CN112922588A - 一种随钻井壁超声成像测井装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种随钻井壁超声成像测井装置，包括带有中部水眼的钻铤，用于发射和接收超声脉冲信号的超声探头总成，用于激励、采集和实时处理超声脉冲信号的超声测控总成，以及用于与外部通讯的过线管总成，其中，所述超声测控总成分别与所述超声探头总成和所述过线管总成连接，所述超声测控总成和所述超声探头总成设于所述钻铤的外侧壁上；所述过线管总成设于所述钻铤的中部水眼中。本发明具有组合配接方便、可实时获取井壁介质超声图像，且可应用于复杂工况等优点。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气钻探领域，尤其涉及一种随钻井壁超声成像测井装置。
背景技术
现代钻井技术的发展促使随钻测井技术向着信息化、可视化、智能化方向发展，迫切需要在钻井过程中实时获取井壁地质特征、地层界面、地质构造等图像信息，以维持钻头在目标储层钻进并保持井壁稳定，减少或避免井漏、井涌、坍塌、卡钻等钻井事故的发生。
目前，随钻成像测井现场技术主要有伽马、密度-中子、电阻率三种成像技术。上述成像技术能直观地获取地层界面、地层倾角、井壁地质特征及井眼状况等图像信息，以此来寻找油藏位置并使井眼轨迹保持在油藏的“甜点”内，保证了大斜度井、大位移井和水平井钻探的成功，实现了油藏生产和储量开发最大化，且显著提高了钻井效率。然而，在日趋复杂的油气资源勘探开发中，特别是低孔、低渗、非均质、各向异性等复杂油气藏及非常规油气资源的开发中，现有随钻成像测井技术难以满足复杂油气藏、非常规油气精细勘探开发的需求。具体讲，随钻伽马、密度-中子成像测井技术对井壁地质特征刻画能力较弱且图像分辨率低，无法准确描述薄储层、裂缝的延伸变化，导致地质导向不确定性；随钻电阻率成像测井技术因油基或合成钻井液导电性能差，无法获取井壁的真实图像信息，应用范围受到了极大限制。
为解决上述技术问题，电缆超声成像测井开始应用，其是一种间接获取井壁图像的成像方法，具有图像分辨率高、适用范围广、工程应用突出等优点。尽管电缆超声成像测井技术可以获得井壁的直观图像，但存在以下缺陷：一方面，受钻井液侵入的影响，钻井液填充了部分井壁界面上的天然诱导裂缝，从而限制了电缆测井中高分辨率井壁图像的获取；另一方面，电缆测井作业需要将钻具从井眼中取出，导致大量时间和财力的浪费，且无法在钻进过程中对钻井进行实时指导和决策。鉴于现有的电缆超声成像测井技术的不足，随钻井壁超声成像测井技术开始发展，但现有的随钻井壁超声成像测井技术都集成设置在随钻密度-中子或者微电阻率成像测井系统中，导致维修和与其他仪器组合配接非常不方便，且价格昂贵，限制了随钻成像测井的应用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种组合配接方便、可实时获取井壁介质超声图像，且可应用于复杂工况的随钻井壁超声成像测井装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种随钻井壁超声成像测井装置，包括带有中部水眼的钻铤，用于发射和接收超声脉冲信号的超声探头总成，用于激励、采集和实时处理超声脉冲信号的超声测控总成，以及用于与外部通讯的过线管总成，其中，所述超声测控总成分别与所述超声探头总成和所述过线管总成连接，所述超声测控总成和所述超声探头总成设于所述钻铤的外侧壁上；所述过线管总成设于所述钻铤的中部水眼中。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述超声探头总成包括至少两个超声探头模块，所述超声探头模块沿所述钻铤的周向间隔布置；所述超声测控总成包括至少两个超声测控模块，所述超声测控模块与所述超声探头模块上下对应设置。
所述超声探头模块包括超声探头、外壳组件及平衡活塞，所述超声探头密封安装于所述外壳组件内；所述平衡活塞抵设于所述超声探头的底端，以调节超声探头内外压差；所述超声探头与所述超声测控模块连接。
所述超声探头包括保护外壳、用于发射接收超声波信号的压电复合片、多个用于与不同类型钻井液介质的声阻抗匹配的匹配层、以及用于衰减压电复合片振动的背衬阻尼块；所述匹配层、压电复合片及背衬阻尼块从外向内依次粘接，且均封装于所述保护外壳内；所述压电复合片与所述超声测控模块连接。
所述超声探头还包括在钻井时衰减外部振动的减振夹层，所述减振夹层设于所述压电复合片与所述保护外壳之间。
所述外壳组件包括外壳体、密封盖板和防止钻井液进入外壳组件内的密封件，所述超声探头通过位于外壳体与密封盖板之间的紧固件固定安装于所述外壳体与密封盖板之间；所述密封件设于所述外壳体与所述密封盖板之间，以及所述外壳体与所述超声探头之间。
所述超声测控模块包括激励与信号采集单元、动态工具面检测单元、数据处理与存储单元，以及读数接口单元，各所述单元之间通过总线连接；所述激励与信号采集单元激励超声探头模块工作、并实时采集超声探头模块的超声脉冲信号；所述动态工具面检测单元实时检测超声成像测量点对应的方位角；所述数据处理与存储单元根据超声脉冲信号及方位角获得井壁超声图像信息；所述读数接口单元接收井壁超声图像信息，并通过过线管总成实时传输。
所述超声测控模块还包括供电电源转换单元和控制单元，所述供电电源转换单元和控制单元均与所述总线连接；所述供电电源转换单元向超声测控总成供电；所述控制单元控制超声测控总成的工作流程及供电电源转换单元的工作模式。
所述过线管总成包括导线、套管组件和插接件，所述导线套设于所述套管组件内，所述插接件连接于所述导线的两端；所述超声测控总成与所述导线连接。
所述钻铤上设有放置超声探头模块的第一放置槽、放置超声测控模块的第二放置槽、连通第一放置槽与第二放置槽的第一过线孔，以及连通第二放置槽与过线管总成的第二过线孔；所述超声探头模块通过放置于所述第一过线孔的高压密封塞与所述超声测控模块连接，所述超声测控模块通过放置于所述第二过线孔的连接器与所述过线管总成连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的随钻井壁超声成像测井装置包括钻铤、超声探头总成、超声测控总成和过线管总成，超声探头总成和超声测控总成设于钻铤的外侧壁上，过线管总成设于钻铤的中部水眼中，其布局结构紧凑，不需占用额外的空间，且总体成本低。同时，各总成集成设置在钻铤上形成了独立的超声成像测井装置，避免了测井装置设置在随钻密度-中子或微电阻率成像测井系统中导致操作不便等现象的发生，方便测井装置与其他仪器自由组合、现场配接，扩大了随钻成像测井的应用范围，且操作维修方便、工作效率高。
超声测控总成分别与超声探头总成和过线管总成连接，超声测控总成激励超声探头总成工作、并实时采集超声探头总成接收的超声脉冲信号，同时可根据超声脉冲信号及方位角获得井壁超声图像信息，并传送至过线管总成；过线管总成与外部通讯，以实时传输井壁超声图像信息。上述各总成的组合可实时获取井壁超声图像，解决了油气钻探中水基、油基或合成钻井液及空气钻井过程中难以实时获取高分辨率井壁图像的技术难题，使得现场司钻在钻进过程中可对钻井进行实时指导和决策，其极大地拓展了井下超声成像测井技术的应用范围，为复杂工况钻井过程中井眼轨迹控制和安全高效钻井提供了技术保障。同时，超声探头总成实现了钻进过程中非接触式间接获取井壁图像，可在水基、油基钻井液及空气钻井环境中用于随钻成像测井中井眼几何形态、井壁地质特征、井壁不稳定性的超声检测与成像，具有图像分辨率高、测量精度准确、可靠性高等优点。即本发明在实现钻进过程中实时获取井壁介质超声图像的同时，可分析井眼几何形态、识别井壁裂缝或孔洞及监测井壁失稳或漏失，以实现在复杂工况下井眼轨迹控制和安全高效钻井。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明随钻井壁超声成像测井装置的结构示意图。
图2是本发明超声探头模块的结构示意图。
图3是本发明超声探头的结构示意图。
图4是本发明超声测控总成的结构示意图。
图中各标号表示：
1、钻铤；11、双母丝扣；12、放置槽；121、第一放置槽；122、第二放置槽；13、第一过线孔；14、中部水眼；15、环状耐磨带；16、外侧盖板；17、第二过线孔；18、连接器；19、锚定螺栓；2、超声探头总成；21、超声探头模块；211、外壳体；212、超声探头；2121、压电复合片；2122、背衬阻尼块；2123～2125、匹配层；2126、正负电极引线；2127、保护外壳；2128、减振夹层；213、高压密封塞；214、平衡活塞；215、密封盖板；216、密封件；217、减振弹性垫；3、超声测控总成；31、控制单元；32、激励与信号采集单元；33、动态工具面检测单元；34、数据处理与存储单元；35、供电电源转换单元；36、读数接口单元；361、密封接插件；37、总线；4、过线管总成；41、泥浆导流套；42、承压套筒；43、转换接头；44、密封圈；45、扶正器；46、接插件；47、保护帽；48、导线。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1示出了本发明随钻井壁超声成像测井装置的实施例，随钻井壁超声成像测井装置包括钻铤1、超声探头总成2、超声测控总成3及过线管总成4。其中，不同于电缆测井装置，钻铤1是随钻井壁超声成像测井装置的承载架；钻铤1设有中部水眼14，中部水眼14一方面为钻井液介质提供了流动的通道，另一方面也用于居中安置过线管总成4，以实现与随钻遥测系统或其他随钻测井仪器之间的数据传输。超声探头总成2采用超声自发自收一体技术，用于发射和接收超声脉冲信号，超声测控总成3用于激励、采集和实时处理超声脉冲信号，超声测控总成3和超声探头总成2设于钻铤1的外侧壁上。过线管总成4设于钻铤1的中部水眼14中，用于随钻井壁超声成像测井装置的上下端通讯。其布局结构紧凑，不需占用额外的空间，且总体成本低。
本发明超声探头总成2、超声测控总成3及过线管总成4集成设置在钻铤1上形成了独立的超声成像测井装置，避免了测井装置设置在随钻密度-中子或微电阻率成像测井系统中导致操作不便等现象的发生，方便测井装置与其他仪器自由组合、现场配接，扩大了随钻成像测井的应用范围，且操作维修方便、工作效率高。同时，因钻铤1占据了井内的大部分空间，使得测量环空间隙小、测井装置容易居中，从而有助于获取高分辨率的井壁图像，以提高成像质量、井眼覆盖率。
本实施例中，超声测控总成3分别与超声探头总成2和过线管总成4连接。其中，超声探头总成2在钻进过程中发射超声脉冲波、并接收井壁超声脉冲回波信号以获取井壁介质图像，超声探头总成2发射的超声脉冲波在固体、液体和气体介质中具有良好传播特性，实现了钻进过程中非接触式间接获取井壁图像，可在水基、油基钻井液及空气钻井环境中用于随钻成像测井中井眼几何形态、井壁地质特征、井壁不稳定性的超声检测与成像，具有图像分辨率高、测量精度准确、可靠性高等优点。
同时，超声测控总成3激励超声探头总成2工作、并实时采集超声探头总成2接收的超声脉冲回波信号，以记录不同方位井壁界面的脉冲回波，且将全井壁360°范围内所有的脉冲回波的到时和幅度处理成井壁超声成像图，并传送给过线管总成4。过线管总成4接收井壁超声图像信息，并与外部通讯将井壁超声图像信息实时传输至地面。
本实施例超声探头总成2、超声测控总成3及过线管总成4的组合可实时获取井壁超声图像，解决了油气钻探中水基、油基或合成钻井液及空气钻井过程中难以实时获取高分辨率井壁图像的技术难题，使得现场司钻在钻进过程中可对钻井进行实时指导和决策，其极大地拓展了井下超声成像测井技术的应用范围，为复杂工况钻井过程中井眼轨迹控制和安全高效钻井提供了技术保障。即本发明在实现钻进过程中实时获取井壁介质超声图像的同时，可分析井眼几何形态、识别井壁裂缝或孔洞及监测井壁失稳或漏失，以实现在复杂工况下井眼轨迹控制和安全高效钻井。
本实施例中，超声探头总成2包括至少两个超声探头模块21，超声探头模块21沿钻铤1的周向均匀布置形成多阵元换能器阵列，以获取全井壁360°范围内不同方位回波到时和幅度成像图。超声测控总成3包括至少两个超声测控模块，且超声测控模块对应设置于超声探头模块21的上方，以激励对应的超声探头模块21工作、并实时采集对应超声探头模块21接收的超声脉冲回波信号，同时将全井壁360°范围内所有的脉冲回波的到时和幅度处理成井壁超声成像图信息。在其他实施例中，超声探头模块21及超声测控模块也可沿钻铤1的周向非均匀布置，超声测控模块也可设于超声探头模块21的下方。
如图2所示，超声探头模块21包括超声探头212、外壳组件及平衡活塞214。其中，超声探头212与超声测控总成3连接，且超声探头212密封安装于外壳组件内。平衡活塞214抵设于超声探头212的底端，以自动调节、平衡超声探头212的内外压差，以防止超声探头212的内外压差过大造成超声探头212损坏的发生。超声探头模块21采用模块化设计，超声探头模块21的外侧面与钻井液介质接触，超声探头模块21的内侧面与钻铤1的放置槽12的底面紧密贴合，其形状与放置槽12形状相对应。
进一步地，超声探头模块21还包括两个高压密封塞213。两个高压密封塞213的一端分别通过正负电极引线2126与超声探头212连接，具体的，正负电极引线2126是由超声探头212的压电复合片2121前后两个镀银圆面引出；两个高压密封塞213的另一端与超声测控模块连接，以实现超声探头模块21与超声测控模块的电气连接。
更进一步地，外壳组件包括外壳体211、密封盖板215和密封件216。其中，超声探头212通过位于外壳体211与密封盖板215之间的紧固件固定安装于外壳体211与密封盖板215之间。密封件216设于外壳体211与密封盖板215之间，以及外壳体211与超声探头212之间，密封件216的设置数量只要能够保证密封效果即可。外壳体211、密封盖板215和密封件216的组合设置形式有效防止了钻井液进入外壳组件内，保证了测井安全可靠进行。本实施例中，密封盖板215为圆形盖板。
同时，超声探头模块21还包括减振弹性垫217，减振弹性垫217设于超声探头212与密封盖板215之间，以衰减超声探头212的振动，保证超声探头212的工作可靠性，提高测井准确性。
如图3所示，超声探头212包括保护外壳2127、压电复合片2121、三层匹配层2123～2125和背衬阻尼块2122。其中，压电复合片2121具有正负压电效应，压电复合片2121与超声测控总成3连接，用于发射接收超声波信号；匹配层2123～2125用于与不同类型钻井液介质的声阻抗匹配；背衬阻尼块2122用于衰减压电复合片2121的振动。其组合形成了高灵敏宽带超声换能器，使得超声探头212具有高灵敏度、宽带、窄脉冲等特点，更容易实现与不同类型钻井液介质的声阻抗匹配，使得超声探头212在高压电脉冲激励下产生纯净的厚度振动模式，能够以自发自收方式向井内介质发射大功率的超声脉冲波，以及接收来自井壁界面的脉冲回波信号。
同时，匹配层2123～2125、压电复合片2121、及背衬阻尼块2122从外向内依次粘接，且匹配层2123～2125、压电复合片2121、及背衬阻尼块2122均安装于保护外壳2127内，其结构紧凑、占用空间小。
具体的，压电复合片2121是1-3型压电复合薄片，或者是1-3-2型压电复合薄片，其等效特性阻抗10～20MRayl。背衬阻尼块2122是钨粉混合后浇铸而形成的衰减介质，其阻抗特性4～10MRayl。匹配层2123～2125的每层厚度均采用1/4波长最佳匹配厚度，满足与不同类型钻井液介质或空气介质声阻抗匹配及最大透声性能。
进一步地，超声探头212还包括减振夹层2128。减振夹层2128硫化设于压电复合片2121与保护外壳2127之间，以增加粘接强度，且在钻井时衰减外部振动，提高抗振性能。
如图1所示，钻铤1为无磁钻铤，其使得测量环境不受外界强磁干扰，保证了测井装置的测量准确性。钻铤1的两端设有双母丝扣11，以方便测量装置与外界管柱或外部钻铤连接。钻铤1的两端外侧设有环状耐磨带15，其防止了超声探头总成2与井壁碰撞摩擦。同时，环状耐磨带15上设有过流口，以方便钻井岩屑快速上返至地面。
本实施例中，钻铤1上设有放置超声探头模块21的第一放置槽121、放置超声测控模块的第二放置槽122、连通第一放置槽121与第二放置槽122的第一过线孔13，以及连通第二放置槽122与过线管总成4的第二过线孔17。超声探头模块21通过放置于第一过线孔13的高压密封塞213与超声测控模块连接，超声测控模块通过放置于第二过线孔17的连接器18与过线管总成4连接。其使得超声探头模块21及超声测控模块布局紧凑，且使得各总成间有效连接，保证了测井的有效运行。
进一步地，第一放置槽121和第二放置槽122上下对应布置，且两者深度相同。在其他实施例中，第一放置槽121和第二放置槽122的设置形式及深度只要能够保证超声探头模块21及超声测控模块可靠运行即可，如第一放置槽121和第二放置槽122的深度也可不同。
如图1所示，超声测控模块的各电路单元采用硅胶密封成一长方体形式，超声测控模块通过外侧盖板16密封安装于第二放置槽122内，以防止钻井液进入内部影响超声测控模块的工作。本实施例中，超声测控模块的各电路单元密封形成的长方体尺寸不大于34mm×250mm×15mm。
如图4所示，本实施例中，超声测控模块是内嵌CPU为核心的可编程井下电子线路，其包括激励与信号采集单元32、动态工具面检测单元33、数据处理与存储单元34，以及读数接口单元36，各单元之间通过总线37连接。其中，激励与信号采集单元32与对应的超声探头模块21连接，以激励超声探头模块21工作、并实时采集超声探头模块21的超声脉冲信号。动态工具面检测单元33实时检测超声成像测量点对应的方位角。数据处理与存储单元34根据超声脉冲信号及方位角获得井壁超声图像信息。读数接口单元36与过线管总成4连接，以接收井壁超声图像信息并发送给过线管总成4，达到实时传输井壁超声图像信息的目的。超声测控模块的各单元组合形式使得井壁超声图像可实时获取，解决了油气钻探中水基、油基或合成钻井液及空气钻井过程中难以实时获取高分辨率井壁图像的技术难题，使得现场司钻在钻进过程中可对钻井进行实时指导和决策，其极大地拓展了井下超声成像测井技术的应用范围，为复杂工况钻井过程中井眼轨迹控制和安全高效钻井提供了技术保障。
具体的，激励与信号采集单元32由微控制器、大功率开关管、可变增益放大器和高速模数转换器等组成的二路以上独立的并行激励和采集电路，对超声探头总成2中各个超声探头212进行同步激励，并能够接收、放大、滤波、采集二路以上超声脉冲回波信号，放大倍数-14～46dB可调，14位ADC采样精度。动态工具面检测单元33采用MEMS技术，主要由三轴MEMS加速度计和三轴MEMS磁力计构成，能够接收、采集三分量重力加速度和三分量地磁信号，并能够处理获取重力工具面、磁性工具面等方位信息，提供当前超声成像测量点对应的方位角。数据处理与存储单元34是由数字信号处理器和大容量非易失存储器构成，数据存储能力2GB，能够实现超声脉冲回波全波列的实时处理与成像、方位角规范化处理、内存管理和数据存储等功能。读数接口单元36是由同步时钟和双差分电路构成的高速总线，读取速率5Mbps，用于系统参数、控制时序设置和数据读取等功能，同时还兼有连接外部供电设备功能。如图1所示，读数接口单元36包括与过线管总成4连接的供电、通讯部分，以及单独安装在钻铤1上的具有读数、通讯功能的密封接插件361。
本实施例中，超声测控模块还包括控制单元31和供电电源转换单元35，供电电源转换单元35和控制单元31均与总线37连接。其中，供电电源转换单元35向超声测控总成3供电，具体的，供电电源转换单元35是由一组输出电压24～36VDC高温锂电池组串联而成，或者两组平行排放的输出电压12～18VDC的高温锂电池组串联而成，其能够实现将电池组或外接DC电源转换成系统内部所需的3.3VDC、±5VDC、12VDC电源等功能。控制单元31是整个超声测控总成3的控制处理中心，一方面能够接收外部控制命令，产生系统工作所需的控制时序，协调系统内各部分之间的工作；另一方面能够对休眠、运行、上电模式和定时开关机等四种电源工作模式进行选择。
本发明提供的随钻井壁超声成像测井装置内部配置了供电电源，即供电电源转换单元35；同时也可以通过过线管总成4连接随钻遥测系统提供供电电源。同时，井下钻进过程中既可进行存储式超声成像测井，即数据处理与存储单元34；同时又可进行实时传输超声成像测井，其大大延长了超声成像测井的工作时间。
本实施例中，过线管总成4包括导线48、套管组件和插接件46。其中，超声测控总成3与导线48连接，以实现供电及通讯功能；导线48套设于套管组件内，套管组件的设置有效保护了导线48；插接件46连接于导线48的两端，以与其他测井仪器及传输系统有效连接。本实施例中，插接件46为航空接插件46。
进一步地，套管组件包括从上到下依次螺接的泥浆导流套41、承压套筒42和转换接头43，且各部件的螺纹连接处均设置有密封圈。其中，泥浆导流套41通过锚定螺栓19固定在钻铤1的中部水眼14中，同时，供超声测控总成3与导线48连接的第二过线孔17位于泥浆导流套41上，泥浆导流套41的上下两端各设置有与钻铤1的内壁贴合的两道密封圈44，以防止钻井液介质侵入第二过线孔17内从而造成电子电路失效。承压套筒42的外部嵌套有与钻铤1内壁贴合的4翼或6翼橡胶扶正器45，以保证过线管总成4居中安装在中部水眼14中。转换接头43是两端不同规格的螺纹连接结构，以实现与其他随钻测井仪器通讯机械接口的转换。
同时，导线48包括分段设置于泥浆导流套41、承压套筒42和转换接头43内的导线段，相邻导线段之间均设有插接件46。过线管总成4还包括保护帽47，保护帽47设于套管组件的两端，以防止超声测控总成3短路或损坏的发生。
本实施例中，钻铤1的外径为171.45mm、内径为57.15mm。钻铤1的中部水眼14的直径为57.15mm。环状耐磨带15的厚度为5mm、宽度76mm。在其他实施例中，上述部件的尺寸可根据实际情况进行调整。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，包括带有中部水眼的钻铤，用于发射和接收超声脉冲信号的超声探头总成，用于激励、采集和实时处理超声脉冲信号的超声测控总成，以及用于与外部通讯的过线管总成，其中，所述超声测控总成分别与所述超声探头总成和所述过线管总成连接，所述超声测控总成和所述超声探头总成设于所述钻铤的外侧壁上；所述过线管总成设于所述钻铤的中部水眼中。
2.根据权利要求1所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述超声探头总成包括至少两个超声探头模块，所述超声探头模块沿所述钻铤的周向间隔布置；所述超声测控总成包括至少两个超声测控模块，所述超声探头模块与所述超声测控模块上下对应设置。
3.根据权利要求2所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述超声探头模块包括超声探头、外壳组件及平衡活塞，所述超声探头密封安装于所述外壳组件内；所述平衡活塞抵设于所述超声探头的底端，以调节超声探头内外压差；所述超声探头与所述超声测控模块连接。
4.根据权利要求3所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述超声探头包括保护外壳、用于发射接收超声波信号的压电复合片、多个用于与不同类型钻井液介质的声阻抗匹配的匹配层、以及用于衰减压电复合片振动的背衬阻尼块；所述匹配层、压电复合片及背衬阻尼块从外向内依次粘接，且均封装于所述保护外壳内；所述压电复合片与所述超声测控模块连接。
5.根据权利要求4所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述超声探头还包括在钻井时衰减外部振动的减振夹层，所述减振夹层设于所述压电复合片与所述保护外壳之间。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述外壳组件包括外壳体、密封盖板和防止钻井液进入外壳组件内的密封件，所述超声探头通过位于外壳体与密封盖板之间的紧固件固定安装于所述外壳体与密封盖板之间；所述密封件设于所述外壳体与所述密封盖板之间，以及所述外壳体与所述超声探头之间。
7.根据权利要求2至5中任意一项所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述超声测控模块包括激励与信号采集单元、动态工具面检测单元、数据处理与存储单元，以及读数接口单元，各所述单元之间通过总线连接；所述激励与信号采集单元激励超声探头模块工作、并实时采集超声探头模块的超声脉冲信号；所述动态工具面检测单元实时检测超声成像测量点对应的方位角；所述数据处理与存储单元根据超声脉冲信号及方位角获得井壁超声图像信息；所述读数接口单元接收井壁超声图像信息，并通过过线管总成实时传输。
8.根据权利要求7所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述超声测控模块还包括供电电源转换单元和控制单元，所述供电电源转换单元和控制单元均与所述总线连接；所述供电电源转换单元向超声测控总成供电；所述控制单元控制超声测控总成的工作流程及供电电源转换单元的工作模式。
9.根据权利要求1至5中任意一项所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述过线管总成包括导线、套管组件和插接件，所述导线套设于所述套管组件内，所述插接件连接于所述导线的两端；所述超声测控总成与所述导线连接。
10.根据权利要求2至5中任意一项所述的随钻井壁超声成像测井装置，其特征在于，所述钻铤上设有放置超声探头模块的第一放置槽、放置超声测控模块的第二放置槽、连通第一放置槽与第二放置槽的第一过线孔，以及连通第二放置槽与过线管总成的第二过线孔；所述超声探头模块通过放置于所述第一过线孔的高压密封塞与所述超声测控模块连接，所述超声测控模块通过放置于所述第二过线孔的连接器与所述过线管总成连接。
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