CN102877827B

CN102877827B - 一种随钻声波测井的声系模块

Info

Publication number: CN102877827B
Application number: CN201210382818.5A
Authority: CN
Inventors: 卢俊强; 鞠晓东; 乔文孝; 赵宏林; 车小花
Original assignee: China University of Petroleum Beijing; China National Petroleum Corp
Current assignee: China University of Petroleum Beijing; China National Petroleum Corp
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: CN102877827A

Abstract

本发明提供了一种随钻声波测井的声系模块，由底座和换能器构成；所述底座，包括：模块框体、数据线接口和橡胶支撑部件；所述模块框体，呈立方体结构；该模块框体的框体部分具有外侧面和内凹空间两个留空面，所述两个留空面分别为向钻铤面和换能器安装面；该模块框体中心的内凹空间设置为换能器容置空间；所述换能器，置于该换能器容置空间中；所述数据线接口，开设于模块框体的外侧面，用于安装与换能器相连的接线端子；所述橡胶支撑部件，设置于模块框体的外侧面，用于支撑连接模块框体与钻铤。该声系模块在与钻铤的相接处均采用非金属柔性材料连接，从而从结构上消除干扰声波的影响，阻隔换能器与钻铤之间的干扰能量的传递。

Description

一种随钻声波测井的声系模块

技术领域

本发明涉及应用地球物理领域，特别是一种随钻声波测井的声系模块。

背景技术

与电缆测井相比，随钻声波测井受钻井滤液侵入影响小，可以在钻遇目的层后实时测量记录其原始状态下的地球物理参数，可以更有效地探测井壁地层的岩性、物性和储集层参数；可在井下实时提取声波时差，为钻井施工和储层评价提供更加全面的数据支持，提高钻井效率，降低钻井成本，优化钻井作业，改善钻井安全；在水平井和大斜度井中及时了解井况，可以在难以使用电缆测井的复杂井中，取代电缆测井。

为了衰减沿金属传播的直达波，声波测井仪器中需要在发射和接收换能器之间进行隔声处理。在随钻声波测井过程中，金属结构的钻铤要求具有很高强度，电缆测井中通过在金属外壳上切割开槽或者采用专用的隔声体短节衰减沿外壳传播的直达波的隔声措施难以在随钻声波测井中实现，钻铤的隔声问题给随钻声波测量带来极大挑战。

因此，解决换能器与金属钻铤之间的隔声问题是随钻声波测井声系设计的关键技术之一。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种无需在随钻声波测井声系的钻铤部分做隔声处理的声系模块。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种随钻声波测井的声系模块，其特征在于：该声系模块由底座和换能器构成；

所述底座，包括：模块框体、数据线接口和橡胶支撑部件；

所述模块框体，呈立方体结构；该模块框体的框体部分具有外侧面和内凹空间两个留空面，所述两个留空面分别为向钻铤面和换能器安装面；该模块框体中心的内凹空间设置为换能器容置空间；

所述换能器，置于该换能器容置空间中；

所述数据线接口，开设于模块框体的外侧面，用于安装与换能器相连的接线端子；

所述橡胶支撑部件，设置于模块框体的外侧面，用于支撑连接模块框体与钻铤；

在所述模块框体上开设有压力平衡活塞；所述压力平衡活塞，安装于与所述换能器容置空间相连通的孔道中，所述孔道也用于向换能器容置空间内充入油液。

所述接线端子为承压接线柱；所述承压接线柱，用于承受环境压力。

所述模块框体的向钻铤面与钻铤之间留有间隙，并在该模块框体的向钻铤面上垫衬有非金属柔性材料。

所述模块框体与钻铤之间是通过固定螺栓实现固定；所述固定螺栓由橡胶衔接部、声系模块连接部和嵌入钻铤部构成；所述声系模块连接部和嵌入钻铤部由金属材料制成，分别用于固定于声系模块和钻铤；所述橡胶衔接部，由橡胶材料制成，设置于声系模块连接部和嵌入钻铤部之间，用于衔接该声系模块连接部和嵌入钻铤部。

在所述橡胶衔接部与声系模块连接部、嵌入钻铤部的接触面处设有滚花面。

所述换能器由基片和压电陶瓷片构成；所述压电陶瓷片，设置于基片的侧面上；所述基片上设有固定孔；该基片通过固定孔固定于所述模块框体的换能器安装面上。

所述换能器仅在基片面向换能器容置空间的一面设有压电陶瓷片。

在所述基片上设有环形凹槽；该环形凹槽，用于引导换能器的振动。

通过本发明实施例，该声系模块在与钻铤的相接处均采用非金属柔性材料连接，从而从结构上消除直达干扰声波的影响，阻隔换能器与钻铤之间的干扰能量的传递。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为随钻声波测井的声系模块的底座结构图；

图2为固定螺栓的结构示意图；

图3为换能器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如前所述，本发明针对目前换能器与金属钻铤之间的隔声问题，提出了一种新型的随钻声波测井的声系模块。该随钻声波测井的声系模块，由底座和换能器构成。

图1为该声系模块的底座结构图。如图所示，该声系模块的底座，包括：模块框体1A、数据线接口1B和若干橡胶支撑部件1D。

所述模块框体1A，呈立方体结构，为整个声系模块的结构框架。该模块框体1A的框体部分具有外侧面和内凹空间两个留空面，所述两个留空面分别为向钻铤面和换能器安装面。该向钻铤面为底座朝向钻铤的一面，而该换能器安装面为用于安装固定换能器的一面。该模块框体1A中心设置的内凹空间为换能器容置空间1F。该模块框体1A一般由金属材料制成。

所述换能器，通过换能器安装面上的固定孔1I与模块框体1A相固定，并置于该换能器容置空间1F中。

所述数据线接口1B，开设于模块框体1A的外侧面，用于安装与换能器相连的接线端子。另外，由于井下环境复杂，为保证换能器与电路之间的数据传输安全，所述接线端子为承压接线柱。该承压接线柱可以承受井下的高压环境影响，以保证在井下复杂环境条件下换能器与电路之间的安全电气连接。

所述橡胶支撑部件1D，设置于模块框体1A的外侧面，用于支撑连接模块框体1A与钻铤。

上述结构的声系模块安装于在钻铤侧壁上预先开设好的凹槽空间中。所述声系模块的模块框体1A与钻铤之间通过若干橡胶支撑部件1D支撑连接。由于，该橡胶支撑部件1D采用橡胶材料制成。因此，该声系模块结构可以很好的阻隔换能器与钻铤之间的干扰能量的传递，从结构上消除直达干扰声波的影响，提供了一种无需做隔声处理且不损害钻铤强度的声系模块。

另外，为了保证换能器的电气绝缘以及井下的耐压环境，本发明还在所述模块框体1A上开设有压力平衡活塞1C。所述压力平衡活塞1C，安装于与所述换能器容置空间1F相连通的孔道中，所述孔道也用于向换能器容置空间1F内充入油液，以为置于换能器容置空间1F的换能器提供电气绝缘环境。该压力平衡活塞1C具有压力平衡自动调节机构，从而实现声系模块在各种环境下压力、温度变化时的平衡调节。

并且，如图1所示，在该模块框体1A的换能器安装面上设有环绕换能器容置空间1F的密封环1E。当换能器安装到模块框体1A上时，该密封环1E可以将换能器完全密封在换能器容置空间1F内，避免当井下压力变化时井内导电液体浸入换能器容置空间1F内部而损坏或影响换能器。

如前所述，本发明所设计的声系模块特点在于通过在模块框体1A与钻铤之间通过若干橡胶支撑部件1D支撑连接，阻隔换能器与钻铤之间的干扰能量的传递。为了进一步加强这种干扰能量的阻隔效果，本发明还在所述模块框体1A的向钻铤面与钻铤之间留有间隙，并在该模块框体1A的向钻铤面上垫衬有非金属柔性材料，如橡胶等。这样，除了在模块框体1A的外侧面通过橡胶支撑部件1D阻隔干扰能量的传递，还可以在模块框体1A的底面（即向钻铤面）通过所留间隙及垫衬的非金属柔性材料来阻隔干扰能量的传递。

如图1所示，所述模块框体1A与钻铤之间是用固定螺栓通过固定孔1G相固定的。但是，若采用一般金属螺栓来固定模块框体1A与钻铤，则声系模块与钻铤之间仍可通过金属螺栓形成有害能量的传递。为此，本发明提出一种特殊结构的固定螺栓，其结构原理图如图2所示。如图2所示，该固定螺栓由橡胶衔接部2A、声系模块连接部2B和嵌入钻铤部2C构成。所述声系模块连接部2B和嵌入钻铤部2C由金属材料制成，分别用于固定于声系模块和钻铤。所述橡胶衔接部2A，由橡胶材料制成，设置于声系模块连接部2B和嵌入钻铤部2C之间，用于衔接该声系模块连接部2B和嵌入钻铤部2C。该固定螺栓结构实现了声系模块与钻铤之间的连接固定，同时由于在声系模块连接部2B和嵌入钻铤部2C之间采用了橡胶材料制成的橡胶衔接部2A，保证了两者之间隔震的需求。安装该固定螺栓时，先通过嵌入钻铤部2C将该螺栓固定到钻铤上，再将声系模块连接部2B嵌入到声系模块边缘的固定孔中，用螺栓将两者进行连接固定。

另外，为了进一步防止声系模块连接部2B和嵌入钻铤部2C之间因受到外力而滑动，本发明还在所述橡胶衔接部2A与声系模块连接部2B、嵌入钻铤部2C的接触面处设有滚花面，以增强相关接触面的摩擦系数。

图3为本发明声系模块中换能器的结构示意图。如图所示，该换能器由基片3A和压电陶瓷片3B构成。所述压电陶瓷片3B，设置于基片3A的一个侧面上。所述基片3A上设有若干固定孔3D。该基片3A通过该固定孔3D固定于模块框体1A的换能器安装面上。该换能器既可能是发射换能器，也可能是接收换能器。在所述基片3A上设有环形凹槽3C。该环形凹槽3C用于引导换能器的振动，根据换能器的振动模式，该环形凹槽可以设计为不同的结构，如中间和两端的凹槽深度不同。

另外，值得一提的是，传统的换能器中是在基片的两面都粘接有压电陶瓷片的。而本发明提出的声系模块其换能器结构与此不同，该换能器仅在基片3A的一面粘接有压电陶瓷片3B，而另一面能够直接裸露于外，与井内的液体相接触。这种换能器不需要在钻铤上设置透声窗，减小对钻铤强度的影响，并且具有较高的灵敏度。

综上所述，本发明提供了一种随钻声波测井的声系模块。该声系模块在与钻铤的相接处均采用橡胶等非金属柔性材料连接，从而消除直达干扰声波的影响，阻隔换能器与钻铤之间的干扰能量的传递，无需在钻铤部分做隔声处理。本领域一般技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造，均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种随钻声波测井的声系模块，该声系模块由底座和换能器构成；其特征在于：所述底座，包括：模块框体、数据线接口和橡胶支撑部件；

所述换能器，通过换能器安装面上的固定孔与模块框体相固定，置于该换能器容置空间中；

在所述模块框体上开设有压力平衡活塞；所述压力平衡活塞，安装于与所述换能器容置空间相连通的孔道中，所述孔道也用于向换能器容置空间内充入油液；

在所述模块框体的换能器安装面上设有环绕换能器容置空间的密封环；

所述模块框体的向钻铤面与钻铤之间留有间隙，并在该模块框体的向钻铤面上垫衬有非金属柔性材料；

所述换能器由基片和压电陶瓷片构成；所述压电陶瓷片，设置于基片的侧面上；所述基片上设有固定孔；该基片通过固定孔固定于所述模块框体的换能器安装面上；

所述换能器仅在基片面向换能器容置空间的一面设有压电陶瓷片；

在所述基片上设有环形凹槽，该环形凹槽，用于引导换能器的振动；该环形凹槽的中间和两端的深度不同；

声系模块安装于在钻铤侧壁上预先开设好的凹槽空间中，所述声系模块的模块框体与钻铤之间通过若干橡胶支撑部件支撑连接；

所述模块框体与钻铤之间是通过固定螺栓实现固定。

2.如权利要求1所述的随钻声波测井的声系模块，其特征在于：在所述接线端子为承压接线柱；所述承压接线柱，用于承受环境压力。

3.如权利要求1所述的随钻声波测井的声系模块，其特征在于：所述固定螺栓由橡胶衔接部、声系模块连接部和嵌入钻铤部构成；所述声系模块连接部和嵌入钻铤部由金属材料制成，分别用于固定于声系模块和钻铤；所述橡胶衔接部，由橡胶材料制成，设置于声系模块连接部和嵌入钻铤部之间，用于衔接该声系模块连接部和嵌入钻铤部。

4.如权利要求3所述的随钻声波测井的声系模块，其特征在于：在所述橡胶衔接部与声系模块连接部、嵌入钻铤部的接触面处设有滚花面。