RU178548U1

RU178548U1 - CROSSDIPOLE SPEAKER LINE WELL RECEIVER

Info

Publication number: RU178548U1
Application number: RU2017119990U
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Байгузов; Сергей Геннадиевич Богомолов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КАРСАР"
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-04-06

Abstract

Полезная модель относится к области геологических исследований скважин и предназначена для одновременной регистрации продольных и поперечных акустических волн в открытом или закрытом стволе скважин. Устройство содержит корпус с электровыводами, колпак, пьезоэлемент, прикрепленный к корпусу и расположенный внутри колпака. При этом токопроводящие поверхности пьезоэлемента соединены с электровыводами, между пьезоэлементом и колпаком залита диэлектрическая жидкость, а между корпусом и колпаком расположено уплотнительное кольцо. Пьезоэлемент выполнен в форме диска и прикреплен к торцу корпуса посредством маслобензостойкого силиконового клея. Корпус выполнен из полиэфирэфиркетона. Технический результат заключается в повышении прочности приемника за счет упрощения его конструкции и при этом обеспечения надежного соединения его элементов. 1 з.п. ф-лы; 1 ил.The utility model relates to the field of geological research of wells and is intended for the simultaneous registration of longitudinal and transverse acoustic waves in an open or closed wellbore. The device comprises a housing with electrical terminals, a cap, a piezoelectric element attached to the housing and located inside the cap. In this case, the conductive surfaces of the piezoelectric element are connected to electrical leads, a dielectric fluid is poured between the piezoelectric element and the cap, and a sealing ring is located between the body and the cap. The piezoelectric element is made in the form of a disk and is attached to the end face of the housing by means of oil and petrol resistant silicone glue. The case is made of polyetheretherketone. The technical result consists in increasing the strength of the receiver by simplifying its design and at the same time ensuring a reliable connection of its elements. 1 s.p. f-ly; 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области геологических исследований скважин и предназначена для одновременной регистрации продольных и поперечных акустических волн в открытом или закрытом стволе скважин.The utility model relates to the field of geological research of wells and is intended for the simultaneous registration of longitudinal and transverse acoustic waves in an open or closed wellbore.

Как известно, экстремальные условия в скважинах оказывают негативное влияние на приборы каротажа: бурильные трубы, бурильная колонна бьются о стенки скважины, подвергая ударам оборудование, в т.ч. чувствительные пьезоэлементы. Внутрискважинная буровая среда также создает неблагоприятные условия для работы приборов каротажа. Поэтому одной из важных задач является повышение прочности и надежности работы приборов в условиях внешних воздействий (высокие температуры, ударные нагрузки, агрессивное воздействие буровой жидкости на конструкцию и др.).As you know, extreme conditions in wells have a negative impact on logging tools: drill pipes, drill string beat against the walls of the well, subjecting equipment to impacts, including sensitive piezoelectric elements. The downhole drilling environment also creates adverse conditions for the operation of logging tools. Therefore, one of the important tasks is to increase the strength and reliability of devices under external influences (high temperatures, shock loads, aggressive effect of drilling fluid on the structure, etc.).

Известен чувствительный пьезокерамический элемент с накладками, предназначенный для применения в скважинном акустическом преобразователе при геофизических исследованиях в скважинах (см. патент на изобретение RU 2012020, МПК G01V 1/40, опубл. 30.04.1994). Чувствительный пьезокерамический элемент выполнен в виде продольно поляризованной трубки с сигнальным кольцевым электродом, размещенным по ее середине, при этом корпус выполнен из материала с акустической жесткостью, соизмеряемой с акустической жесткостью жидкости, заполняющей трубчатый корпус, длина последнего равна или более четверти длины волны на низшей частоте принимаемого сигнала, а отражатели соединены между собой по оси преобразователя несущей штангой.A sensitive piezoceramic element with overlays is known for use in a borehole acoustic transducer for geophysical surveys in wells (see patent for invention RU 2012020, IPC G01V 1/40, publ. 30.04.1994). The sensitive piezoceramic element is made in the form of a longitudinally polarized tube with a signal ring electrode located in its middle, while the body is made of material with acoustic stiffness commensurate with the acoustic stiffness of the liquid filling the tubular body, the length of the latter being equal to or more than a quarter of the wavelength at the lower frequency the received signal, and the reflectors are interconnected along the axis of the transducer by a supporting rod.

Известен приемник, предназначенный для применения в модуле акустического каротажа при геофизических исследованиях в скважинах (см. патент на полезную модель RU 17633, МПК G01V 1/40, опубл. 10.04.2001). Каждый приемник выполнен в форме пьезокерамической сферы и закреплен в герметичном контейнере, образованном оболочкой из фторопласта, в один торец которой ввинчена заглушка с заливочным отверстием и винтом уплотнителя электроввода, а во второй вставлен подвижный поршень.A well-known receiver intended for use in the module of acoustic logging during geophysical surveys in wells (see patent for utility model RU 17633, IPC G01V 1/40, publ. 10.04.2001). Each receiver is made in the form of a piezoceramic sphere and fixed in an airtight container formed by a fluoroplastic shell, a plug with a filling hole and an electric input seal screw is screwed into one end of it, and a movable piston is inserted into the second.

Недостатком данных аналогов является сложность конструкции и, как следствие, недостаточная прочность приемников.The disadvantage of these analogues is the design complexity and, as a result, the insufficient strength of the receivers.

Известен пьезоэлектрический датчик давления, предназначенный для применения в аппаратуре для выявления заколонных перетоков флюидов в обсаженных скважинах (см. A piezoelectric pressure sensor is known for use in apparatus for detecting annular fluid flows in cased wells (see

патент на изобретение RU 2069373, МПК G01V 1/16, G01V 1/40, опубл. 20.11.1996). Пьезоэлектрический датчик давления содержит корпус с электровыводами и пьезоэлемент, токопроводящие поверхности которого соединены с электровыводами. Пьезоэлемент выполнен в виде тонкостенного радиально-поляризованного цилиндра из керамики и размещен внутри оболочки из компаунда с наполнителем, прикрепленной к корпусу, и имеет сквозной паз 6 по образующей цилиндра.patent for invention RU 2069373, IPC G01V 1/16, G01V 1/40, publ. 11/20/1996). The piezoelectric pressure sensor comprises a housing with electrical leads and a piezoelectric element, the conductive surfaces of which are connected to electrical leads. The piezoelectric element is made in the form of a thin-walled radially polarized ceramic cylinder and is placed inside the compound shell with a filler attached to the body and has a through groove 6 along the cylinder generatrix.

Недостатком известного решения также является низкая прочность и высокий расход компаунда при изготовлении.A disadvantage of the known solution is also the low strength and high consumption of the compound in the manufacture.

Наиболее близким к предлагаемоту техническому решению является приемник аппаратуры акустического каротажа (А.с. №1702335, МПК: G01V 1/40), содержащий размещенные в защитном колпаке пьезокерамическую сферу с горловиной, закрепленную на стержне эпоксидной смолой, и корпус, заполненный диэлектрическим материалом, при этом стержень закреплен на фторопластовой втулке, которая удерживается на корпусе приемника. Защитный колпак из фторопласта через уплотнение закреплен на корпусе. Сфера и колпак заполнены диэлектрической жидкостью.The technical solution closest to the proposed solution is an acoustic logging receiver (A.S. No. 1702335, IPC: G01V 1/40) containing a piezoceramic sphere with a neck, mounted on the rod with epoxy resin, and a body filled with dielectric material, while the rod is mounted on a fluoroplastic sleeve, which is held on the receiver body. The protective cap made of fluoroplastic through the seal is mounted on the housing. The sphere and cap are filled with dielectric fluid.

Недостатком данного приемника является низкая прочность и сложность конструкции.The disadvantage of this receiver is the low strength and complexity of the design.

Известные из уровня техники приемники акустического каротажа обладают достаточно сложной конструкцией, обусловленной сложностью форм составных элементов, в т.ч. пьезоэлементов, из чего вытекает необходимость применения дополнительных соединительных деталей и технологических операций для крепления пьезоэлементов, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности и надежности приемников. Пьезоэлементы цилиндрической формы характеризуются повышенной хрупкостью. Использование пьезоэлемента в виде цилиндра, например, по патенту RU 2069373, также связано с необходимостью вытачивания паза по образующей цилиндра, что может привести к его легкой деформации и нарушении целостности в процессе эксплуатации. Использование пьезоэлемента в виде сферы по А.с. №1702335 (прототип), связано с необходимостью ее крепления на стержне, который, в свою очередь, крепится на фторопластовой втулке, удерживаемой на корпусе приемника, при этом жесткое соединение сферы со стержнем осуществлено с помощью эпоксидной смолы. Однако за счет малой площади склеиваемых поверхностей данное соединение не обладает достаточной прочностью и надежностью. Кроме того, использование втулки для крепления пьезоэлемента к корпусу, может приводить к дополнительной разбалансировки прибора и потере прочности.Acoustic logging receivers known from the prior art have a rather complicated structure, due to the complexity of the shapes of the constituent elements, including piezoelectric elements, which implies the need for additional connecting parts and technological operations for fastening the piezoelectric elements, which, in turn, leads to a decrease in the strength and reliability of the receivers. Piezoelectric elements of a cylindrical shape are characterized by increased fragility. The use of a piezoelectric element in the form of a cylinder, for example, according to patent RU 2069373, is also associated with the need to grind the groove along the generatrix of the cylinder, which can lead to its easy deformation and violation of the integrity during operation. The use of a piezoelectric element in the form of a sphere according to A.S. No. 1702335 (prototype), is associated with the need for its fastening on the rod, which, in turn, is mounted on a fluoroplastic sleeve held on the receiver body, while the sphere is rigidly connected to the rod using epoxy resin. However, due to the small area of glued surfaces, this connection does not have sufficient strength and reliability. In addition, the use of a sleeve for attaching the piezoelectric element to the housing may lead to additional imbalance of the device and loss of strength.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение прочности приемника за счет упрощения его конструкции и обеспечения при этом надежного соединения его элементов.The technical result of the claimed utility model is to increase the strength of the receiver by simplifying its design and ensuring reliable connection of its elements.

Указанный технический результат достигается тем, что в приемнике скважинного прибора кроссдипольного акустического каротажа, содержащем корпус с электровыводами, колпак, пьезоэлемент, прикрепленный к корпусу и расположенный внутри колпака, при этом токопроводящие поверхности пьезоэлемента соединены с электровыводами, между пьезоэлементом и колпаком залита диэлектрическая жидкость, а между корпусом и колпаком расположено уплотнительное кольцо, согласно предлагаемому решению, пьезоэлемент выполнен в форме диска и прикреплен к торцу, корпуса посредством маслобензостойкого силиконового клея.The specified technical result is achieved by the fact that in the receiver of the cross-dipole acoustic logging tool comprising a body with electric leads, a cap, a piezoelectric element attached to the body and located inside the cap, while the conductive surfaces of the piezoelectric element are connected to the electrical leads, the fluid is filled in between the piezoelectric element and the cap, and dielectric a sealing ring is located between the housing and the cap, according to the proposed solution, the piezoelectric element is made in the form of a disk and attached to the end , housings with oil and petrol resistant silicone glue.

Корпус выполнен из полиэфирэфиркетона.The case is made of polyetheretherketone.

- Использование пьезоэлемента в виде диска позволяет осуществить его крепление непосредственно к торцу корпуса приемника, исключив использование стержней, втулок и других держателей, требующихся для фиксации сферического пьезоэлемента. При этом увеличивается площадь соприкосновения пьезоэлемента с корпусом в месте его крепления, и, тем самым, повышается жесткость соединения пьезоэлемента с корпусом по всей установочной поверхности. Кроме того, при такой реализации соединения большая часть корпуса находится под колпаком, что повышает прочность приемника, в отличие от прототипа, где корпус стыкуется с защитным колпаком. Использование в качестве компаунда для крепления пьезоэлемента - маслобензостойкого силиконового клея, имеющего хорошую адгезию к керамике и отверждающегося в процессе полимеризации его компонентов, обеспечивает прочность клеевого соединения. При этом соединение остается прочным в течение длительного времени и не разрушается при долговременном воздействии на него диэлектрической жидкости. Как известно, силиконовый клей обладает высоким температурным коэффициентом расширения (в 5-10 раз больше по сравнению с эпоксидным и термопластичным), при этом является эластичным и обладает невысокой твердостью. Относительное удлинение (сжатие) силиконового клея может достигать 700%, что позволяет с легкостью поглощать (демпфировать) удары и вибрации, в связи с чем силиконовый клей не вызывает отрыва компонентов, деформации, разрушения конструкции. Кроме того, силиконовый клей, в отличие от других (полиуретановых, эпоксидных, циано-крилатных, термопластичных и т.д.), способен продолжительно работать в широком диапазоне температур от -45°С до + 200°С (А. Савельев. Выбор силиконовых клеев-герметиков для сборки электроники. Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», декабрь 2010, №6; Е.Б. Свиридов, В.К. Дубовый. Книга о полимерах: свойства и применение, история и сегодняшний день материалов на основе высокомолекулярных соединений. Сев. (Арктич.) федер. ун-т - 2-е изд., испр. и доп. - Архангельск: САФУ, 2016. - 392 с).- The use of a piezoelectric element in the form of a disk allows it to be mounted directly to the end of the receiver body, eliminating the use of rods, bushings and other holders required to fix the spherical piezoelectric element. This increases the area of contact of the piezoelectric element with the housing in the place of its attachment, and thereby increases the rigidity of the connection of the piezoelectric element with the housing throughout the mounting surface. In addition, with this implementation of the connection, most of the housing is located under the hood, which increases the strength of the receiver, in contrast to the prototype, where the housing is joined with a protective cap. Use as a compound for attaching a piezoelectric element - an oil-and-oil-resistant silicone adhesive having good adhesion to ceramics and curing during the polymerization of its components, ensures the strength of the adhesive bond. In this case, the connection remains strong for a long time and does not deteriorate when exposed to a dielectric fluid for a long time. As you know, silicone glue has a high temperature coefficient of expansion (5-10 times more than epoxy and thermoplastic), while it is elastic and has a low hardness. The relative elongation (compression) of silicone glue can reach 700%, which makes it easy to absorb (damp) shock and vibration, and therefore silicone glue does not cause separation of components, deformation, or destruction of the structure. In addition, silicone glue, unlike others (polyurethane, epoxy, cyano-crylate, thermoplastic, etc.), is able to work continuously in a wide temperature range from -45 ° С to + 200 ° С (A. Savelyev. Choice silicone sealant adhesives for electronics assembly. Surface Mount Newsletter, December 2010, No. 6; EB Sviridov, VK Dubovy. Book about polymers: properties and applications, history and present of materials based on high molecular weight compounds Northern (Arctic) Federal University - 2nd ed., Rev. and additional - Arkhangelsk: S AFU, 2016 .-- 392 s).

Дополнительную прочность приемнику может придавать выполнение корпуса из полиэфирэфиркетона (PEEK), который представляет собой прочный термопластичный полимер, обладающий хорошим собственным демпфированием и являющийся устойчивым к механическим и химическим воздействиям, а также к воздействиям температур и давлений (И.А, Барвинский, И.Е. Барвинская. Справочник по литьевым термопластичным материалам; http://www.engplast.ru/content.php?663-PEEK). Материал PEEK по сравнению с фторопластом, используемым в А.с..№1702335, имеет прочность в три раза большую: предел прочности до 100 МПа у PEEK против 30 МПа у фторопласта 4, при этом плотность материала PEEK ниже чем у фторопласта, что обеспечивает лучшую акустическую изоляцию пьезоэлемента от корпуса скважинного прибора.Additional strength to the receiver can be given by the execution of a polyetheretherketone (PEEK) case, which is a durable thermoplastic polymer with good intrinsic damping and resistant to mechanical and chemical influences, as well as to the effects of temperatures and pressures (I.A., Barvinsky, I.E. Barvinskaya. Handbook of injection thermoplastic materials; http://www.engplast.ru/content.php?663-PEEK). Compared to the fluoroplastic used in A.s .. No. 1702335, PEEK material has a strength three times greater: tensile strength up to 100 MPa for PEEK versus 30 MPa for fluoroplast 4, while the density of the PEEK material is lower than that of fluoroplastic, which ensures better acoustic isolation of the piezoelectric element from the body of the downhole tool.

Таким образом, заявляемый технический результат достигается за счет использования пьезоэлемента более простой дисковой формы, позволяющей минимизировать количество составных деталей (упростить конструкцию приемника), исключив дополнительные элементы для крепления пьезоэлемента на корпусе. При этом жесткое и прочное соединение дискового пьезоэлемента с корпусом осуществляется при помощи обычной операции склейки посредством маслобензостойкого силиконового клея. Следует отметить, что выполнение данного соединения не требует затрат квалифицированного труда и высокой точности обработки соединяемых деталей, что безусловно позволяет существенно снизить трудоемкость при изготовлении приемника и, как следствие, снизить его стоимость. Кроме того, в отличие от сферических и цилиндрических пьезоэлементов, плоские пьезокерамические изделия проще в изготовлении, могут быть получены любой формы и размером, в частности, при резке пьезокерамической пластины (листа) фокусированным лазерным лучом по контуру вырезаемой детали или методом прессования.Thus, the claimed technical result is achieved through the use of a piezoelectric element of a simpler disk shape, which allows to minimize the number of component parts (to simplify the design of the receiver), eliminating additional elements for attaching the piezoelectric element to the housing. In this case, a rigid and durable connection of the disk piezoelectric element with the housing is carried out using the usual gluing operation by means of oil-resistant silicone glue. It should be noted that the implementation of this connection does not require skilled labor and high precision machining of connected parts, which certainly allows to significantly reduce the complexity in the manufacture of the receiver and, as a result, reduce its cost. In addition, unlike spherical and cylindrical piezoelectric elements, flat piezoceramic products are easier to manufacture, can be obtained in any shape and size, in particular, when cutting a piezoceramic plate (sheet) with a focused laser beam along the contour of the cut part or by pressing.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена конструкция приемника. Позициями на чертеже обозначены:The utility model is illustrated in the drawing, which shows the design of the receiver. The positions in the drawing indicate:

1 - корпус;1 - housing;

2 - пьезоэлемент;2 - a piezoelectric element;

3 - электровывод;3 - electrical output;

4 - колпак;4 - a cap;

5 - уплотнительное кольцо;5 - a sealing ring;

6 - компаунд;6 - compound;

7 - диэлектрическая жидкость.7 - dielectric fluid.

Заявляемый приемник предназначен для регистрации акустических колебаний при установке в скважинный прибор кроссдипольного акустического каротажа (на чертеже не показан), состоящий из трех модулей - модуля излучателей, модуля памяти и модуля приемников.The inventive receiver is intended for recording acoustic oscillations when installing a cross-dipole acoustic logging tool (not shown) in a downhole tool, consisting of three modules — emitter module, memory module, and receiver module.

Приемник содержит корпус 1 с цилиндрической частью и электровыводами 3, а также пьезоэлемент 2, имеющий форму диска и прикрепленный к торцу цилиндрической части корпуса 1 при помощи компаунда 6. Токопроводящие поверхности пьезоэлемента 2 соединены с электровыводами 3 корпуса 1. Приемник содержит колпак 4, выполненный в форме стакана, внутри которого вблизи дна расположен пьезоэлемент 2 и, соответственно, прикрепленная к пьезоэлементу цилиндрическая часть корпуса 1. Между пьезоэлементом 2 и колпаком 4 залита диэлектрическая жидкость 7, а для препятствия ее вытекания пространство между корпусом 1 и колпаком 4 герметизировано при помощи уплотнительного кольца 5.The receiver contains a housing 1 with a cylindrical part and electrical leads 3, as well as a piezoelectric element 2 having a disk shape and attached to the end of the cylindrical part of the housing 1 using compound 6. The conductive surfaces of the piezoelectric element 2 are connected to the electrical leads 3 of the housing 1. The receiver contains a cap 4 made in in the form of a glass, inside of which near the bottom there is a piezoelectric element 2 and, accordingly, a cylindrical part of the housing 1 attached to the piezoelectric element. Dielectric liquid 7 is poured between the piezoelectric element 2 and cap 4, and for its outflow obstruction space between the casing 1 and the cover 4 is sealed by means of sealing ring 5.

Корпус 1 изготовлен из полиэфирэфиркетона (PEEK), обеспечивающего гашение паразитной акустической волны, идущей от модуля излучателей по корпусу скважинного прибора акустического каротажа. Компаунд 6 представляет собой маслобензостойкий силиконовый клей, обеспечивающий дополнительное замедление паразитной акустической волны. Применяемые материалы позволяют использовать приемник при высоких температурах до 200°С. Конструкция приемника позволяет при необходимости легко его заменить, не разбирая модуль приемников прибора акустического каротажа, а нахождение диэлектрической жидкости в герметичном пространстве под колпаком устраняет необходимость сливать и прокачивать весь модуль приемников диэлектрической жидкостью. Кроме того, колпак 4 придает конструкции приемника дополнительную механическую прочность и защиту от агрессивной среды. Дисковый пьезоэлемент 2 проще в изготовлении и надежнее в работе, чем цилиндрический или сферический.Case 1 is made of polyetheretherketone (PEEK), which suppresses spurious acoustic waves coming from the emitter module through the body of the borehole acoustic logging tool. Compound 6 is a maslobenzostoyky silicone glue, providing additional slowdown of the parasitic acoustic wave. The materials used allow the receiver to be used at high temperatures up to 200 ° C. The design of the receiver allows you to easily replace it if necessary, without disassembling the receiver module of the acoustic logging tool, and the presence of the dielectric fluid in the sealed space under the cap eliminates the need to drain and pump the entire receiver module with dielectric fluid. In addition, cap 4 gives the receiver design additional mechanical strength and protection against aggressive media. Disc piezoelectric element 2 is easier to manufacture and more reliable in operation than cylindrical or spherical.

Принцип работы скважинного прибора кроссдипольного акустического каротажа состоит в исследовании характеристик горных пород с помощью звуковых колебаний. Излучаемый модулем излучателей звук распространяется в околоскважинном пространстве, в результате чего образуются волны сжатия и сдвига внутри пласта. Звуковые волны из околоскважинного пространства воздействуют на пьезоэлемент 2, что приводит к появлению сигнала на электровыводах 3. При этом благодаря конструкции приемника воздействие паразитных волн на пьезоэлемент минимально. Модуль приемников регистрирует время прохождения звуковой волны от излучателя до приемника, а также амплитуду звуковых колебаний. Обработка зарегистрированных волновых картин в компьютерной программе позволяет получить геофизические данные о скорости распространения акустической волны в горных породах, петрофизические данные о пористости, литологии разреза, геомеханические данные о наличии анизотропии и ее ориентации, данные о механических напряжениях в породе.The principle of operation of a cross-dipole acoustic logging tool is to study the characteristics of rocks using sound vibrations. Sound emitted by the emitter module propagates in the near-wellbore space, resulting in compression and shear waves within the formation. Sound waves from the near-borehole space act on the piezoelectric element 2, which leads to the appearance of a signal on the electrical outputs 3. Moreover, due to the design of the receiver, the influence of spurious waves on the piezoelectric element is minimal. The receiver module registers the propagation time of the sound wave from the emitter to the receiver, as well as the amplitude of the sound vibrations. Processing recorded wave patterns in a computer program allows obtaining geophysical data on the velocity of propagation of an acoustic wave in rocks, petrophysical data on porosity, section lithology, geomechanical data on the presence of anisotropy and its orientation, data on mechanical stresses in the rock.

Claims

1. The receiver of the cross-dipole acoustic logging tool, comprising a housing with electrical leads, a cap, a piezoelectric element attached to the housing and located inside the hood, while the conductive surfaces of the piezoelectric element are connected to electrical leads, a dielectric fluid is filled between the piezoelectric element and the cap, and a sealing ring between the housing and a ring, characterized in that the piezoelectric element is made in the form of a disk and is attached to the end of the housing by means of oil-and-oil-resistant silicone glue.

2. The receiver according to claim 1, characterized in that the housing is made of polyetheretherketone.