CN111594140A - 耐高温振动装置和振动装置组 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种耐高温振动装置和振动装置组，其中，耐高温振动装置包括：驱动振子、外筒、上端盖和下端盖，所述驱动振子固定安装于所述外筒内，所述上端盖安装于所述外筒的上端口，所述下端盖安装于所述外筒的下端口；所述外筒具有真空夹层。该耐高温振动装置通过将外筒设置为具有真空夹层的结构并在筒内置有隔热体隔绝了外筒四周的热量向外筒内部传导；筒内置有吸热体，减小内部驱动振子工作时产生的热量抑制筒内工作温度上升。因此，作为辐射结构的外筒结构使得外筒内的驱动振子能够在高温条件下正常工作，形成耐高温的偶极子换能器，从而突破了相关耐超高温技术，摆脱了耐高温测井偶极子换能器的国际封锁。
Description
技术领域
本申请涉及应用地球物理测井技术领域，具体涉及一种耐高温振动装置和振动装置组。
背景技术
“深地”探测早已列入我国科技创新规划并在其中占有极其重要的地位，与“深空”、“深海”、“深蓝”一起形成了决战深部极限的战略科技布局。科学钻探是我国向深地进军的重大战略部署，也是当今地球科学研究热点。然而，由于地球深部处于高温高压各向异性的极端环境，人类对地球深部、特别是万米以下的情况的认知还非常肤浅，远没有达到对深空和深海的认识程度。我国目前最大钻井深度近九千米，获得了极宝贵的岩芯数据，但由于缺乏井周原位连测数据，无法满足需求。随着深地科学与资源钻探测量的不断深入，人们对于适用于万米的钻探测量技术要求也越来越高，在一万米深度的井下，温度可达到350摄氏度，压力可达到350兆帕。这对于深地声学钻探测量中的仪器性能是一极大的挑战，因此亟需解决耐超高温钻探测量的问题。
国外各大油服公司相继研发各自的超高温测井仪器，其中三大测井服务公司哈里伯顿、贝克休斯和斯伦贝谢公司研制的超高温测井仪器是目前耐高温性能最优的产品。XMAC F1仪器是Baker Hughes公司最新的正交多极阵列声波测井仪器，耐高温232℃，耐高压207Mpa。而SlimXtreme仪器是斯伦贝谢(Schlumberger)公司研制的小井眼测井仪器，耐高温260℃，耐压173Mpa。因此国外目前耐高温测井仪器最高耐温指标达到260℃下连续工作四小时。但相关耐高温技术对国内封锁，相关研究也未见报道。而国内目前普遍测井仪器的工作温度压力较低，一般为175℃，140Mpa。尤其是严重缺乏耐超高温换能器的技术，因而严重制约了我国耐高温测井仪器的发展。
多极阵列声波成像是深地声学钻探测量中极其重要的方法之一，它主要是利用井中测量到的井内外临近空间的反射声波场，来反演地层的物理特性参数(如孔隙度、渗透率、声学各向异性等)，预测地下深处地应力大小、识别地层裂缝以及评价地层岩石特性等，特别是探测井外临近空间的地质结构。其中适用于超高温极端环境下的低频、宽带、大功率偶极声学换能器，是超高温深地钻探测量仪器的核心部件。然而，迄今为止，国内尚未突破相关耐超高温技术，换能器远远满足不了我国向“深地”进军的发展战略需求。
发明内容
本申请的目的是提供一种耐高温振动装置，解决了国内尚未突破相关耐超高温技术的问题。
为实现上述目的，本申请第一方面提供了一种耐高温振动装置，其特征在于，包括：驱动振子、外筒、上端盖和下端盖，所述驱动振子固定安装于所述外筒内，所述上端盖安装于所述外筒的上端口，所述下端盖安装于所述外筒的下端口；其中，所述外筒具有真空夹层。
可选地或优选地，还包括：第一绝热层和第二绝热层，所述第一绝热层设置于所述外筒的内部的上侧，所述第二绝热层设置于所述外筒的内部的下侧，其中，所述驱动振子至少部分位于所述第一绝热层和所述第二绝热层之间。
可选地或优选地，所述第一绝热层和所述第二绝热层均包括隔热体和吸热体，其中，所述隔热体和所述吸热体由所述外筒的端部向中部依次布置，两个所述吸热体和所述外筒的内壁之间形成腔体空间，所述驱动振子至少部分位于所述腔体空间中。
可选地或优选地，所述腔体空间中充满气体或液体。
可选地或优选地，还包括：耐压外壳，所述耐压外壳套设于所述外筒的外壁上。
可选地或优选地，所述外筒或所述耐压外壳的外壁的直径为50～100毫米。
可选地或优选地，还包括：上凸台和下凸台，所述上凸台的第一端固定于所述上端盖上，所述上凸台的第二端与所述驱动振子的第一端相连，所述下凸台的第一端固定于所述下端盖上，所述下凸台的第二端与所述驱动振子的第二端相连。
可选地或优选地，所述驱动振子为压电陶瓷换能器。
可选地或优选地，所述压电陶瓷换能器的基片主要由金属材料制成，所述压电陶瓷换能器的压电陶瓷片主要由锆钛酸铅系列材料制成。
本申请第二方面提供了一种振动装置组，包括两个如第一方面中所述的耐高温振动装置，两个所述耐高温振动装置之间呈预设角度放置；或者
包括多个如第一方面中所述的耐高温振动装置，多个所述耐高温振动装置自上而下依次排列。
相较于现有技术，本申请实施例中的耐高温振动装置，将外筒设置为具有真空夹层的结构，并在筒内置有隔热体隔绝了外筒四周的热量向外筒内部传导；筒内置有吸热体，减小内部驱动振子工作时产生的热量抑制筒内工作温度上升。因此，同时作为辐射结构的外筒结构使得外筒内的驱动振子能够在高温条件下正常工作，形成耐高温的偶极子换能器，从而突破了相关耐超高温技术，摆脱了耐高温测井偶极子换能器的国际封锁。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种耐高温振动装置的结构示意图。
图中：
1-驱动振子；2-外筒；3-上端盖；4-下端盖；5-耐压外壳；6-上凸台； 7-下凸台；
21-真空夹层；22-第一绝热层；23-第二绝热层；24-隔热体；25-吸热体； 26-腔体空间。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
此外，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一
参考图1，本申请实施例提供的耐高温振动装置，包括：驱动振子1、外筒2、上端盖3和下端盖4，驱动振子1固定安装于外筒2内，上端盖3安装于外筒2的上端口，下端盖4安装于外筒2的下端口；其中，外筒2具有真空夹层21。该耐高温振动装置将外筒设置为具有真空夹层的结构，隔绝了外筒四周的热量向外筒内部传导，同时作为整个换能器的辐射结构的外筒，使得外筒内的驱动振子能够驱动外筒在高温条件下正常工作，从而突破了相关耐超高温技术，摆脱了国际封锁。
其中，上端盖3固定连接于外筒2的上端口处，例如，通过焊接、铆接、螺栓连接等方式进行固定。下端盖4固定连接于外筒2的下端口处，例如，通过焊接、铆接、螺栓连接等方式进行固定。
此外，为了便于固定驱动振子1，在外筒2内还设置有上凸台6和下凸台7。上凸台6的第一端固定于上端盖3上，上凸台6的第二端与驱动振子1的第一端相连，下凸台7的第一端固定于下端盖4上，下凸台7的第二端与驱动振子1的第二端相连。其中，上凸台6与上端盖3之间可以通过焊接、铆接、螺纹连接等方式进行固定连接，下凸台7与下端盖4之间页可以通过焊接、铆接、螺纹连接等方式进行固定连接。此外，驱动振子1与上凸台6和下凸台7之间也是固定连接，例如通过螺栓连接。
可选地，在上端盖3和下端盖4的外部均设置有支撑弹簧(图中未示出)，支撑弹簧被固定于应用该耐高温振动装置的仪器中整个耐高温振动装置浸于井孔内的流体之中。当驱动振子1被激励振动后，驱动振子1在支撑弹簧的支撑下，推动外筒2产生于之反向的摆动，从而推动井孔内流体使井壁产生稳定的弯曲振动，进而产生偶极子声源信号。
可选地，在驱动振子1的四周填充有气体或液体。由于驱动振子1直接与空气或液体接触，这就使得驱动振子1产生的振动不会直接向井孔内辐射，使得整个发射声源激发的井壁弯曲振动信号更加纯净有效。
可选地，驱动振子1为压电陶瓷换能器。其中，压电陶瓷换能器的基片主要由铝、铜等金属材料制成，压电陶瓷换能器的压电陶瓷片主要由锆钛酸铅系列等材料制成。此外，压电陶瓷换能器可以是单片或多片的双叠片，三叠片和多叠片，也可以是类似偶极子声源的其他结构换能器，具体可根据实际情况而定，在此不做限定。
在一些示例中，为了进一步减少或减缓外部热量向外筒内部传导以及抑制内部工作温度升高，在外筒2内还设置有第一绝热层22和第二绝热层23，第一绝热层22设置于外筒2的内部的上侧，第二绝热层23设置于外筒2的内部的下侧，其中，驱动振子1至少部分位于第一绝热层22和第二绝热层23 之间。
进一步地，第一绝热层22和第二绝热层23均包括隔热体24和吸热体25，其中，隔热体24和吸热体25由外筒2的端部向中部依次布置，两个吸热体 24和外筒2的内壁之间形成腔体空间26，驱动振子1至少部分位于腔体空间 26中。
其中，隔热体24用于减少或减缓外部热量向腔体空间26中传导；吸热体25用于降低腔体空间26中的温度和/或减缓外部热量向腔体空间26中传导。
可选地，吸热体25由低熔点的合金材料制成，通过吸热体25的熔解，以吸收腔体空间26中的热量，从而降低腔体空间26中的温度。
可选地，隔热体24为耐高温隔热保温涂料，其中，可选用纳米陶瓷空心微珠、硅铝纤维等各种反射材料作为原料。
进一步地，在腔体空间26中充满有气体或液体，以实现外筒内的压力与外筒外的压力之间的平衡。其中，气体包括空气或其他气体；液体包括硅油或其他溶液。
应理解的是，本申请实施例中，隔热体24和吸热体25均包裹在上凸台6 或者下凸台7的外侧。也就是说，上凸台6和下凸台7均穿过两者各自所对应的隔热体24和吸热体25。
此外，为了便于固定隔热体24和吸热体25，在外筒2的内壁上还可设置凸出部(图中未示出)，利用该凸出部阻止隔热体24和/或吸热体25朝向外筒2的中心移动。此外，也可以在上端盖3和/或下端盖4上设置支架等承载部(图中未示出)，将隔热体24和/或吸热体25放置于支架等承载部上即可，具体可根据实际情况而定，只要能实现阻止隔热体24和/或吸热体25朝向外筒2的中心移动的目的即可，在此不做限定。
在一些示例中，为了提升耐高温振动装置的抗压能力，以使耐高温装置能够满足“深地”需求，在外筒2的外壁上还套设有外壳5。其中，外筒2与外壳5之间固定连接，例如，通过焊接等方式将两者固定在一起。应理解的是，外壳5可以但不限于由铝合金、钛合金、不锈钢等材料制成。也就是说，利用外壳5承受井下流体作用在耐高温振动装置上的高压。
在一些示例中，外筒2或外壳5的外壁的直径为50～100毫米，以满足小井口的需求。应理解的是，外筒2和外壳5可以但不限于均成圆柱状，以增加振动辐射面积。
在一些示例中，耐高温振动装置的工作温度大于200度，工作压力大于 160Mpa，工作频率为0～5KHz。
综上所述，本申请实施例中的耐高温振动装置，不仅能够在高温环境下正常工作，也能够在高压环境下正常工作，突破了相关耐超高温、超高压技术，为我国耐高温测井仪器的发展提供的坚实可靠的基础。
实施例二
本申请实施例提供了一种振动装置组，包括两个如上述实施例一中所述的耐高温振动装置，这两个耐高温振动装置之间呈预设角度放置。可选地，预设角度为90度角，以实现XY正交方向的横波信号测量，从而实现对地层各向异性信息的测量分析；或者
包括多个如上述实施例一中所述的耐高温振动装置，多个耐高温振动装置自上而下依次排列，以匹配不同的强度和相位的激发信号，从而实现输出相控阵结构的偶极子声源。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐高温振动装置，其特征在于，包括：驱动振子、外筒、上端盖和下端盖，所述驱动振子固定安装于所述外筒内，所述上端盖安装于所述外筒的上端口，所述下端盖安装于所述外筒的下端口；其中，所述外筒具有真空夹层。
2.根据权利要求1所述的耐高温振动装置，其特征在于，还包括：第一绝热层和第二绝热层，所述第一绝热层设置于所述外筒的内部的上侧，所述第二绝热层设置于所述外筒的内部的下侧，其中，所述驱动振子至少部分位于所述第一绝热层和所述第二绝热层之间。
3.根据权利要求2所述的耐高温振动装置，其特征在于，所述第一绝热层和所述第二绝热层均包括隔热体和吸热体，其中，所述隔热体和所述吸热体由所述外筒的端部向中部依次布置，两个所述吸热体和所述外筒的内壁之间形成腔体空间，所述驱动振子至少部分位于所述腔体空间中。
4.根据权利要求3所述的耐高温振动装置，其特征在于，所述腔体空间中充满气体或液体。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的耐高温振动装置，其特征在于，还包括：外壳，所述外壳套设于所述外筒的外壁上。
6.根据权利要求5所述的耐高温振动装置，其特征在于，所述外筒或所述外壳的外壁的直径为50～100毫米。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的耐高温振动装置，其特征在于，还包括：上凸台和下凸台，所述上凸台的第一端固定于所述上端盖上，所述上凸台的第二端与所述驱动振子的第一端相连，所述下凸台的第一端固定于所述下端盖上，所述下凸台的第二端与所述驱动振子的第二端相连。
8.根据权利要求7所述的耐高温振动装置，其特征在于，所述驱动振子为压电陶瓷换能器。
9.根据权利要求8所述的耐高温振动装置，其特征在于，所述压电陶瓷换能器的基片主要由金属材料制成，所述压电陶瓷换能器的压电陶瓷片主要由锆钛酸铅系列材料制成。
10.一种振动装置组，其特征在于，包括两个如权利要求1-9中任一项所述的耐高温振动装置，两个所述耐高温振动装置之间呈预设角度放置；或者
包括多个如权利要求1-9中任一项所述的耐高温振动装置，多个所述耐高温振动装置自上而下依次排列。
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