CN201650270U - 用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，涉及无线数据传输设备技术领域，包括下接头、下外筒、上外筒、引线、下谐振管、压电堆和上谐振管；所述的下接头、下外筒、上外筒由下至上依次连接为一体，下外筒和上外筒形成中空的筒体，所述的下谐振管和上谐振管安装于筒体内，所述的压电堆设置在下谐振管和上谐振管之间，传输大功率、高压脉冲信号的引线穿过所述下接头，并沿所述下谐振管中心孔与所述压电堆电连接。本实用新型，一方面解决了现有声波发射装置无法利用连续油管进行声波传播的技术问题，另一方面，还能提高电声转换的效率和声波传播的方向性，使声波发射装置的性能更加可靠。

Description

用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置

技术领域

本实用新型涉及石油天然气工业连续油管作业井底无线数据传输设备技术领域，尤其是井底无线数据传输中的声波发射装置。

背景技术

连续油管作业中井底施工数据的采集和实时数据无线传送技术是提高连续油管施工技术、提高施工效率的重要手段。连续油管作业井底无线数据传输技术是集油气井井下测试技术、高温高压环境下施工监测控制技术和无线数据传输技术于一体的新技术，它利用井底监测仪器采集、存储井下压力、温度、套管节箍位置等数据，利用井下数据编码器将数据转换为声波信号，利用声波发射装置进行无线数据的发射，利用井口传感器监测声波信号、解码还原为原始施工数据、最后传输到地面施工监测系统。由此达到井底施工数据的采集和实时数据无线传送的目的。其中，井底无线数据传输中的声波发射装置是井底施工数据无线传输的关键器件之一。

由于用于井底施工数据的实时无线数据传输中的声波发射装置产生的声波必须利用固体(即连续油管)中传播，所以声波发射装置不能使用常规的空气介质条件下的声波发射装置，必须直接在固体材料中产生声波振动信号，而现有技术中还没有这样的声波发射装置；并且，声波发射装置的优劣直接影响电—声转换效率和声波传播的方向性。因而，设计一种能满足直接在固体材料中产生声波振动信号，并且性能可靠的声波发射装置就显得尤为迫切。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，采用本声波发射装置，一方面解决了现有声波发射装置无法利用连续油管进行声波传播的技术问题，即实现了能直接在固体材料中产生声波振动信号；另一方面，还能提高电声转换的效率和声波传播的方向性，使声波发射装置的性能更加可靠。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：包括下接头、下外筒、上外筒、引线、下谐振管、压电堆和上谐振管；所述的下接头、下外筒、上外筒由下至上依次连接为一体，其中，下接头与声波编码器连接，下外筒和上外筒形成中空的筒体，所述的下谐振管和上谐振管安装于筒体内，所述的压电堆设置在下谐振管和上谐振管之间，上谐振管与连续油管连接，传输大功率、高压脉冲信号的引线穿过所述下接头，并沿所述下谐振管中心孔与所述压电堆电连接。

所述的压电堆包括被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片，陶瓷环片沿筒体径向平铺，上谐振管和下谐振管的端头分别抵在压电堆的顶端和底端。

压电堆还包括压电陶瓷材质的环状套筒，相互重叠的多块压电陶瓷片位于所述环状套筒内，上谐振管和下谐振管的端头分别套入至所述环状套筒内。

所述的压电陶瓷环片是由压电陶瓷经加工定型，并经高压极化形成的。

所述上谐振管的上端沿轴向内凹形成声波引导杯，声波引导杯包括连通为一体的空心圆柱和空心圆锥，空心圆锥的圆锥顶朝向并连通上谐振管中心孔，空心圆柱与连续油管螺纹连接。

所述空心圆锥也可为空心圆台，空心圆台直径较小的那一面朝向并连通上谐振管中心孔。

所述的下接头与声波编码器螺纹连接；下接头和下外筒螺纹连接，下外筒和上外筒螺纹连接，下谐振管和上谐振管均与上外筒螺纹连接。

在各部件的螺纹连接处设有至少一个O形密封圈。

所述的上谐振管伸出上外筒，所述的下谐振管和上谐振管均为圆柱形。下谐振管和上谐振管的形状和长度决定了声波发射装器的谐振频率。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型设计了以压电功能陶瓷为电声材料的声波发射装置。并通过声波引导杯将产生的声波导引到连续油管本体钢材中。压电功能陶瓷经过加工定型形成压电陶瓷环片、并经高压极化。多块压电陶瓷环片叠好，加预应力后形成压电堆。当向发射装置引线中加入高压脉冲电信号后压电陶瓷环片产生柱向伸缩振动。利用声波导引杯将声波振动传入到连续油管中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果表现在：

一、由于本实用新型采用“下接头与声波编码器连接，下谐振管和上谐振管安装于筒体内，压电堆设置在下谐振管和上谐振管之间，上谐振管与连续油管连接，传输大功率、高压脉冲信号的引线穿过下接头，并沿下谐振管中心孔与压电堆电连接”这样的技术方案，与现有技术相比，压电堆产生的声波针对由上谐振管直接传入至连续油管，解决了现有声波发射装置无法利用连续油管进行声波传播的技术问题，即实现了能直接在固体材料中产生声波振动信号。

二、由于本实用新型采用的压电堆为“被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片，陶瓷环片沿筒体径向平铺，上谐振管和下谐振管的端头分别抵在压电堆的顶端和底端”这样的技术方案，当向引线中加入高压脉冲电信号后压电陶瓷环片会产生柱向伸缩振动，从而将声波振动通过上谐振管直接传入至连续油管，进一步解决了现有声波发射装置无法利用连续油管进行声波传播的技术问题，更好地实现了能直接在固体材料中产生性能更加可靠的声波振动信号；同时，在此基础上，本实用新型的压电堆还包括“电陶瓷材质的环状套筒，相互重叠的多块压电陶瓷片位于所述环状套筒内”，这样，所产生的声波更加纯正、电声转换效率更高，多次杂波更少，更加能够满足井下施工监测数据传输的要求。

三、本实用新型采用的“上谐振管的上端沿轴向内凹形成声波引导杯，声波引导杯包括连通为一体的空心圆柱和空心圆锥，空心圆锥的圆锥顶朝向并连通上谐振管中心孔，空心圆柱与连续油管螺纹连接”这样的技术方案，能进一步将由压电堆产生的声波信号放大，从而进一步骤地提高了电声转换的效率；同时，由于采用声波引导杯，可使声波传播的方向性得到有效保证。

四、本实用新型采用的“在各部件的螺纹连接处设有至少一个O形密封圈”这样的技术方案，能够进一步提高电声转换的效率，同时，能进一步保证本实用新型能够在高温、高压的液体介质中的密封性能。

五、本实用新型采用的“上谐振管伸出上外筒，所述的下谐振管和上谐振管均为圆柱形”，这样能发挥本实用新型的各项最佳性能，同时，本实用新型原理清楚、构思巧妙，结构简单，可广泛应用于声波信息传输等各个领域。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型的结构示意图

图中标记：

1、下接头，2、下外筒，3、引线，4、下谐振管，5、压电堆，6、上外筒，7、上谐振管，8、压电陶瓷环片，9、环状套筒，10、声波引导杯，11、空心圆柱，12、空心圆台，13、O形密封圈。

具体实施方式

实施例1

本实用新型公开了一种用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，包括下接头1、下外筒2、上外筒6、引线3、下谐振管4、压电堆5和上谐振管7；所述的下接头1、下外筒2、上外筒6由下至上依次连接为一体，其中，下接头1与声波编码器连接，下外筒2和上外筒6形成中空的筒体，所述的下谐振管4和上谐振管7安装于筒体内，所述的压电堆5设置在下谐振管4和上谐振管7之间，上谐振管7与连续油管连接，传输大功率、高压脉冲信号的引线3穿过所述下接头1，并沿所述下谐振管4中心孔与所述压电堆5电连接。

实施例2

作为本实用新型一较佳实施方式，在实施例1的基础上，所述的压电堆5包括被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片8，陶瓷环片沿筒体径向平铺，上谐振管7和下谐振管4的端头分别抵在压电堆5的顶端和底端。

实施例3

在实施例2的基础上，压电堆5还包括压电陶瓷材质的环状套筒9，相互重叠的多块压电陶瓷片位于所述环状套筒9内，上谐振管7和下谐振管4的端头分别套入至所述环状套筒9内。

实施例4

作为本实用新型一较佳实施方式，在实施例1、2或3任意一个的基础上，所述上谐振管7的上端沿轴向内凹形成声波引导杯10，声波引导杯10包括连通为一体的空心圆柱11和空心圆锥，空心圆锥的圆锥顶朝向并连通上谐振管7中心孔，空心圆柱11与连续油管螺纹连接。

空心圆锥也可为空心圆台12，空心圆台12直径较小的那一面朝向并连通上谐振管7中心孔。

实施例5

作为本实用新型的最佳实施方式，参照说明书附图1，在实施例4的基础上，所述的下接头1与声波编码器螺纹连接；下接头1和下外筒2螺纹连接，下外筒2和上外筒6螺纹连接，下谐振管4和上谐振管7均与上外筒6螺纹连接。在各部件的螺纹连接处设有至少一个O形密封圈13。所述的上谐振管7伸出上外筒6，所述的下谐振管4和上谐振管7均为圆柱形。下谐振管4和上谐振管7的形状和长度决定了声波发射装器的谐振频率。

技术原理：由于用于井底施工数据的实时无线数据传输中的声波发射装置产生的声波必须在固体(连续油管)中传播，所以声波发射装置不能使用常规的空气介质条件下的声波发射装置。必须直接在固体材料中产生声波振动信号。为此设计了以压电功能陶瓷为电声材料的声波发射装置。并通过声波引导杯10将产生的声波导引到连续油管本体钢材中。压电功能陶瓷经过加工定型形成压电陶瓷环片8、并经高压极化。多块压电陶瓷环片8叠好，加预应力后形成压电堆5。当向发射装置引线3中加入高压脉冲电信号后压电陶瓷环片8产生柱向伸缩振动。利用声波导引杯将声波振动传入到连续油管中。

当给引线3供给大功率、高压脉冲信号，压电堆5随脉冲信号在柱向上做伸缩振动。振动波经过上谐振管7上的声波导引杯将声波引入环形管中。上下谐振管4的形状和长度决定了声波发射装器的谐振频率。上下接头1负责与连续油管和声波编码器间的连接。各密封圈保证声波发射装置在高温、高压的液体介质中密封。

Claims (8)

1.一种用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：包括下接头(1)、下外筒(2)、上外筒(6)、引线(3)、下谐振管(4)、压电堆(5)和上谐振管(7)；所述的下接头(1)、下外筒(2)、上外筒(6)由下至上依次连接为一体，其中，下接头(1)与声波编码器连接，下外筒(2)和上外筒(6)形成中空的筒体，所述的下谐振管(4)和上谐振管(7)安装于筒体内，所述的压电堆(5)设置在下谐振管(4)和上谐振管(7)之间，上谐振管(7)与连续油管连接，传输大功率、高压脉冲信号的引线(3)穿过所述下接头(1)，并沿所述下谐振管(4)中心孔与所述压电堆(5)电连接。

2.根据权利要求1所述的用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：所述的压电堆(5)包括被施加预应力并相互重叠而形成一体的多块压电陶瓷环片(8)，陶瓷环片沿筒体径向平铺，上谐振管(7)和下谐振管(4)的端头分别抵在压电堆(5)的顶端和底端。

3.根据权利要求2所述的用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：压电堆(5)还包括压电陶瓷材质的环状套筒(9)，相互重叠的多块压电陶瓷片位于所述环状套筒(9)内，上谐振管(7)和下谐振管

(4)的端头分别套入至所述环状套筒(9)内。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：所述上谐振管(7)的上端沿轴向内凹形成声波引导杯(10)，声波引导杯(10)包括连通为一体的空心圆柱(11)和空心圆锥，空心圆锥的圆锥顶朝向并连通上谐振管(7)中心孔，空心圆柱(11)与连续油管螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：所述空心圆锥也可为空心圆台(12)，空心圆台(12)直径较小的那一面朝向并连通上谐振管(7)中心孔。

6.根据权利要求4所述的用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：所述的下接头(1)与声波编码器螺纹连接；下接头(1)和下外筒(2)螺纹连接，下外筒(2)和上外筒(6)螺纹连接，下谐振管(4)和上谐振管(7)均与上外筒(6)螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：在各部件的螺纹连接处设有至少一个O形密封圈(13)。

8.根据权利要求4所述的用于连续油管作业井底无线数据传输的声波发射装置，其特征在于：所述的上谐振管(7)伸出上外筒(6)，所述的下谐振管(4)和上谐振管(7)均为圆柱形。

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