CN216026026U - 一种井下随钻测井用冲激声源放电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种井下随钻测井用冲激声源放电装置，包括储能设备和电极，所述电极包括正针电极和负针电极，所述正电极和负电极分别通过信号线与储能设备连接，且所述正针电极与所述负针电极对称排列安装在钻铤的侧壁上；所述正针电极与所述负针电极结构完全相同，且所述正针电极与所述负针电极尖端相对；所述正针电极包括圆柱体电极和半球形尖端；所述正针电极和负针电极均采用405不锈钢材料。本实用新型的放电装置可增大电场轻度，有效地解决电晕放电不稳定，无规律的问题，而且在水域环境中可轻松激发出声波，分析起来更简单。

Description

一种井下随钻测井用冲激声源放电装置

技术领域

本实用新型涉及石油测井技术领域，尤其涉及一种井下随钻测井用冲激声源放电装置。

背景技术

随着科学技术和经济的发展，高压脉冲放电技术也得到了迅速发展，使脉冲源越来越适用于更多领域，液电效应相关的应用研究也被广泛深入的开展并取得很大突破，其解决了很多工程技术上的难题，是一种新颖的多功能的现代技术手段。而且水下冲激声源可以产生比一般声源高得多的声源级，具有广谱覆盖、重复频率高、发射脉冲窄、峰值能量大、应用范围较广，比其他声源更安全。

冲激声源是利用高压脉冲放电技术产生的一种新型声源，其发声原理是高压脉冲储能电容器瞬间放电形成巨大的脉冲电流，使电场能直接转换成机械能(声能)。水下冲激声源的产生机理根本上来说是利用液电效应，在极短的时间(μs量级)内，高压电场在具有不可压缩性和惯性的液体介质中执行水下放电过程，液电效应的主要元件是储能设备与电极结构，但是现有的水下冲激声源放电装置容易出现电晕放电不稳定，无规律的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本实用新型旨在提供一种井下随钻测井用冲激声源放电装置，可增大电场轻度，有效地解决电晕放电不稳定，无规律的问题，而且在水域环境中可轻松激发出声波，分析起来更简单。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种井下随钻测井用冲激声源放电装置，包括储能设备和电极，其特征在于：所述电极包括正针电极和负针电极，所述正针电极和负针电极分别通过信号线与储能设备连接，所述正针电极与所述负针电极尖端相对，且所述正针电极与所述负针电极对称排列安装在钻铤的侧壁上。

进一步的，所述正针电极与所述负针电极结构完全相同，且所述正针电极与所述负针电极尖端之间的电极间隙为4mm。

进一步的，所述正针电极包括圆柱体电极和半球形尖端，所述圆柱体电极的横截面半径为5mm，长度为50mm；所述半球形尖端的半球半径为5mm。

进一步的，所述正针电极和负针电极均采用405不锈钢材料。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型的改进之处在于，

1、本实用新型的冲激声源放电装置采用正针电极和负针电极尖端相对的电极结构，当用信号线对正针电极和负针电极施加高脉冲电压时,电极附近水分子被电离，随着周围的水溶性介质连续气化和电离形成离子团，该离子团向另一极移动形成电离通道为电火花击穿创造条件，随后在储能设备对电极施加脉冲电压时在电极附近形成放电电弧，集中在放电通道中的能量会使得通道中的水介质受热向外做功，最终产生强烈的冲击波；在正针电极和负针电极的配合作用下，很好的达到了电晕放电的目的，可有效地解决电晕放放电不稳定，无规律的问题，而且在水域环境中可轻松激发出声波，分析起来更简单；

2、本实用新型的冲激声源放电装置中正针电极和负针电极均包括圆柱体电极和半球形尖端，圆柱体电极长度为50mm，横截面半径为5mm，半球形尖端半径为5mm，电极体积小，结构简单，安装拆除方便，避免了对钻铤空间尺寸的影响；

3、本实用新型的冲激声源放电装置中正针电极和负针电极选择405不锈钢材料，熔点高，有极强的抗震动及高温高压的能力，并且不锈钢材料导电性好，水下电弧放电更容易发生，激发出的冲激声波更稳定。

附图说明

图1为本实用新型冲激声源放电装置安装位置示意图。

图2为本实用新型冲激声源放电装置结构示意图。

图3为本实用新型冲激声源放电装置的电极结构示意图。

图4为本实用新型正针电极结构示意图。

图5为本实用新型电极充放电等效电路图。

其中：1-正针电极，101-圆柱体电极，102-半球形尖端，2-负针电极，3-信号线，4-电极间隙，100-冲激声源放电装置，200-地层，300-泥浆，400-钻铤，500-环槽，600-接收阵列。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-5所示的一种井下随钻测井用冲激声源放电装置，包括储能设备和电极，所述储能设备具体是一些外部的电气设备，比如开关电源、可控直流高压电源等(图中未示出)；所述电极包括正针电极1和负针电极2，所述正针电极1和负针电极2分别通过信号线3与储能设备连接，所述正针电极1与所述负针电极2尖端相对，且所述正针电极1与所述负针电极2对称排列安装在钻铤400的侧壁上，具体的，所述正针电极1和负针电极2可采用焊接、胶封或者卡扣连接的方式与钻铤400固定安装，所述正针电极1和所述负针电极2的尖端露在钻铤400的外部，易于发射冲激波，其他部分固定在钻铤400的内部。

进一步的，所述正针电极1与所述负针电极2结构完全相同，且所述正针电极1与所述负针电极2尖端之间的电极间隙4为4mm。

进一步的，所述正针电极1包括圆柱体电极101和半球形尖端102，所述圆柱体电极101和半球形尖端102一体成型，所述圆柱体电极101的横截面半径为5mm，长度为50mm；所述半球形尖端102的半球半径为5mm。所述正针电极1和负针电极2体积较小，使其结构更加简单，安装拆卸更加方便，避免了对钻铤400空间尺寸的影响。

进一步的，所述正针电极1和负针电极2均采用405不锈钢材料，密度：7900kg/m³，导热系数：17W/m*K；密度：7.75kg/dm³，熔点：1480-1530℃，比热容(0-100℃)：480，热导率100℃：24.2W/m*k；线胀系数：10.8m/℃，电阻率：0.6Ω·m；405不锈钢材料熔点高，有极强的抗震动及高温高压的能力，并且不锈钢材料导电性好，水下电弧放电更容易发生，激发出的冲激声波更稳定。

本实用新型的工作原理：在使用时，本申请中的冲激声源放电装置100安装在钻铤400的外侧壁上，且位于钻铤400的环槽500下方，环槽500上方还设有接收阵列600(接收阵列600负责接收来自地层的声波信息，相当于声波传感器，与本申请中的冲击声源放电装置之间没有必然联系)，将钻铤400下入地层200的泥浆300中，冲激声源放电装置100的正针电极1和负针电极2分别通过信号线3连接到外部电气设备，信号线3用的是耐高压、耐腐蚀、抗氧化、抗干扰的数据电缆线，当用信号线3对正针电极1和负针电极2施加高脉冲电压时，电极附近水分子被电离，随着周围的水溶性介质连续气化和电离形成离子团，该离子团向另一极移动形成电离通道为电火花击穿创造条件，随后在储能设备对电极施加脉冲电压时在电极附近形成放电电弧，集中在放电通道中的能量会使得通道中的水介质受热向外做功，最终产生强烈的冲击波。

本申请中正针电极1和负针电极2充放电等效电路图如附图5所示，图5中AC是交流电源，T1、T2是线圈，C是储能电容，G是开关，R是电阻，L是电感，E就是针针电极结构。交流源通过T1给T2充电，T2给C充电，充到一定程度闭合G，C中的能量加载到电极两端实现电极放电。

正针电极1和负针电极2的工作状态变化分别为：

在正针电极1附近，汇聚了大量的正空间电荷，贴着针电极的场强会减弱，外部空间的场强会稍微加强。电场加强的外部空间电场产生新的电子崩，其电子会被正电荷空间吸引进去，扩大了电离区就而外部空间电场的正离子把强电场区向前推移，使得电离区域进一步加强延伸，遂渐向负针电极2靠近。

在负针电极2附近，具有很强的强电场区，其含有大量的电子崩。电子崩中的电子在强电场的作用下，离开强电场区不在引起电离。而正离子则向负针电极2运动，在负针电极附近聚集了大量的正空间电荷，使得电极附近的强电场发生崎变。负针电极2附近的电场强度逐渐加大，放电逐渐达到自持放电条件，开始形成电晕放电。当负针电极2电压不够高时，电离区域仅限于负针电极与电子崩外沿之间的区域。当负针电极2的电压高到电子崩前方有足够强的电场发展新的电子崩后，新电子崩的正离子使得原电子崩前沿的电场增强，又产生大量的新的电子崩，从而使得电离区域向正针电极靠近。随着电离区域向正针电极1推进，从正针电极1上产生了相应的电离区域。当它们相遇后，放电过程会从交汇节点迅速向两端发展。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种井下随钻测井用冲激声源放电装置，包括储能设备和电极，其特征在于：所述电极包括正针电极(1)和负针电极(2)，所述正针电极(1)和负针电极(2)分别通过信号线(3)与储能设备连接，所述正针电极(1)与所述负针电极(2)尖端相对，且所述正针电极(1)与所述负针电极(2)对称排列安装在钻铤(400)的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种井下随钻测井用冲激声源放电装置，其特征在于：所述正针电极(1)与所述负针电极(2)结构完全相同，且所述正针电极(1)与所述负针电极(2)尖端之间的电极间隙(4)为4mm。

3.根据权利要求2所述的一种井下随钻测井用冲激声源放电装置，其特征在于：所述正针电极(1)包括圆柱体电极(101)和半球形尖端(102)，所述圆柱体电极(101)的横截面半径为5mm，长度为50mm；所述半球形尖端(102)的半球半径为5mm。

4.根据权利要求1所述的一种井下随钻测井用冲激声源放电装置，其特征在于：所述正针电极(1)和负针电极(2)均采用405不锈钢材料。

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