量和孔隙度)，對(duì)選擇最佳水力壓裂措施層段很有用。但是，單極子聲波測(cè)井儀器在軟地層和超軟地層不能測(cè)量得到地層的橫波速度，因此也就無(wú)法得到巖石的屬性，其主要原因是單極子聲源所致。解決這一問(wèn)題的主要辦法是采用偶極子和正交偶極子換能器作為發(fā)射換能器，進(jìn)行地層的橫波聲速測(cè)量。但是，目前還很少見(jiàn)到過(guò)鉆頭正交偶極子聲波測(cè)井儀器商業(yè)使用的公開報(bào)道。

目前常規(guī)電纜式偶極子聲波測(cè)井儀器外徑為90mm，換能器(又稱之為發(fā)射器)主要有兩種，一種是電磁式偶極子聲波換能器，另一種是疊片型彎曲振動(dòng)壓電換能器。一般疊片型彎曲振動(dòng)壓電換能器由厚度方向極化的壓電陶瓷片和金屬鋁基片黏接而成。由于過(guò)鉆頭儀器外徑很小(54mm)，疊片結(jié)構(gòu)的彎曲振子的晶體和基片的幾何尺寸都相應(yīng)的減少，這使得正交偶極子換能器裝配后，與常規(guī)正交偶極子聲波儀器相比彎曲陣子輻射面變窄，造成換能器激發(fā)能量減弱、信噪比降低。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種過(guò)鉆頭偶極子聲波測(cè)井裝置的發(fā)射器及其測(cè)井裝置，主要是聲波發(fā)射器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其測(cè)井裝置，在滿足過(guò)鉆頭測(cè)井儀器機(jī)械要求的條件下，也能滿足小直徑正交偶極子聲波測(cè)井發(fā)射器的聲學(xué)性能要求。

為解決上述問(wèn)題，第一方面，本實(shí)用新型提供了一種過(guò)鉆頭偶極子聲波測(cè)井裝置的發(fā)射器，所述發(fā)射器包括基板和2n個(gè)壓電陶瓷板；其中，

所述壓電陶瓷板由2n塊的壓電陶瓷單元組成；

所述基板兩端設(shè)置有通孔，利用固定件通過(guò)所述通孔將所述基板固定在所述過(guò)鉆頭偶極聲波測(cè)井裝置上；

工作時(shí)，所述基板一側(cè)的壓電陶瓷板伸長(zhǎng)，另一側(cè)的壓電陶瓷板縮短，推動(dòng)所述基板形成彎曲振動(dòng)，向介質(zhì)輻射推力，產(chǎn)生聲波。

優(yōu)選地，所述壓電陶瓷板由2n塊的壓電陶瓷單元組成。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述壓電陶瓷板由2n塊的壓電陶瓷單元采用膠黏劑黏合而成。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述膠黏劑為環(huán)氧樹脂。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述相鄰壓電陶瓷單元的極化方向相反。

優(yōu)選地，所述壓電陶瓷板和所述基板之間采用膠黏劑粘合而成。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述膠黏劑為環(huán)氧樹脂。

優(yōu)選地，所述基板是鈦、銅、鋁或低膨脹合金。

優(yōu)選地，所述壓電陶瓷板的材質(zhì)為PZT4或PZT8。

第二方面，本實(shí)用新型還提供了一種包含第一方面所述發(fā)射器的過(guò)鉆頭偶極聲波測(cè)井裝置。

與常規(guī)疊片型偶極子發(fā)射器相比，本實(shí)用新型的分段式偶極子發(fā)射器設(shè)計(jì)可以增加發(fā)射器的彎曲變形量，增大發(fā)射器表面向外側(cè)的推力，從而提高發(fā)射器的發(fā)射能量；本實(shí)用新型在有限的空間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)較低頻聲波的發(fā)射，更加適合軟地層甚至超軟地層的橫波測(cè)量等。

附圖說(shuō)明