CN110295893B - 低频大功率发射换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低频大功率发射换能器，包括发射骨架本体、波纹管、大换能器、小换能器、密封圈和换能器扶正环，大换能器和小换能器呈环状结构设在发射骨架本体外表面中心处，构成内油腔、外油腔和中油腔，波纹管设在发射骨架本体外侧面，与大换能器形成外油腔；密封圈设在发射骨架本体和波纹管之间；换能器扶正环设在内油腔和中油腔，分隔大换能器和小换能器；大换能器和小换能器接高压电。该新型低频大功率发射换能器呈环状结构布置在发射骨架本体上，解决了低频大功率换能器在使用环境径向方向的空间限制。
Description
技术领域
本发明涉及换能器领域，特别是指一种低频大功率发射换能器。
背景技术
近几年来，随着油气勘探开发的不断深入，油气勘探开发正从常规油气藏向低渗透、非常规发展，新建区域储层条件变得日趋复杂。水平井、大斜度井中断层、裂缝、薄层、各向异性等复杂油气储层的地质导向和地层评价需要更加丰富地层信息、井周三维成像和地层界面探测，才能实现油气藏更为高效的开发，国内正在大力推广应用水平井技术提高复杂油气藏开发效率。目前常规声波发射换能器要实现低频和大功率，一般都是直径很多大或者长度很长，在油气勘探开发中，水平井、大斜度井一般都为小井眼尺寸，且施工难度很大，风险大，尤其是在井中地震、远探测和井间地震中更为凸显，现有的低频大功率发射换能器没能很好的解决尺寸结构限制对其的影响，无法制作直径小，长度短的低频大功率发射换能器。
发明内容
本发明提出一种低频大功率发射换能器，解决了现有技术中低频大功率发射换能器没能很好的解决尺寸结构限制对其的影响，无法制作直径小，长度短的低频大功率发射换能器的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低频大功率发射换能器，包括发射骨架本体、波纹管、大换能器、小换能器、密封圈和换能器扶正环，所述大换能器和小换能器呈环状结构设在发射骨架本体外表面中心处，构成内油腔、外油腔和中油腔，所述波纹管设在发射骨架本体外侧面，与大换能器形成外油腔；所述密封圈设在所述发射骨架本体和波纹管之间；所述换能器扶正环设在内油腔和中油腔，分隔大换能器和小换能器；所述大换能器和小换能器接高压电。
作为本发明的一个优选实施例，所述发射骨架本体在内油腔、外油腔和中油腔的左右两侧设置U型槽，所述密封圈容纳在U型槽内。
作为本发明的一个优选实施例，所述大换能器和小换能器由压电陶瓷材料制成。
作为本发明的一个优选实施例，所述换能器扶正环为橡胶或聚四氟乙烯制成。
作为本发明的一个优选实施例，所述波纹管由钢、橡胶、聚四氟乙烯或PEEK材料制成。
作为本发明的一个优选实施例，所述大换能器和小换能器的压电圆管极化方向相同，且电极连接均为圆管内侧接地、外侧正电压。
作为本发明的一个优选实施例，所述大换能器和小换能器的压电圆管极化方向相同，但电极连接方式相反。
作为本发明的一个优选实施例，所述大换能器、小换能器、内油腔、外油腔和中油腔声固耦合的发射频率为500～900Hz。
本发明的有益效果在于：该低频大功率发射换能器呈环状结构布置在发射骨架本体上，发射骨架本体、波纹管、大换能器、小换能器使发射骨架本体内部形成密闭内油腔、外油腔、中油腔，在大换能器、小换能器施加电压工作，解决了低频大功率换能器在使用环境径向方向的空间限制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为单层圆管发射换能器的结构示意图；
图2为单层圆管发射换能器模拟频谱图；
图3为本发明低频大功率发射换能器的剖面结构示意图；
图4为本发明低频大功率发射换能器的立体结构示意图；
图5为本发明低频大功率发射换能器模拟频谱图。
图中，101-发射骨架本体、102-波纹管、103-大换能器、104-小换能器、105-构成内油腔、106-外油腔、107中油腔、108-密封圈、109-换能器扶正环、201-第一发射骨架本体、202-第一波纹管、203-换能器、204-油腔、205-O型密封圈和206-第一换能器扶正环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，单层圆管发射换能器包括第一发射骨架本体201、第一波纹管202、换能器203、油腔204、O型密封圈205和第一换能器扶正环206。通过数值模拟得出的单层圆管发射换能器模拟频谱图，其中，横坐标为频率，纵坐标为距离模型中心300mm处的声压。可以看出单层圆管发射华能器需要较高的频率才能满足能量需求。
如图3和图4所示，本发明提出了一种低频大功率发射换能器，包括发射骨架本体101、波纹管102、大换能器103、小换能器104、密封圈108和换能器扶正环109，大换能器103和小换能器104呈环状结构设在发射骨架本体101外表面中心处，构成内油腔105、外油腔106和中油腔107，波纹管102设在发射骨架本体101外侧面，与大换能器103形成外油腔106；密封圈108设在发射骨架本体101和波纹管102之间；换能器扶正环109设在内油腔105和中油腔107，分隔大换能器103和小换能器104；大换能器103和小换能器104接高压电。
发射骨架本体101在内油腔105、外油腔106和中油腔107的左右两侧设置U型槽，密封圈108容纳在U型槽内，使发射骨架本体101内部形成密闭油腔，大换能器103、小换能器104设置在密闭油腔内。
大换能器103和小换能器104由压电陶瓷材料制成。可使用高电压激发，可向外辐射大能量声波。新型低频大功率发射换能器工作时，在大换能器103、小换能器104施加电压，压电陶瓷声波换能器与三个包裹油腔相互有效的声固耦合，向外辐射声波能量，并有效的在500～900Hz出现大能量谐振峰。
换能器扶正环108为橡胶或聚四氟乙烯制成，使所述大换能器103、小换能器104扶正安装和减震解耦，降低相互的直接干扰。
波纹管102可以由钢、橡胶、聚四氟乙烯和PEEK材料制成，以起到平衡压力和实现透声功能。
如图5所示，通过数值模拟得出的新型低频大功率发射换能器模拟频谱图，其中，横坐标为频率，纵坐标为距离模型中心230mm处的声压。图5所示的各个曲线为尺寸，不同极化方式的设计对比，图5所示曲线图例中数字依次表示各层厚度，由左至右依次为：外油腔106厚度、大换能器103厚度、中油腔107厚度、小换能器104厚度、内油腔105厚度、波纹管102厚度。数字后的相同数字表示两层压电圆管极化方向相同，且电极连接均为圆管内侧接地、外侧正电压。未标注相同数字表示两层压电圆管极化方向相同，但电极连接方式相反。可根据频率和能量需求在图5中选择合适的设计。
该新型低频大功率发射换能器呈环状结构布置在发射骨架本体上，压电陶瓷换能器施加电压工作时与包裹油腔相互有效的声固耦合，向外辐射声波能量，并有效的在500～900Hz出现大能量谐振峰，解决了低频大功率换能器在使用环境径向方向的空间限制，在最大程度的较小直径下，可直接、有效的实现低频和宽频发射换能器设计，并提供了有效的声波能量传输，降低水平井、大斜度井施工难度和风险，使声波仪器能够获得更多的地层信息，对测井资料的评价解释有很大的提高作用，具有广阔的市场应用前景。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.低频大功率发射换能器，其特征在于：包括发射骨架本体、波纹管、大换能器、小换能器、密封圈和换能器扶正环，所述大换能器和小换能器呈环状结构设在发射骨架本体外表面中心处，构成内油腔、外油腔和中油腔，所述波纹管设在发射骨架本体外侧面，与大换能器形成外油腔；所述密封圈设在所述发射骨架本体和波纹管之间；所述换能器扶正环设在内油腔和中油腔，分隔大换能器和小换能器；所述大换能器和小换能器接高压电。
2.根据权利要求1所述的低频大功率发射换能器，其特征在于：所述发射骨架本体在内油腔、外油腔和中油腔的左右两侧设置U型槽，所述密封圈容纳在U型槽内。
3.根据权利要求1所述的低频大功率发射换能器，其特征在于：所述大换能器和小换能器由压电陶瓷材料制成。
4.根据权利要求1所述的低频大功率发射换能器，其特征在于：所述换能器扶正环为橡胶或聚四氟乙烯制成。
5.根据权利要求1所述的低频大功率发射换能器，其特征在于：所述波纹管由钢、橡胶、聚四氟乙烯或PEEK材料制成。
6.根据权利要求1所述的低频大功率发射换能器，其特征在于：所述大换能器和小换能器的压电圆管极化方向相同，且电极连接均为圆管内侧接地、外侧正电压。
7.根据权利要求1所述的低频大功率发射换能器，其特征在于：所述大换能器和小换能器的压电圆管极化方向相同，但电极连接方式相反。
8.根据权利要求1-7任一项所述的低频大功率发射换能器，其特征在于：所述大换能器、小换能器、内油腔、外油腔和中油腔声固耦合的发射频率为500～900Hz。
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