[發明專利]大功率偏極子發射模式的隨鉆發射換能器系統及制備方法

有效

• 申請號: 202110839346.0
• 申請日: 2021-07-23
• 公開（公告）號: CN113503157B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 茍陽;付欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;B06B1/06
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 巴曉艷

本發明屬于隨鉆聲波測井儀器技術領域，尤其涉及一種大功率偏極子發射模式的隨鉆發射換能器系統及制備方法。該隨鉆發射換能器系統包括：以間隔90度設置的4個換能器，組成圓環型換能器組，其中3個換能器的在相同激勵電壓作用下，產生正向或反向波場；剩下的一個換能器在相同幅度、頻率但相位相差180°的激勵電壓作用下，產生與上述3個換能器方向相反的波場，2個不均勻的波場相互疊加從而產生大功率偏極子聲場。本發明的系統具有結構簡單，在所需頻率處擁有更強的聲輻射功率，導納特性更加優良，并且能夠有效拓寬頻帶寬度，換能器擁有更好的發射電壓響應。相對于常規的偏極子發射模式擁有更高的輻射能量以及指向性，探測深度更深。

技術領域

本發明屬于隨鉆聲波測井儀器技術領域，尤其涉及一種大功率偏極子發射模式的隨鉆發射換能器系統及制備方法。

背景技術

隨著油氣勘探開發向復雜儲層邁進，水平井、大斜度井應用越發廣泛，為了控制井眼軌跡，使鉆頭沿著儲層的方向鉆進，需要進行水平井測井和地質導向鉆井，電纜測井儀器不僅耗時耗力，而且無法適用于這些非常規井況。隨鉆聲波測井技術可以在鉆井過程中測量地層的縱橫波速度，間接獲得地層的壓力和地質力學參數，實現儲層巖性識別、地層過壓檢測和地質導向鉆井等目的，已成為非常規油氣開采必不可少的技術手段。比較于常規的電纜聲波測井儀器，隨鉆聲波測井儀器在作業過程中受鉆具噪聲、鉆井液循環噪聲和鉆鋌波干擾比較大，高性能的隨鉆聲波發射換能器可以有效提高信噪比。

隨鉆聲波發射換能器是隨鉆聲波測井的核心結構之一，在測井作業時，激勵電路產生一定頻率的高壓脈沖信號驅動換能器向地層輻射聲波信號，該信號的能量大小以及頻率成分直接影響著采集端是否能接收到有效的地層信號。換能器的阻抗特性以及功率輻射特性對測井信號有著重要影響，當前的方位隨鉆聲波測井技術，是僅讓1個隨鉆換能器工作，在井孔中產生偏極子聲場，測量方位信號。此時，換能器的性能以及偏極模式的激發方式顯得尤為重要。

隨著我國在非常規油氣田勘探領域的不斷邁進，面對地質環境更為復雜的非常規儲層，隨鉆聲波測井儀器的重要性日益凸顯，高性能大功率發射換能器是一個技術難點。常規的隨鉆聲波儀器，僅用單一的環氧樹脂或者橡膠材料對換能器進行封裝，沒有對內部壓電陶瓷片的結構及其他材料的耦合進行充分研究，導致激發功率有限，即使提高前一級激勵電路的電壓，發射功率也不能得到進一步提高。并且對于當前的偏極子方位隨鉆聲波測井，僅使用一片隨鉆換能器工作，輻射出的聲波能量有限，當鉆井噪聲較大時，無法測得地層信號。

發明內容

本發明公開了一種具有大功率偏極子發射模式的隨鉆發射換能器系統，以解決現有技術的上述技術問題以及其他潛在問題中的任意問題。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種具有大功率偏極子發射模式的隨鉆發射換能器系統，所述隨鉆發射換能器系統包括：以間隔90度設置的4個換能器，組成圓環型換能器組，其中3個換能器的在相同激勵電壓作用下，產生正向或反向波場；

剩下的一個換能器在相同幅度、頻率但相位相差180°的激勵電壓作用下，產生與所述3個換能器方向相反的波場；

2個不均勻(是指波長能量值上下不相等)的波場相互疊加后產生大功率偏極子聲場。

進一步，所述大功率偏極子聲場的發射電壓響應能夠提高至少8dB，帶寬提高了10kHz，偏極指向性聲壓強度增加至少3.0倍。

進一步，所述換能器包括：上壓電陶瓷板、下壓電陶瓷板、耦合材料和包覆層；

其中，所述耦合材料設置在所述上壓電陶瓷和下壓電陶瓷之間，且所述耦合材料表面鍍絕緣漆(防止金屬導電)，所述包覆層包覆在所述上壓電陶瓷、下壓電陶瓷和耦合材料的外部。

進一步，所述上壓電陶瓷、下壓電陶瓷和耦合材料的弧度相同，所述上壓電陶瓷和下壓電陶瓷的尺寸和材料均相同，弧度為80-89°。