專利名稱：一種用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及測(cè)井儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體地，本實(shí)用新型涉及一種用于多極陣 列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器。
背景技術(shù)：
[0002]近年來，隨著地質(zhì)和石油勘探的深入，對(duì)測(cè)井儀器的期望和要求也越來越高， 聲波測(cè)井是石油測(cè)井的重要方法之一。目前采用的聲波測(cè)井技術(shù)是利用發(fā)射換能器在井 下發(fā)出聲波，在地下介質(zhì)中傳播，經(jīng)過一定時(shí)間衰減后，被接受換能器接受，通過對(duì)衰 減的聲波信號(hào)分析，判斷地下的有關(guān)地質(zhì)結(jié)構(gòu)。聲波換能器包括單極子聲波換能器和偶 極子聲波換能器等，單極子聲波發(fā)射換能器激發(fā)的主要是縱波信號(hào)，偶極子聲波發(fā)射換 能器激發(fā)的主要是橫波信號(hào)。現(xiàn)在通常采用的聲波測(cè)井儀器為單極子聲源的常規(guī)聲波 測(cè)井儀器，其缺點(diǎn)在于無法直接提取橫波參數(shù)，在套管井中對(duì)縱波參數(shù)也難以取得，因 此，對(duì)于在石油勘探中極為重要的軟地層參數(shù)的判斷上顯得十分乏力。為了克服這種 常規(guī)聲波測(cè)井儀器的缺陷，或有在原有儀器上增加偶極子聲波換能器，以直接提取軟、 硬地層中的橫波參數(shù)，但此種做法局限于原有單極子換能器的發(fā)射頻率高、損耗大、靈 敏度低，無法獲得準(zhǔn)確的滲透率參數(shù)，而滲透率參數(shù)求取始終是石油測(cè)井面臨的重要課 題，其準(zhǔn)確求取在評(píng)價(jià)石油產(chǎn)量和儲(chǔ)量上意義非常重大。加之舊有常規(guī)儀器的結(jié)構(gòu)， 也無法實(shí)現(xiàn)多種測(cè)井方式。比如，水泥膠結(jié)測(cè)井是石油測(cè)井中常用的方法，主要用來 測(cè)量油井下套管后水泥灌注的膠結(jié)質(zhì)量，該方法測(cè)量原理與單極測(cè)量方式類似，但源距 (發(fā)射器與接收器之間的距離)要求更長，因此，泥膠結(jié)測(cè)井時(shí)就需要更換儀器才可以進(jìn) 行。[0003]為了能夠發(fā)射更低頻率的縱波，利用聲全波測(cè)井中斯通利波速度和衰減求取儲(chǔ) 層滲透率，并能夠?qū)崿F(xiàn)多種測(cè)井方式，中國實(shí)用新型03沈1891.3提出了一種“多極子陣 列聲波測(cè)井換能器”，利用單極子、偶極子以及斯通利波換能器組成多極聲源，可以直 接測(cè)量地層的縱波、橫波、斯通利波參數(shù)，既可以相互參考驗(yàn)證，也可以單獨(dú)處理，大 大提高了儀器的可信度和應(yīng)用范圍。該實(shí)用新型中的單極子發(fā)射換能器和單極子接收換 能器采用的是徑向極化的壓電陶瓷管，壁厚1 5mm之間，管子內(nèi)外壁鍍有銀層，用 于焊接電極。這種結(jié)構(gòu)的換能器接收靈敏度較高，由于壓電陶瓷的特性，電極兩側(cè)加同 向電壓會(huì)壓縮，加反向電壓會(huì)伸展，壓電陶瓷自身的抗拉強(qiáng)度是有限的，太高的反向電 壓會(huì)使其自身開裂，這就決定了單體陶瓷管無法施加太大的電壓，也就難以得到更大的 發(fā)射功率。目前制作單體陶瓷管的辦法是先壓制厚壁管型胚料，然后經(jīng)過機(jī)械研磨內(nèi)外 圓，得到薄壁的陶瓷管，在機(jī)械加工過程中陶瓷管非常容易破裂，成品率較低，這就增 加了制作成本。徑向極化的過程中工藝要求也非常嚴(yán)格，因極化導(dǎo)致的碎裂和缺陷也時(shí) 有發(fā)生。使用這種單體陶瓷管的換能器的制作和使用也需要非常注意，安裝運(yùn)輸都很不 方便。在井下環(huán)境中，因溫度與壓力的原因，陶瓷管兒易破裂。內(nèi)外壁上的電極焊接點(diǎn) 也容易脫落。為了能夠提供更大的發(fā)射功率，同時(shí)具有更高的接收靈敏度，可以采用分割電極式圓環(huán)形陶瓷管兒代替徑向極化壓電陶瓷管兒，這種結(jié)構(gòu)的技術(shù)難度在于如何引 出電極，美國專利N0.3142032中，采用的是金屬箔或網(wǎng)，粘附在每兩條拼合組件拼接的 電極之間，利用金屬夾層粘縫里延伸出來的部分焊接電極。但是裝備工藝復(fù)雜，隨著拼 縫的增多，振子的有效機(jī)電耦合系數(shù)下降；金屬夾層與壓電陶瓷的熱膨脹系數(shù)不同，因 此容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。中國實(shí)用新型CN85201622提出了一種無金屬夾層的電極引出方 式，通過將壓電陶瓷拼條的鍍銀層局部暴露的辦法引出電極，從而簡化了裝配工藝，提 高了成品率，改善了機(jī)電耦合特性，同時(shí)具備較穩(wěn)定的電氣性能。該實(shí)用新型提出的時(shí) 間比較早，這種方法只能制作體積較大(直徑大于30厘米)的換能器，通過這種方法制 備的換能器只能應(yīng)用在對(duì)其體積沒有要求領(lǐng)域，所以局限在水下低頻大功率發(fā)射器、水 聲釋放器指令聲源和水下引爆聲學(xué)裝置等海洋實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。實(shí)用新型CN85201622無論是 從體積大小還是技術(shù)方案都決定了其應(yīng)用范圍只能是深水海洋領(lǐng)域，而完全不滿足聲波 測(cè)井換能器的技術(shù)要求，聲波測(cè)井作為一個(gè)與深水海洋完全不同的領(lǐng)域，對(duì)換能器的要 求也更加苛刻，聲波測(cè)井用換能器要求尺寸相對(duì)較小(直徑10厘米以內(nèi))，用量比較大， 成本要求比較低，因此本實(shí)用新型再此基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步的改進(jìn)，制備得到適用于測(cè)井 領(lǐng)域的換能器。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供了一種用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子 換能器，成功的解決了現(xiàn)有多極陣列聲波測(cè)井中單極子換能器存在的問題。[0005]本實(shí)用新型的提供的用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器包括 接線柱1、絕緣子2、芯軸3、上端蓋4、端子墊片5、絕緣芯軸6、拼接陶瓷管7、下端蓋 8、螺母9、電極引線10、螺釘11;[0006]所述的換能器還包括拼接陶瓷管7為切向極化壓電陶瓷片，端面為扇形，扇形 的兩個(gè)斜邊面上鍍有銀層，通過高溫膠粘接成圓環(huán)形，使用高溫膠和玻璃纖維纏繞澆 注，在其徑向施加以預(yù)應(yīng)力，在其徑向施加以預(yù)應(yīng)力，在低頻率大振幅的情況下，不易 破碎；拼接陶瓷管7的電極是通過將壓電陶瓷拼條的鍍銀層局部暴露的方式引出的。[0007]作為上述方案的一種改進(jìn)，所述的端子墊片5、絕緣芯軸6、絕緣子2為聚四氟 材料或其他耐高溫絕緣材料；上端蓋4、下端蓋8、芯軸3、螺母9、螺釘11為不銹鋼材 料。[0008]作為上述方案的又一種改進(jìn)，其特征在于，所述的接線柱1為鍍銀金屬材料， 尤其使用純銅鍍銀材料。[0009]作為上述方案的再一種改進(jìn)，所述的電極引線10為耐高溫導(dǎo)線，其外層有聚四 氟乙烯包復(fù)，芯線為多股鍍銀金屬絲。[0010]作為上述方案的還一種改進(jìn)，所述的切向極化壓電陶瓷片為耐高溫材料，其居 里點(diǎn)高于375 °C。[0011]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型提供的一種用于多極陣列聲波測(cè)井中的切 向極化單極子換能器，通過采用切向極化拼接陶瓷管替代常規(guī)的徑向極化陶瓷管，使低 頻時(shí)可以獲得更大的發(fā)射功率，和發(fā)射效率，同時(shí)具有很高的接收靈敏度，同時(shí)該結(jié)構(gòu) 換能器具有電氣性能穩(wěn)定可靠，電極焊點(diǎn)牢固不易脫落，陶瓷管不易破碎，耐高溫高壓等特點(diǎn)。


[0012]圖1本實(shí)用新型的換能器剖面圖；[0013]圖2本實(shí)用新型的陶瓷管的結(jié)構(gòu)圖。[0014]附圖標(biāo)識(shí)[0015]1、接線柱 2、絕緣子3、芯軸[0016]4、上端蓋 5、端子墊片6、絕緣芯軸[0017]7、拼接陶瓷管8、下端蓋9、螺母[0018]10、電極引線 11、螺釘12、陶瓷拼條[0019]13、引出電極具體實(shí)施方式
[0020]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型的換能器包括接線柱1、絕緣子2、芯軸3、上端蓋 4、端子墊片5、絕緣芯軸6、拼接陶瓷管7、下端蓋8、螺母9、電極引線10、螺釘11; 此外換能器還包括拼接陶瓷管7為切向極化壓電陶瓷片，端面為扇形，扇形的兩個(gè)斜邊 面上鍍有銀層，通過高溫膠粘接成圓環(huán)形，使用高溫膠和玻璃纖維纏繞澆注，在其徑向 施加以預(yù)應(yīng)力，在其徑向施加以預(yù)應(yīng)力，在低頻率大振幅的情況下，不易破碎；拼接陶 瓷管7的電極是通過將壓電陶瓷拼條的鍍銀層局部暴露的方式引出的；[0022]其中，拼接陶瓷管7兩端同軸配合端子墊片5，安裝于上端蓋4和下端蓋8之 間，芯軸3—端有環(huán)型臺(tái)兒，用于與上端蓋4同軸配合，芯軸3外壁滑動(dòng)配合有絕緣芯 軸6，通過螺釘11實(shí)現(xiàn)固定，芯軸3另一端有螺紋，通過螺母9，將拼接陶瓷管7固定壓 緊。電極引線10穿過上端蓋上的通孔，分別固定在接線柱1上，接線柱1安裝于絕緣子 2上。[0023]如圖2所示拼接陶瓷管7的引出電極13是通過將壓電陶瓷拼條12的鍍銀層局部 暴露的方式引出的。[0024]最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。 盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本 實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范 圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器，包括接線柱(1)、絕緣 子⑵、芯軸⑶、上端蓋⑷、端子墊片(5)、絕緣芯軸(6)、下端蓋⑶、螺母(9)、電 極引線(10)、螺釘(11)；其特征在于，該換能器還包括拼接陶瓷管(7)；所述的拼接陶瓷管(7)由若干端面為扇形的切向極化壓電陶瓷片通過高溫膠粘接而 成，所述的扇形的切向極化壓電陶瓷片的兩個(gè)斜邊面上鍍有銀層，拼接陶瓷管(7)外層 使用高溫膠和玻璃纖維纏繞澆注。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器，其特征 在于，所述的端子墊片(5)、絕緣芯軸(6)、絕緣子( 為耐高溫絕緣材料制成，包括聚 四氟材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器，其特征 在于，所述的接線柱(1)為鍍銀金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器，其特征 在于，所述的電極引線(10)為耐高溫導(dǎo)線，其外層有聚四氟乙烯包復(fù)，芯線為多股鍍銀金屬絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器，其特征 在于，所述的切向極化壓電陶瓷片為耐高溫材料，其居里點(diǎn)高于375°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器，其特征 在于，所述的拼接陶瓷管(7)的電極是通過將壓電陶瓷拼條的鍍銀層局部暴露的方式引 出的。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于多極陣列聲波測(cè)井中的切向極化單極子換能器，該換能器包括接線柱(1)、絕緣子(2)、芯軸(3)、上端蓋(4)、端子墊片(5)、絕緣芯軸(6)、下端蓋(8)、螺母(9)、電極引線(10)、螺釘(11)；其特征在于，該換能器還包括拼接陶瓷管(7)；所述的拼接陶瓷管(7)由若干端面為扇形的切向極化壓電陶瓷片通過高溫膠粘接而成，所述的扇形的切向極化壓電陶瓷片的兩個(gè)斜邊面上鍍有銀層，拼接陶瓷管(7)外層使用高溫膠和玻璃纖維纏繞澆注。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于通過采用切向極化拼接陶瓷管，低頻時(shí)可以獲得更大的發(fā)射功率和發(fā)射效率，接收靈敏度提高，并且穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)E21B47/00GK201810297SQ20102052749
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者孫德興, 李春, 梁希庭, 肖靈 申請(qǐng)人:北京銳致聰科技有限公司