CN106522925A - 一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于随钻测井测量装置领域，具体涉及一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置。装置包括钻铤、接收换能器、前置信号处理电路和主控电子仓；接收换能器和前置信号处理电路分别通过封装器封装在钻铤本体上，接收换能器和信号处理电路通过密封电连接插件实现电连接，信号处理电路和主控电子仓电连接；密封电连接插件、接收换能器和前置信号处理电路均高压密封；装置采用一种新的独立封装换能器和高压密封电连接插件实现换能器泥浆与前置信号处理电路的密封，避免了陶瓷晶体片的动密封设计和专门设计的高压密封电连接插件；同时在信号处理上将信号处理电路前置，并封装在钻铤上，缩短信号接收与处理的线路长度，减小噪声干扰。
Description
技术领域
本发明主要属于随钻测井测量装置领域，具体涉及一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置。
背景技术
随着油气田钻井规模的不断扩大及科学技术的发展。特别是随钻测井技术的飞速发展，迫切需要当前先进的科学技术在油气田开采中发挥其重要作用。随钻方位声波测井技术是随钻测井技术的方法之一，随钻方位声波换能器是随钻方位声波仪器的最重要原件，仪器工作时，由仪器内置的发射换能器产生声波，随后被同一仪器中的接收换能器接收，通过接收到的各种模式波的波速和衰减等声学信息来评价将比介质性质。由于随钻仪器中间有过泥浆的水眼，声波换能器安装在钻铤本体外壁，很难如电缆声波测井仪那样浸在油中密封，所以随钻方位声波换能器一般采用单独封装。而随钻方位声波接收换能器目前较为成熟的两种分别是纽扣式接收换能器和环形封装接收的接收换能器，纽扣式接收换能器直接安装于随钻声波仪器接收端电子仓，同时该种换能器具有较高的井下接收灵敏度。环状封装接收换能器将多片接收换能器封装于环形带状结构中，接收芯片内部并联构成一个接收换能器，该种接收换能器主要用于单极子随钻方位声波仪器。
目前随钻方位声波信号接收换能器封装结构主要采用两种结构方案: 纽扣式接收换能器封装装置和环形灌封接收换能器封装装置。
纽扣式接收换能器封装装置。该种结构的换能器其陶瓷结构晶体封装于一种纽扣式金属结构中，依靠纽扣式金属结构中的液压平衡装置实现陶瓷片晶体外部泥浆与内部液压油的平衡，该陶瓷片晶体在纽扣式结构中需要实现动密封，即平衡陶瓷片晶体外部泥浆与内部液压油的压力。该种纽扣式接收换能器直接安装于接收电子仓骨架，靠纽扣式结构外侧的密封圈实现外部泥浆与电子仓的密封，同时换能器底部的双芯电连接插针可实现与接收电路的短距离连接，从而进行声波微弱信号的接收。
环形灌封接收换能器封装装置。该种结构的换能器采用片状陶瓷晶体片结构，接收芯片封装于一个环形带中，同时接收芯片内部并联构成一个接收换能器。该环形带状结构通过密封结构将芯片接收信号线引出，并通过特殊设计的密封电连接插件将两路信号接收线与内部电子仓实现电连接。该种采用环氧树脂灌封胶的换能器可浸泡于泥浆中，通过特殊设计的密封电连接插件实现外部泥浆与内部电子仓的密封，从而实现声波微弱信号的接收。
现有的两种装置均各自存在缺陷：
纽扣式接收换能器封装装置由于对陶瓷晶体片液压动平衡设计的要求增加了换能器设计的复杂性，同时该结构在使用中容易失效；该种纽扣式换能器陶瓷晶体片通过外表面粘结一层PEEK材料暴露于泥浆当中，在井下复杂应用环境中容易产生破坏；由于换能器在安装于内部电子仓骨架的同时实现与钻铤本体的高压密封，该种结构增加了内部电子仓骨架与外部钻铤本体的加工及装配要求。
环形灌封接收换能器封装装置在实现与内部电子仓电连接时需要特殊设计的密封电连接插件，满足插件再实现高圧密封的同时，实现与电子仓上电连接插件的对接，同时由于井下强振动冲击的使用环境要求该插件能够固定于钻铤本体上。该种封装结构一方面需要特殊设计的密封插件，另一方面同样增加了内部电子仓骨架与外部钻铤本体的加工及装配要求，此外，相对于纽扣式换能器封装结构，该种结构增加了换能器到电子仓的电连接线长度，影响信号的提取。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，将放大电路与模数转换电路前置安装在钻挺上，缩短信号接收与处理的线路长度，减小噪声干扰；将接收换能器封装及电连接封装分开降低对电连接插件形状的要求，采用普通高压密封电连接插件实现换能器泥浆与前置信号处理电路的密封，无需专门设计高压电连接插件。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，所述装置包括钻铤本体2、主控电子仓1和随钻方位声波信号接收处理系统；
所述随钻方位声波信号接收处理系统包括接收换能器3、密封电连接插件、前置信号处理电路10和总信号处理电路；
所述总信号处理电路安装在所述主控电子仓1上；
所述密封电连接插件封装在所述钻铤本体2上；
所述接收换能器3和所述前置信号处理电路10分别通过封装结构高压密封在钻铤本体2上，所述接收换能器3和所述信号处理电路10通过密封电连接插件实现电连接，所述信号处理电路10和所述总信号处理电路电连接；
所述前置信号处理电路10包括信号放大模块和模数转换模块；
装置采用一种新的独立封装换能器和高压密封电连接插件实现换能器泥浆与前置信号处理电路的密封，避免了陶瓷晶体片的动密封设计和专门设计的高压密封电连接插件；同时在信号处理上将信号处理电路前置，并封装在钻铤上，缩短信号接收与处理的线路长度，减小噪声干扰，降低了对主控电子仓电连接插件与钻铤的设计、加工和装配要求，提高了系统可靠性。
进一步地，前置信号处理电路10通过封装结构封装在钻铤本体2上，前置信号处理电路10的封装结构和所述密封电连接插件的外部各套有至少一道密封圈，实现高压密封。
进一步地， 所述前置信号处理电路10通过信号线二和安装在主控电子仓1的电连接插件连接，实现所述信号处理电路10和所述主控电子仓1的电连接。
进一步地，接收换能器3包括传感器和传感器外部的封装结构，接收换能器3的封装结构通过环氧树脂灌封胶灌封形成，接收换能器3的封装结构将传感器高压密封，接收换能器3由固定装置固定在钻铤本体2上，接收换能器3的信号通过信号线一引出封装结构。
进一步地，所述封装结构为单面为弧面的长方体结构，所述固定装置二与封装结构接触的面为弧面，所述弧面是指接触面有一定的弧度。
进一步地，所述接收换能器3采用三出线方式进行信号传输，所述三出线包括正极、负极和地。
进一步地，所述电连接插件包括多芯连接插针11和多芯连接插座12，多芯连接插针11和多芯连接插座12相互插接。
进一步地，前置信号处理电路10的封装结构为密封盖9，所述前置信号处理电路10置于所述密封盖9内，所述密封盖9固定在所述钻铤本体2上。
进一步地，所述密封电连接插件为三芯密封插针8和三芯密封胶套5，所述三芯密封胶套5和所述三芯密封插针8对插安装，所述接收换能器3与所述三芯密封胶套5连接。
进一步地，前置信号处理电路10的封装结构和所述密封电连接插件分别通过挡圈固定在钻铤本体2上 ，保证在井下强振动环境下不会从钻铤本体上脱落。
本发明的有益技术效果：
（1）本发明封装装置将接收器密封与电连接密封实现分离，降低了对零件加工及装配的要求及对电连接插件的设计要求，采用普通高压密封电连接插件实现换能器泥浆与前置信号处理电路的密封，无需专门设计高压电连接插件；同时保证了井下工作的可靠性。
（2）本发明随钻方位声波信号接收换能器封装装置采用环氧树脂灌封胶将换能器封装成一面为弧形的长方体结构，避免了陶瓷晶体片的动密封设计。
（3）本发明采用将放大电路与模数转换电路前置的模块化设计，缩短信号接收与处理的线路长度，减小噪声干扰。
（4）本发明信号处理电路模块与内部电子仓采用软线连接避免了电子仓电连接插件与钻铤本体的对中设计要求。
（5）本发明可应用于偶极子及多极子随钻方位声波仪器声波接收系统。
附图说明
图1、随钻方位声波信号接收换能器封装装置示意图；
图2、接收换能器示意图；
图3、接收换能器固定装置示意图；
图4、随钻方位声波信号接收换能器封装装置爆炸视图；
图中：1.主控电子仓、2. 钻铤本体、3. 接收换能器、4. 封装盖板、5. 三芯密封胶套、6. 第一挡圈、7-1. 第一密封圈、7-2. 第二密封圈、8. 三芯密封插针、9. 密封盖、10. 前置信号处理电路、11. 多芯连接插针、12. 多芯连接插座、 13. 第二挡圈、14.双陶瓷片传感器、15.聚氨酯灌封胶体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
如图1所示，一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，所述装置包括钻铤本体2、主控电子仓1和随钻方位声波信号接收处理系统；
所述随钻方位声波信号接收处理系统包括接收换能器3、前置信号处理电路10和总信号处理电路；
所述总信号处理电路安装在所述主控电子仓1上；
所述密封电连接插件、所述接收换能器3和所述前置信号处理电路10分别高压密封在钻铤本体2上，所述接收换能器3和所述信号处理电路10通过密封电连接插件实现电连接，所述信号处理电路10和所述总信号处理电路电连接；
前置信号处理电路10包括信号放大模块和模数转换模块；
前置信号处理电路10在采集从接收换能器3传递过来的微弱声波信号后，将信号经放大及模数转换电路转化为有效信号。然后经信号线传输到主控电子仓1的主控电路中进行后续数据处理。该种结构将接收换能器封装装置密封与电连接实现分离，降低了对零件加工及装配的要求及对电连接插件的设计要求，同时保证了井下工作的可靠性。
接收换能器3与密封电连接插件通过信号线一连接；接收换能器3与密封电连接插件间有空隙，空隙用于存放过长的信号线一。
前置信号处理电路10与密封电连接插件通过信号线三连接；
前置信号处理电路10通过信号线二和安装在主控电子仓1的电连接插件二连接，实现信号处理电路10和主控电子仓1的电连接。信号处理电路模块与主控电子仓采用软线连接避免了主控电子仓电连接插件与钻铤本体的对中设计要求。
接收换能器3采用三出线方式进行信号传输，所述三出线包括正极、负极和地。
密封电连接插件为三芯密封插针8和三芯密封胶套5，三芯密封胶套5和三芯密封插针8对插安装，接收换能器3通过信号线一与三芯密封胶套5连接。
电连接插件为多芯连接插针11和多芯连接插座12，多芯连接插针11和多芯连接插座12相互插接，多芯连接插座12安装在主控电子仓1；信号线二的两端分别与信号处理电路10和多芯连接插针11相连。
密封电连接插件、接收换能器3的封装结构和前置信号处理电路10的封装结构均高压密封；
接收换能器3由封装盖板4固定在钻铤本体2上，如图2所示，接收换能器3采用电缆声波双晶体传感器，封装结构为由环氧树脂灌封胶灌封形成的一面为弧形的长方体结构，接收换能器3灌封在封装结构内，实现接收换能器3与泥浆的隔离同时信号通过信号线一引出封装结构。封装盖板4将接收换能器3固定在钻铤本体2上，如图3所示，封装盖板4与接收换能器3相接触的面为弧面，弧面是指接触面有一定的弧度。采用单面为弧面的封装结构以适用钻铤本体结构要求，避免了陶瓷晶体片的动密封设计。接收换能器封装盖板4为增强透声效果同样采用弧形结构，保证与换能器弧面接触部分厚度均匀。
前置信号处理电路10的封装结构为密封盖9，前置信号处理电路10置于密封盖9内，密封盖9固定在钻铤本体2上。
密封盖9和三芯密封插针8的外部各套有至少一道密封圈，实现高压密封，实现泥浆与信号处理电路的高圧下的有效隔离。
密封盖9和三芯密封插针8分别通过挡圈固定在钻铤本体2上。进一步，挡圈为弹性可保证密封盖9和三芯密封插针8在井下强振动环境下不会从钻铤本体本体脱落。
实际应用中，如图4所示，接收换能器3三根信号线分别与三芯密封胶套5连接成一体，三芯密封插针8与前置信号处理电路10连接端焊接信号线。安装时首先将三芯密封插针8通过第一挡圈6固定于钻铤本体本体2，并将三芯密封插针8末端的信号线经小孔穿入前置信号处理电路10所在舱室并与前置信号处理电路10通过锡焊连接；然后将三芯密封胶套5与三芯密封插针8对插，再将接收换能器3用换能器封装盖板4固定。接收换能器3与三芯密封胶套5之前空隙用于存放过长的信号线；前置信号处理电路10另一端通过信号线与多芯连接插针11相连，在使用时首先将多芯连接插针11与多芯连接插座12连接，其中多芯连接插座12作为信号接口已经安装于主控电子仓1，然后将前置信号处理电路10安装于钻铤本体本体2；最后，将前置电路密封盖9通过弹性挡圈13固定于钻铤本体本体2，完成随钻方位声波信号接收换能器及处理电路的密封、安装及电连接。
Claims (10)
1.一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于，所述装置包括钻铤本体（2）、主控电子仓（1）和随钻方位声波信号接收处理系统；
所述随钻方位声波信号接收处理系统包括接收换能器（3）、密封电连接插件、前置信号处理电路（10）和总信号处理电路；
所述总信号处理电路安装在所述主控电子仓（1）上；
所述密封电连接插件封装在所述钻铤本体（2）上；
所述接收换能器（3）和所述前置信号处理电路（10）分别通过封装结构高压密封在钻铤本体（2）上，所述接收换能器（3）和所述信号处理电路（10）通过密封电连接插件实现电连接，所述信号处理电路（10）和所述总信号处理电路电连接；
所述前置信号处理电路（10）包括信号放大模块和模数转换模块；
装置采用一种独立封装换能器和高压密封电连接插件实现换能器泥浆与前置信号处理电路的密封；同时在信号处理上将信号处理电路前置，并封装在钻铤上，缩短信号接收与处理的线路长度，减小噪声干扰，降低了对主控电子仓电连接插件与钻铤的设计、加工和装配要求，提高了系统可靠性。
2.如权利要求1所述一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于，前置信号处理电路（10）通过封装结构封装在钻铤本体（2）上，前置信号处理电路（10）的封装结构和所述密封电连接插件的外部各套有至少一道密封圈，实现高压密封。
3.如权利要求1所述一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于， 所述前置信号处理电路（10）通过信号线二和安装在主控电子仓（1）的电连接插件连接，实现所述信号处理电路（10）和所述主控电子仓（1）的电连接。
4.如权利要求1所述一种方位声波随钻信号接收换能器封装装置，其特征在于，接收换能器（3）包括传感器和传感器外部的封装结构，接收换能器（3）的封装结构通过环氧树脂灌封胶灌封形成，接收换能器（3）的封装结构将传感器高压密封，接收换能器（3）由固定装置固定在钻铤本体（2）上，接收换能器（3）的信号通过信号线一引出封装结构。
5.如权利要求4所述一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于，所述封装结构为单面为弧面的长方体结构，所述固定装置二与封装结构接触的面为弧面，所述弧面是指接触面有弧度。
6.如权利要求1-4任一所述一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于，所述接收换能器（3）采用三出线方式进行信号传输，所述三出线包括正极、负极和地。
7.如权利要求3所述一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于，所述电连接插件包括多芯连接插针（11）和多芯连接插座（12），多芯连接插针（11）和多芯连接插座（12）相互插接。
8.如权利要求1-5任一所述一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于，前置信号处理电路（10）的封装结构为密封盖（9），所述前置信号处理电路（10）置于所述密封盖（9）内，所述密封盖（9）固定在所述钻铤本体（2）上。
9.如权利要求1-5任一所述一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于，所述密封电连接插件为三芯密封插针（8）和三芯密封胶套（5），所述三芯密封胶套（5）和所述三芯密封插针（8）对插安装，所述接收换能器（3）与所述三芯密封胶套（5）连接。
10.如权利要求1-5任一所述一种随钻方位声波信号接收换能器封装装置，其特征在于，前置信号处理电路（10）的封装结构和所述密封电连接插件分别通过挡圈固定在钻铤本体（2）上 ，保证在井下强振动环境下不会从钻铤本体上脱落。
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