本发明专利技术涉及一种随钻声波测井发射单元及其装置，发射单元包括：钻铤刻槽(17)、发射换能器(9)和透声窗(19)；其中，所述钻铤刻槽(17)设置有台阶；所述发射换能器(9)设置在所述台阶上，所述发射换能器(9)用于产生声波；所述透声窗(19)设置在所述发射换能器(9)上，并与所述发射换能器(9)形成腔体；通过向所述腔体内部注油形成的液腔，所述发射换能器(9)产生的声波通过所述液腔向外透射。本发明专利技术提供的一种多极子随钻声波测井发射装置，具备耐高温、耐高压、抗振动、小体积、易装配、良好的绝缘和密封等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及声波速度测量
，尤其涉及一种随钻声波测井发射单元及其装置。
技术介绍
近年来，随着全球石油工业的迅速发展，石油勘探中大斜度井和水平井钻井测井需求日益活跃，随钻声波测井技术随之迅速发展，几乎所有的裸眼井电缆测井项目都可用随钻测井的方式进行。随钻声波测井技术是在钻井过程中同时进行测井，即“边钻边测”。该技术是利用安装在钻铤上的发射换能器在井下钻井施工作业过程中发射声波，透过泥浆在地层中传播，经过一定时间的衰减后，被安装在钻铤上的接收换能器接收，通过对接收换能器接收到的声波波列进行分析，以此来判断地层信息。因此，随钻声波测井技术具有以下应用：①在钻井过程中确定泥浆入侵前地层的纵波和横波速度；②节省钻井架占用时间；③利用测得的地震波速度模型与地震勘探数据相结合，实时确定地层界面的位置、识别孔洞和裂缝；④估计地层孔隙压力。在随钻声波测井过程中，发射换能器作为随钻声波测井仪器的核心部件，在地层声信息的获取方面发挥了关键作用。由于随钻声波测井的复杂及恶劣特殊环境，这使得随钻声波测井换能器的设计、制作和装配具有较大的挑战性。国内的随钻声波测井技术尤其是发射换能器等核心技术起步很晚，目前主要处于高校与科研院所的实验室研发阶段，随钻声波测井技术的在商业应用方面的信息暂时还未见报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对现有技术中随钻声波测井发射换能器的复杂及恶劣特殊环境，提供一种多极子随钻声波测井发射装置。该装置利用钻井过程中的随钻声波测井技术得到的声波全波列，求取地层参数等信息。本专利技术第一方面提供一种随钻声波测井发射单元，包括：钻铤刻槽、发射换能器和透声窗；其中，所述钻铤刻槽设置有台阶；所述发射换能器设置在所述台阶上，所述发射换能器用于产生声波；所述透声窗设置在所述发射换能器上，并与所述发射换能器形成腔体；通过向所述腔体内部注油形成的液腔，所述发射换能器产生的声波通过所述液腔向外透射。优选地，所述钻铤刻槽设置沟槽和通孔，所述沟槽用于放置密封圈以形成第一道密封；所述通孔用于布线与灌封流体。优选地，一种随钻声波测井发射单元还包括：垫圈，用于减轻钻井时换能器的振动，并阻隔声波，减少钻铤波的产生；和/或刚性盖板，用于防止透声窗振动脱落，并在盖板在设置沟槽，用于放置密封圈，形成第二道密封。优选地，所述发射换能器采用三叠片压电弯曲振子结构，所述发射换能器的中间部分为基片，两侧为发射型压电陶瓷片。优选地，所述发射换能器还包括电极片；其中，所述基片为金属或复合材料薄板，上下两面分别放置一片所述压电陶瓷板，所述压电陶瓷上下两面为银电极层；基片与压电陶瓷之间加一层缓冲材料层；电极片的一端与所述缓冲材料层的一端相连，并粘接于压电陶瓷和基片之间；所述基片上设置通孔，通孔数量为4个，对称均匀分布。优选地，所述透声窗为开口腔结构，腔体开口方向与钻铤轴向垂直，并朝向钻铤内壁方向；其中，透声窗底部起到透声作用，透声窗的壳用于封闭流体。优选地，所述单元中的发射换能器、透声窗、垫圈、盖板、钻铤刻槽和沟槽设置为圆形或者设置为矩形。优选地，圆形发射换能器用发射型压电陶瓷的直径是20mm-70mm,厚度为1mm-5mm；基片的直径为30mm-90mm,厚度为1mm-5mm。优选地，矩形发射换能器用发射型压电陶瓷的矩形长度为60mm-180mm，宽度为20mm-70mm,厚度为1mm-5mm；基片的矩形长度为80mm-210mm,宽度为20mm-70mm,厚度为1mm-5mm。优选地，所述发射换能器中的金属电极为矩形薄片，材料为铜合金，长度为5mm-20mm,宽度为2mm-10mm，厚度为0.05mm-2mm，其数量为2片或4片；其中，金属电极正常使用情况下只需要两片，4片中有2片是备用的。本专利技术第二方面提供一种随钻测井发射装置，包括多个上述随钻测井发射单元。优选地，所述多个上述随钻测井发射单元为四个；所述四个上述随钻测井发射单元均匀分布在钻铤的同一横截面上。本专利技术提供的一种多极子随钻声波测井发射装置，具备耐高温、耐高压、抗振动、小体积、易装配、良好的绝缘和密封等优点。并且可以提供多种工作模式，可以直接测量地层纵波、横波、斯通利波声速和衰减等参数，既可以相互参考验证，也可以单独处理，大大提高了装置的可信度和应用范围。利用纵波、横波速度可以计算地层的弹性模量、泊松比，预测地层压力，利用纵波、横波速度比还可以用于判断气层。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种随钻声波测井装置示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种声波传播路径示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种随钻声波测井发射装置示意图；图3a为本专利技术实施例提供的一种随钻声波测井发射装置横截面示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种三叠片发射换能器截面示意图；图4a为本专利技术实施例提供的一种圆形三叠片结构示意图；图4b为本专利技术实施例提供的又一矩形三叠片结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的又一种三叠片发射换能器截面示意图；图5a为本专利技术实施例提供的一种圆形三叠片结构示意图；图5b为本专利技术实施例提供的又一矩形三叠片结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种透声窗结构示意图；图6a为本专利技术实施例提供的一种圆形透声窗截面示意图；图6b为本专利技术实施例提供的又一矩形透声窗截面示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种钻铤刻槽示意图；图8a为本专利技术实施例提供的一种圆形发射换能器盖板内表面示意图；图8b为专利技术本实施例提供的又一矩形发射换能器盖板内表面示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术提供的一种随钻声波测井发射装置，具备耐高温、耐高压、抗振动、小体积、易装配、良好的绝缘和密封等优点。并且可以提供多种工作模式，可以直接测量地层纵波、横波、斯通利波声速和衰减等参数，既可以相互参考验证，也可以单独处理，大大提高了装置的可信度和应用范围。如图1为本专利技术实施例提本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种随钻声波测井发射单元，其特征在于，包括：钻铤刻槽(17)、发射换能器(9)和透声窗(19)；其中，所述钻铤刻槽(17)设置有台阶；所述发射换能器(9)设置在所述台阶上，所述发射换能器(9)用于产生声波；所述透声窗(19)设置在所述发射换能器(9)上，并与所述发射换能器(9)形成腔体；通过向所述腔体内部注油形成液腔，所述发射换能器(9)产生的声波通过所述液腔向外透射。
【技术特征摘要】
1.一种随钻声波测井发射单元，其特征在于，包括：钻铤刻槽(17)、
发射换能器(9)和透声窗(19)；其中，
所述钻铤刻槽(17)设置有台阶；
所述发射换能器(9)设置在所述台阶上，所述发射换能器(9)用于
产生声波；
所述透声窗(19)设置在所述发射换能器(9)上，并与所述发射换能
器(9)形成腔体；通过向所述腔体内部注油形成液腔，所述发射换能器(9)
产生的声波通过所述液腔向外透射。
2.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，
所述钻铤刻槽(17)设置沟槽(27)和通孔(18)，所述沟槽(27)
用于放置密封圈以形成第一道密封；
所述通孔(18)用于布线与灌封流体。
3.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，还包括：
垫圈(30)，用于减轻钻井时换能器的振动，并阻隔声波，减少钻铤
波的产生；和/或
刚性盖板(20)，用于防止透声窗(19)振动脱落，并在盖板在设置沟槽
(27)，用于放置密封圈，形成第二道密封。
4.根据权利要求1所述的单元，其特征在于，
所述发射换能器(9)采用三叠片压电弯曲振子结构，所述发射换能器
(9)的中间部分为基片(21)，两侧为发射型压电陶瓷片(22)。
5.根据权利要求4所述的单元，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏倩，丛健生，车承轩，王秀明，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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