CN100390569C - 多极发送源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于随钻测井(LWD)用的声发送源的方法和装置。其中，多极发送源能够得到地层速度，包括穿过钻井处流体的速度中穿过地层的剪切波速度。所述方法和装置具体而言为震源或声源都布置在井孔中的LWD和缆式震波勘测，但是也可以用于VSP(垂直震波剖面勘探)。
Description
技术领域
本发明一般地涉及对井孔(borehole)周围地层(formation)的声波或声学测井。具体而言，本发明涉及用于随钻测井(LWD)系统的多极发送源。
背景技术
产生穿过地下岩层的声波并对其进行记录是井筒(wellbore)测井中采用的关键测量手段。声波以随着不同地理构造而变化的速度在地下传播。例如，声波以大约4000米/秒的速度穿过砂岩，而以大约5000米/秒的速度穿过石灰岩。声波一般被分为两种类型：纵波和横波。纵波或压缩波是一种介质在与波的传播相同的方向上振荡的波。横波或剪切波是一种介质垂直于波的传播方向而振荡的波。声波穿过介质的速度或速率与介质的多孔性有关，多孔性就反映地层潜在的碳氢化合物含量而言是地层的一个重要特性。
目前有很多不同的测井工具可用于进行声学测量，从而计算声波速度(及其逆转(reciprocal)、慢度)。典型的测井工具包括与声发送器相距已知距离、沿所述工具的轴线分隔开的两个接收器。在现有技术所采用的单个发送器、两个接收器的工具的情况下，通过减去两个接收器之间的波到达时间并除以接收器间间距来估算声速。但是，这种估算容易由于工具倾斜、井孔冲蚀、地层界面效应等的影响而出现不准确。额外的声源和接收器以及诸如STC(慢度-时间相关性分析)之类的更为稳定的方法以及其它方法被用来降低由于这种环境影响而引入的不准确性。但是，地层越多孔，波传播速度越慢。
前述测井技术等经常被用于开放的和下套管井的井筒，其中声学工具被悬置在电线上。但是，进年来，出现各种工具和设备可用于实现随钻测井。LWD系统有时被结合到靠近钻头的专用钻铤(drill collar)。测井测量的结果可以基本上实时地井口遥测，并且通常以泥浆流中的压力脉冲形式存在，用于探测、显示以及/或者记录；或者可以被记录而在以后取回。通常，声学工具设置有单极发送器，用于测量压缩和剪切波速度。但是，当剪切波速度低于井筒中流体(一般为钻井泥浆)的速度时，利用单极发送器不能测量出地层中的剪切波的速度。这是因为如果穿过流体的速度大于穿过地层的速度(即，Vf＞Vs)，则在流体和地层之间不能发生折射。
另外，LWD环境造成声源发送器必须经受得住的一些苛刻的条件和限制。该条件和限制包括：发送器在钻柱(drill string)中的空间非常有限；由于钻机产生的噪声而需要高输出的压力信号，以及电力有限等等。人们需要一种即使当地层速度低于井筒中的流体速度时也能够在苛刻的条件和限制下提供地层速度的LWD系统。
发明内容
本发明解决了上述缺陷以及其它问题。具体而言，本发明提供一种用于在被井筒横穿的地层中产生声波的装置，其包括多极声发送器。所述多极声发送器包括容纳在钻铤中的四个单极声发送器元件，这四个单极声发送器元件围绕所述钻铤的周边以近似相等的间隔隔开。所述四个单极声发送器元件可以产生单极、双极或者四极压力场。根据一些实施例，所述四个单极声发送器元件中的每一个包括柱状换能器和包围该换能器的筒，并且所述筒和所述柱状换能器充填有流体。所述筒可以由
-R制成，并具有约为1mm的厚度。所述柱状换能器可以是PZT压电陶瓷换能器，根据一些实施例该PZT压电陶瓷换能器还被用作谐振管。优选向该压电陶瓷换能器施加频率低于所述PZT压电陶瓷换能器的谐振频率以及处于所述PZT压电陶瓷换能器中的流体的谐振频率的电压。
根据一些实施例，所述柱状换能器夹在间隔件之间，所述间隔件上具有一个或多个孔。另外，所述间隔件被夹在第一和第二头部件之间，并且所述第一和第二头部件通过一个或多个杆连接。所述筒容纳所述间隔件、所述第一和第二头部件以及所述杆。
根据一些实施例，所述PZT压电陶瓷柱体为整体件，并且通过利用电极横跨所述柱体的内表面和外表面施加电压而在径向上被均匀极化。当施加电压时，所述PZT压电陶瓷换能器通过d31效应扩张或收缩。每个所述单极声发送器元件还可以包括波纹管型压力补偿器，用于保持或恢复所施加电压与输出压力之间的线性度。所述四个单极声发送器元件容纳在所述钻铤中的相应凹入部分中，并且用遮护板覆盖，所述遮护板包括孔，以便由各个单极声发送器元件产生的压力脉冲从其中传播穿过。所述凹入部分的深度约为3.0到5.0cm，宽度约为3.0到5.0cm，长度约为25到35cm。所述四个单极发送器元件可以各自包括PZT压电陶瓷柱体，所述PZT压电陶瓷柱体的长度在大约5和10cm之间的范围内，壁厚在大约3到6mm的范围内。所述钻铤可以包括一管，并且具有约为17.5cm的外径和约为6.1cm的内径。
本发明的另一个方面是提供一种用于相应于输入控制信号产生声信号的装置。所述装置包括：围绕公共圆周隔开以形成多极声发送器的多个柱状压电陶瓷元件；多个聚合物筒，所述多个聚合物筒的每一个与所述多个柱状压电陶瓷元件中的一个相关联并容纳该柱状压电陶瓷元件；其中，所述多个柱状压电陶瓷元件中的每一个在径向上被均匀极化。所述多个柱状压电陶瓷元件中的每一个具有内表面和外表面，并且所述内表面和外表面中的每一个涂覆有银或其它导电层。因此，所述导电层构成电极，以便所述电极均匀地径向极化所述柱状压电陶瓷元件。相应地，所述多个柱状压电陶瓷元件都不需要被预加应力，也都没有用高强度纤维紧绷缠绕。
根据本发明的另一个实施例，一种声发送器装置包括：钻铤，其用于联接至钻柱，所述钻铤包括凹入部分；柱状压电陶瓷元件，其由设置在所述凹入部分中的筒包围；所述筒所容纳的流体，这样，所述柱状压电陶瓷元件还包括谐振筒；其中所述柱状压电陶瓷元件的长度和所述流体的类型被选择成使得流体谐振频率低于所述柱状压电陶瓷元件的谐振频率。
本发明的另一个方面提供了一种随钻测井的方法，其包括：在钻柱上设置声发送器和多个接收器，所述声发送器布置成由多个单极源元件提供单极、双极或四极源；激励所述声发送器；以及接收并记录波形数据。该方法还可以包括：通过将所述声发送器用作谐振管并向所述声发送器施加处于所述谐振管的流体谐振频率的信号，增强来自该声发送器的输出压力。所述方法还可以包括：使用由所述换能器通过d31效应产生的波。根据某些方法，设置声发送器还包括设置柱状压电陶瓷元件和在径向上均匀极化该元件。所述极化可以包括用导体涂覆所述元件的内表面和外表面，以构建两个电极，并且在所述电极上施加电压。
本发明的另一个方面提供一种构造声发送器的方法，该方法包括：提供柱状压电陶瓷元件；用导电层涂覆所述元件的内表面和外表面，以构建电极；将所述柱状压电陶瓷元件容纳在筒中；用流体填充所述筒；以及设定所述柱状压电陶瓷元件的尺寸，使得所述柱状压电陶瓷元件中的流体谐振频率低于所述压电陶瓷元件自身的谐振频率。所述柱状压电陶瓷元件通过所述电极在径向上被均匀地极化。所述方法还可以包括：提供四个柱状压电陶瓷元件；将所述四个柱状压电陶瓷元件插入围绕钻铤的周边相等地隔开的四个凹入部分中；以及用四个具有窗口的板包围所述四个柱状压电陶瓷元件。
本发明的其它优点及新特征将在以下描述中说明，或者本领域技术人员可以通过阅读这些材料或实施本发明而获知。本发明的优点可以通过所附权利要求中的提及的手段实现。
附图说明
附图示出了本发明的优选实施例，其成为说明书的一部分。该附图与以下说明一起展示并解释本发明的原理。
图1是根据本发明一实施例利用声换能器进行的随钻测井操作的示意图。
图2A是根据本发明一实施例的钻铤中的声发送器的横截面图和组装图。
图2B是以横截面示出并容纳根据本发明一实施例的声发送器元件的遮护板或盖板的正视图。
图3是根据本发明一实施例的镀金属压电陶瓷柱状换能器的透视图。
图4是根据本发明另一实施例被封装作为声发送器元件的图3所示压电陶瓷柱状换能器的剖面图。
所有图中，相同的标号和说明表示相似但未必相同的元件。尽管对本发明可以做出各种修改和替代形式，但是图中以示例方式示出特定的实施例，并在此详细说明。但是，应该理解，本发明并不意图被限制于所公开的特定形式。确切的说，本发明覆盖落入所附权利要求限定的发明范围内的所有变型、等同和替代。
具体实施方式
以下描述本发明的示例性实施例和各个方面。为了清楚，在本说明书中不对所有实际实现方式中的所有特征进行描述。应该理解，在开发任何这种实际实现方式的过程中，必须做出很多针对具体实现方式的决定，从而实现开发者的特定目标，例如与相关系统以及相关事务的兼容性，这会根据不同的实现方式而不同。此外，应该理解，尽管这样的开发工作可能是复杂而费时的，但对于得到本公开启示的本领域普通技术人员来说不过是一种例行的工作。
本发明关注的是用于随钻测井(LWD)的方法和装置。如以上讨论的，以前的LWD系统采用单极发送器来产生声波和测量地层速度或慢度情况。但是，单极声源不能用于剪切速度低于井中流体速度的地层的任意部分的剪切波速度测量。这里所描述的原理可帮助实现能够用于在钻井的同时测量低于钻井处流体速度的地层的剪切速度的多极声发送器。为了便于测量较慢的地层剪切速度，必须产生具有足够的强度和相干性从而无论钻机产生的噪声水平多高也能够被探测到的双极、四极或更高级次压力场。但是，尽管以下所描述的一些方法和装置特别适用于钻井并且被描述成用于其中震源或声源和接收器两者都被设置在井孔中的LWD震波勘测，但是所描述的原理并不受此限制，其还可以用于缆式测井、源或者接收器位于地表的VSP(垂直震波剖面勘探)或其它应用中。
当用在整个说明书和权利要求书中时，术语“井孔”或“井下(downhole)”指的是地下环境，特别是在井筒中。“钻柱”表示钻杆、底孔组件(bottomholeassembly)以及用于使钻头在井筒底部转动的其它工具的组合。“钻铤”用于广泛地指代钻柱的厚壁筒状部件。“均匀”或者“均匀地”常规地表示与其它相同或一致。
现在参照附图，特别是图1，其中示出了根据本发明原理的钻柱100。钻柱100包括连接至钻铤106的柱的井下端104并在地中钻出并孔108的钻头102。靠近钻头102的特别设计的钻铤110容纳一个或者多个测井装置，用于测量井孔108所穿过的地层112的各种特性。代表测量结果的信号被送至随钻测量(MWD)工具114，根据图1的实施例该随钻测量工具包括钻柱100内的在泥浆流中产生压力脉冲的回转阀或“声笛(siren)”。压力脉冲经由钻杆116被传送到地面。回转阀响应于测量信号而受控，并且在泥浆中产生编码的压力脉冲，该压力脉冲在地面被探测到、解码并显示以及/或者记录。诸如图中所示之类的泥浆脉冲遥测系统是本领域技术人员在本公开的启示下容易理解的。利用测井装置对有关地层112的各种特性进行很多不同的测量，其中包括但不限于：阻抗性或传导性、天然伽马辐射、密度以及各种钻井参数测量结果，例如钻头102上的重量和扭矩以及井孔108的方向。
尽管可以进行很多不同的测量，但是本发明针对的是声学测井方法和装置，其中通过测量声波穿过地层112的速度来测量地层的慢度情况。因此，这里所描述的方法和装置可用于测量压缩波、剪切波、斯通利波或者其它波。在钻井的同时，波速测量结果可以几乎实时地被发送出。根据所示实施例，利用多极声发送器118和多个接收器来帮助实现声波测井或声学测井。如图1所示，多个接收器是一组两个接收器120、122。以下参照图2A-4详细示出并描述多极声发送器118的细节。所述两个接收器120、122以已知的轴向距离彼此相隔。一般，当电控信号经由一个或者多个发送器驱动电路124被发送到发送器118时，由多极声发送器118产生声波。多极声发送器118所产生的波传播穿过钻铤110和井孔108之间的环隙126中的泥浆，并进入地层112。部分声波的传播方向用多个箭头128表示。由于两个接收器120、122之间的间隔，声波在不同时间到达它们。然后，随着连续地钻取井孔108，连续地分析两个接收器120、122探测到声波的时间，以确定波传播速度(并从而确定地层的慢度情况)。
接下来参照图2A，其中根据本发明一实施例，示出了设置在钻铤110中的多极声发送器118的横截面图。多极声发送器118包括多个单极声发送器元件130。根据所示实施例，存在四个单极声发送器元件130，它们围绕钻铤110的周边以近似相等的九十度角度间隔开。为了便于讨论，其中一个单极声发送器元件130以组装图示出。单极声发送器元件130设置在钻铤110中的相应的凹入部分132中。
钻铤110可以由具有供泥浆通过的内部通道134和厚壁136的不锈钢管制成。根据一些实施例，钻铤110的外径范围在近似15.0和19.0cm之间，优选约为17.5cm。钻铤110的内径可以在近似5.0和7.0cm之间的范围内，优选约为6.1cm。四个凹入部分132各自具有大致相同的尺寸。四个凹入部分132的深度和宽度可以在近似3.0和5.0cm之间的范围内，优选约为4.06cm。四个凹入部分132的程度可以在近似25.00和35.00cm之间的范围内，优选约为30.48cm。四个凹入部分132中的每一个具有遮护板，根据图2A-2B，该遮护板为具有可覆盖并保护其中一个单极声发送器元件130的尺寸并且基本上与钻铤110的外径平齐地放置的钢板138。每个钢板138包括一个或多个孔140，以便单极声发送器元件130所产生的压力脉冲容易从中穿过。但是，根据另一替代的实施例，采用围绕钻铤110沿周向延伸的单个防护件来包围所有单极声发送器元件130。每个单极声发送器元件130可以包裹以诸如橡胶之类的绝缘件，以防止由钻井环境中总是存在的切屑对声发送器元件造成损坏。四个单极声发送器元件130围绕钻铤110以大致相等间隔的布置以及单极声发送器元件130和凹入部分132的尺寸的组合，将存在来自于发送器驱动电路124的适当的信号时的双极和/或四极输出压力最大化。但是，可能相对于最大化的四极输出压力需要权衡低能耗要求。因此，所示布置可以有利地提供来自单极元件的双极或四极源的波，以有效地确定低于流体速度的地层速度。典型的单极声学测井不能向低速地层(Vf＜Vs)中产生直接波或剪切波，原因是不能产生折射。但是，双极或多极声源可以有利地在低速地层中产生剪切波。双极源发生“撞击”地层112的弯曲波，在井孔108的壁上产生表面波(称为伪瑞利波)。四极源产生所谓的螺旋波(screw wave)。根据来自发送器驱动电路124的信号，多极声发送器118可以产生单极、双极或四极压力场。
如上所述，多极声发送器118包括多个单极声发送器元件130。接下来参照图3-4，其中各个单极声发送器元件130包括柱状换能器，根据图3-4，该柱状换能器为PZT(锆钛酸铅，lead zirconium titanate)压电陶瓷柱体142。PZT压电陶瓷柱体142优选为没有接头的整体件。单体式布置可以减小在柱体由多个部分构成时由于相邻压电材料片之间的间隙引起的损失。当输入控制信号，例如电压，被施加在PZT压电陶瓷柱体142上时，其直径由于d31效应而扩展或收缩。根据本发明的一些实施例，测量地层速度所利用的是d31效应所产生的压力脉冲，而非通常测井中使用的d33长度收缩效应。
PZT压电陶瓷柱体142包括内表面144和外表面146。根据一些实施例，内表面和外表面144、146两者包括导电层，它们通过柱体142的宽度彼此绝缘，从而构成一对电极。导电层可以通过粘附、电镀或者其它方法被添加或者涂覆到内表面和外表面144、146上。根据一些实施例，导电层为银。根据其它实施例，导电层包括镍。内表面和外表面144、146中的每一个还可以包括与发送器驱动电路(图1中的124)电连通的电迹线(分别为148、150)。可以使用电极来在径向上均匀地极化PZT压电陶瓷柱体142。先有的装置试图通过用线缆缠绕柱体来径向极化PZT压电陶瓷柱体，但是这种极化方法不能象本实施例的电极所实现的一样进行均匀的极化。此外，通过围绕柱体外周缠绕高强度的纤维对先有的用作声源的PZT压电陶瓷柱体预加应力，原因是为了防止在施加给柱体的电压处于柱体谐振频率的情况下发生自毁。这样的预加应力大大减小了先有柱体的输出压力，因此，降低了效率。但是，根据本发明，施加的电压的频率总是低于PZT压电陶瓷柱体142的谐振频率，使得不再需要预加应力，并且能够提供强而有效的压力输出脉冲。根据所示实施例，PZT压电陶瓷柱体142包括厚度在近似2和8mm之间而优选约为3mm并且长度可以在近似4和25cm之间变化的壁。
参照图4，每个PZT压电陶瓷柱体142夹在第一和第二间隔件152、154。第一和第二间隔件152、154由
-R或其它材料制成。第一和第二间隔件152、154包括孔155，用于避免封闭PZT压电陶瓷柱体142的端部。第一和第二间隔件152、154夹在第一和第二头部件(分别为156、158)之间。第一和第二头部件优选由诸如不锈钢之类的金属制成。第一和第二头部件156、158通过一个或多个杆160彼此连接，所述杆也可以由不锈钢或其它结构材料制成。第二头部件158可以包括通向压力补偿器的孔162，根据图4所示实施例，所述压力补偿器为波纹管型压力补偿器164。波纹管型压力补偿器164保持或恢复所施加的电压与输出压力之间的线性度，因为如果没有补偿器，则施加给PZT压电陶瓷柱体142的电压的增大经常改变输出压力的波形并破坏线性度。
此外，连接至PZT压电陶瓷柱体142的内表面144的电迹线148还电连接至第一电馈入装置166。类似地，连接至PZT压电陶瓷柱体142的外表面146的电迹线150还电连接至第二电馈入装置168。图4所示的每个部件被封装在筒170中，该筒170通过第一和第二安装架(图2A中的172、174)被保持在凹入部分(图2A中的132)中。
筒170优选由诸如-R之类的聚合物制成，但是也可以将金属或者其它材料用于所述筒。
-R筒170大约1mm厚，与金属筒相比，其对PZT压电陶瓷柱体(图4中的142)所产生的压力脉冲具有更好的传递性。筒170以及PZT压电陶瓷柱体142优选基本上填满流体，例如硅油或其它流体。因此，PZT压电陶瓷柱体142还可以被用作谐振管，用于进一步增强输出压力以及/或者减小功耗。相应地，为了利用流体谐振，选择PZT压电陶瓷柱体142的长度，以对应地控制流体谐振频率。例如，根据一些实施例，流体为硅油，而PZT压电陶瓷柱体142约为5cm，得到流体谐振频率为10kHz。类似地，利用相同的流体并将PZT压电陶瓷柱体142的长度延伸至约为10cm，得到5kHz的流体谐振频率(在没有开端校正(open-end correction)的情况下)。PZT压电陶瓷柱体142的谐振频率比这些流体谐振频率高很多，使得PZT压电陶瓷柱体142能够非常有效地工作，而不需要任何预加应力。另外，由于PZT压电陶瓷柱体142的端部是开放的，所以可以防止其内部发生谐振。
工作时，多极声发送器118和接收器120、122安装在钻铤110中的相应凹入部分(例如图2A中的132)中。包括驱动电路124的各种电子装置设置在钻铤110的壁中的常压室里。在PZT压电陶瓷柱体142上施加电压，会激活多极声发送器118。电压的施加使得PZT压电陶瓷柱体142通过d31效应扩张，并在筒170中所容纳的流体中产生压力波。该压力波传播穿过井孔108的环隙126中的所有钻井泥浆，并传播到地层112中。至少一部分波按照箭头128的方向沿井向上传播，回至井孔108，从而激励接收器120、122。接收器根据波形探测的计时产生输出电信号，该输出信号经由随钻测量工具114被井口遥测。地层速度或慢度由输出信号计算得到，它通常指示了地层的多孔性。可以调节对PZT压电陶瓷柱体142的输入控制信号，以产生单极、双极或者四极压力场，使得能够测量较低的地层速度。例如，可以通过向所有发送器元件或者发送器元件的周向条纹(circumferential pattern)施加相同极性的输入信号来产生单极压力场。可以通过向相对的发送器元件施加相反极性的输入信号来产生双极压力场。可以通过向一组相对的发送器元件施加一个极性的输入信号而向另一组的相对的发送器元件施加相反极性的输入信号来产生四极压力场。
以上已经给出描述，这仅用来说明和描述本发明及其实施方式的一些示例，而并不是穷举或要将本发明严格限制于所公开的内容。在以上教导下可以做出很多变型和改变。这里所描述的原理可以用于构建具有横穿于装置的外部而不是内部的电迹线的电馈入装置。
为了最好地说明本发明的原理及其实际应用，选择并描述了优选的方案。以上描述意图使得本领域其它技术人员能够最好地以各种实施方式和方案以及以适合于特殊使用要求的各种变型来利用本发明。本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (51)
1.一种用于在被井筒横穿的地层中产生声波的装置，其包括：
多极声发送器，该多极声发送器包括容纳在钻铤中的单极声发送器元件，所述单极声发送器元件的每个包括中空柱状换能器。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述单极声发送器元件包括四个单极声发送器元件，所述四个单极声发送器元件围绕所述钻铤的周边以近似相等的间隔隔开并且可以产生单极、双极或者四极压力场。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述四个单极声发送器元件中的每一个包括柱状换能器和包围该换能器的筒。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述筒和所述柱状换能器充填有流体。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述筒包括聚合物材料。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述筒具有约为1mm的厚度。
7.如权利要求4所述的装置，其中，所述柱状换能器包括PZT压电陶瓷换能器。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述PZT压电陶瓷换能器包括谐振管。
9.如权利要求8所述的装置，其中，向该压电陶瓷换能器施加频率低于所述PZT压电陶瓷换能器的谐振频率的电压。
10.如权利要求8所述的装置，其中，向该压电陶瓷换能器施加处于所述PZT压电陶瓷换能器中的流体的谐振频率的电压。
11.如权利要求8所述的装置，其中，所述柱状换能器夹在间隔件之间，所述间隔件上具有一个或多个孔，用于避免封闭所述柱体的端部并防止所述谐振管内部谐振。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述间隔件被夹在第一和第二头部件之间，并且所述第一和第二头部件通过杆连接。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述筒容纳所述间隔件、所述第一和第二头部件以及所述杆。
14.如权利要求7所述的装置，其中，所述PZT压电陶瓷柱体为整体件，并且通过利用电极横跨所述柱体的内表面和外表面施加电压而在径向上被均匀极化。
15.如权利要求7所述的装置，其中，当施加电压时，所述PZT压电陶瓷换能器通过d31效应扩张或收缩。
16.如权利要求2所述的装置，其中，每个所述单极声发送器元件包括波纹管型压力补偿器，用于保持或恢复所施加电压与输出压力之间的线性度。
17.如权利要求2所述的装置，其中，所述四个单极声发送器元件容纳在所述钻铤中的相应凹入部分中，并且用遮护板覆盖，所述遮护板包括孔，以便由各个单极声发送器元件产生的压力脉冲从其中传播穿过。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述相应的凹入部分中的每一个包括相关联的遮护板，所述相关联的遮护板包括多个孔，以便由各个单极声发送器产生的压力脉冲从其中传播穿过。
19.如权利要求17所述的装置，其中，所述凹入部分的深度为3.0到5.0cm，宽度为3.0到5.0cm，长度为25到35cm。
20.如权利要求18所述的装置，其中，所述四个单极发送器元件各自包括PZT压电陶瓷柱体，所述PZT压电陶瓷柱体的长度在5和10cm之间的范围内，壁厚在3到6mm的范围内。
21.如权利要求18所述的装置，其中，所述钻铤包括外径约为17.5cm、内径约为6.1cm的管。
22.一种用于响应于输入控制信号产生声信号的井下测井装置，其包括：
容纳在钻铤中的多个中空柱状压电陶瓷元件，它们围绕公共圆周隔开以形成多极声发送器；
多个聚合物筒，所述多个聚合物筒的每一个关联并容纳所述多个柱状压电陶瓷元件中的一个；
其中，所述多个柱状压电陶瓷元件中的每一个在径向上被均匀极化。
23.如权利要求22所述的装置，其中，所述多个柱状压电陶瓷元件中的每一个具有内表面和外表面，其中所述内表面和外表面中的每一个包括导电层，该导电层构成电极。
24.如权利要求23所述的装置，其中，所述电极均匀地径向极化所述柱状压电陶瓷元件。
25.如权利要求23所述的装置，其中，所述导电层包括银。
26.如权利要求23所述的装置，其中，所述导电层包括镍。
27.如权利要求22所述的装置，其中，所述多个柱状压电陶瓷元件都没有被预加应力。
28.如权利要求27所述的装置，其中，所述多个柱状压电陶瓷元件都没有用高强度纤维紧绷缠绕。
29.如权利要求22所述的装置，其中，所述多个筒中的每一个填充有流体，并且所述多个柱状压电陶瓷元件和筒构成流体谐振管。
30.如权利要求29所述的装置，其中，所述多个柱状压电陶瓷元件中的每一个包括第一和第二端部，所述第一和第二端部两者都是开放的，并且与所述相关联的筒隔开。
31.如权利要求29所述的装置，其中，所述输入控制信号的频率低于所述多个柱状压电陶瓷元件的谐振频率。
32.如权利要求31所述的装置，其中，所述输入控制信号的频率处于所述多个柱状压电陶瓷元件内的流体的谐振频率。
33.如权利要求32所述的装置，其中，通过所述多个柱状压电陶瓷元件的几何构造控制所述多个柱状压电陶瓷元件内的流体的谐振频率，使其低于所述柱状压电陶瓷元件的谐振频率。
34.如权利要求22所述的装置，其中，所述多个柱状压电陶瓷元件中的一个或多个包括波纹管型压力补偿器。
35.如权利要求22所述的装置，其中，所述多个聚合物筒包括聚苯砜。
36.如权利要求22所述的装置，其中，所述多个柱状压电陶瓷元件和相关联的筒包括四个柱状压电陶瓷元件和筒，它们位于钻铤的相应的凹入部分中，围绕周边相等地隔开。
37.如权利要求36所述的装置，其中，所述四个柱状压电陶瓷元件中的每一个构成单极源，并且所述四个柱状压电陶瓷元件的组合根据所述输入控制信号构成单极、双极或四极源。
38.一种声发送器装置，其包括：
钻铤，其用于联接至钻柱，所述钻铤包括凹入部分；
中空柱状压电陶瓷元件，其由设置在所述凹入部分中的筒包围；
容纳在所述筒中的流体；
其中所述柱状压电陶瓷元件采用谐振管；其中所述柱状压电陶瓷元件的长度和所述流体被选择成使得流体谐振频率低于所述柱状压电陶瓷元件的谐振频率。
39.如权利要求38所述的装置，其中，还包括：
位于所述钻铤中、围绕该钻铤的周边相等地隔开的四个凹入部分；和
用设置在所述四个凹入部分中的筒包围的四个柱状压电陶瓷元件。
40.如权利要求39所述的装置，其中，所述四个柱状压电陶瓷元件中的每一个构成单极源，而在组合使用时，所述四个柱状压电陶瓷元件构成单极、双极或四极发送器。
41.如权利要求38所述的装置，其中，所述柱状压电陶瓷元件在径向上被均匀极化。
42.如权利要求38所述的装置，其中，所述柱状压电陶瓷元件还包括波纹管型压力补偿器，并且所述筒包括聚合物材料。
43.一种随钻测井的方法，其包括：
在钻柱上设置包括位于钻铤中的中空柱状换能器的声发送器和多个接收器，所述声发送器布置成由多个单极源元件提供单极、双极或四极源；
激励所述声发送器；以及
接收并记录波形数据。
44.如权利要求43所述的方法，其中，还包括：通过将所述声发送器用作谐振管并向所述声发送器施加处于所述谐振管的流体谐振频率的信号，增强来自该声发送器的输出压力。
45.如权利要求43所述的方法，其中，还包括：使用由所述换能器通过d31效应产生的波，而不使用通过d33效应产生的波。
46.如权利要求43所述的方法，其中，设置声发送器还包括设置中空柱状压电陶瓷元件和在径向上均匀极化该元件。
47.如权利要求46所述的方法，其中，所述极化还包括用导体涂覆所述元件的内表面和外表面，以构建两个电极，并且在所述电极上施加电压。
48.一种构造用于井下测井的声发送器的方法，其包括：
提供柱状压电陶瓷元件；
用导电层涂覆所述元件的内表面和外表面，以构建电极；
将所述柱状压电陶瓷元件容纳在筒中；
用流体填充所述筒；以及
设定所述柱状压电陶瓷元件的尺寸，使得所述柱状压电陶瓷元件中的流体谐振频率低于所述压电陶瓷元件自身的谐振频率；
将柱状压电陶瓷元件容纳在钻铤中。
49.如权利要求48所述的方法，其中，所述柱状压电陶瓷元件通过所述电极在径向上被均匀地极化。
50.如权利要求48所述的方法，其中，还包括：
提供四个柱状压电陶瓷元件；
将所述四个柱状压电陶瓷元件插入围绕钻铤的周边相等地隔开的四个凹入部分中；以及
用四个具有窗口的板包围所述四个柱状压电陶瓷元件。
51.如权利要求48所述的方法，其中，还包括：为所述柱状压电陶瓷元件增添波纹管型压力补偿器。
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