[发明专利]声波测井系统多极子接收用压电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及声波测井系统多极子接收用压电陶瓷材料及其制备方法， 属于陶瓷组成与制备领域。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，近年来对石油的需求量迅猛增加。从1993 年开始，我国已由石油净出口国变为净进口国，在国际油价不断飚升的背景下， 能源供应的瓶颈--石油问题，已经成为严重影响我国经济可持续发展的一个重要 因素，并对国家安全构成威胁。专家预测，如果在石油勘探上没有重大技术突 破，到2010年，我国石油供求缺口将接近1.2亿吨，石油自给率将滑向50％。 新一代多极阵列声波测井仪器是声波测井的最新技术，可以测量软、硬地层中 充液井孔中的纵波、横波和斯通利波的波速、各种波动模式的衰减。为了满足 我国复杂油气勘探和开发的需要，近年来我国斥巨资直接请斯仑贝谢测井公司 来华服务，并引进了30多套包括多极子阵列声波成像仪(MAC、XMAC)和低 频偶极横波测井仪(LFD)在内的成像测井系统，但是对于高端、先进的测井技术 国外却对我国采取严格的保密措施。因此，开发具有我国自主知识产权的新一 代多极阵列声波测井仪，对于我国打破西方发达国家对测井技术的垄断，大幅 度地降低勘探成本，赶超世界测井技术的先进水平具有重要意义。

目前，中石油和中海油正致力于新一代多极阵列声波测井仪器的研发。用 作接收声波的多极子接收压电换能器是新一代多极阵列声波测井仪器的一种核 心部件。由于测井作业的特殊环境，这类换能器不仅要满足声波测井在声学特 性方面的要求，更重要的是要能够在高温高压下稳定工作。近年来，尽管国内 有少数几家单位也在多极子接收压电换能器方面做了积极的探索，但至今所研 制的压电换能器还存在灵敏度偏低、分辨率不高以及在高温下性能不稳定等突 出问题，不能真正满足井下勘探的使用要求，其关键是缺少能在高温、高压环 境下可长期稳定工作的压电陶瓷材料，因此，高温高稳定性压电陶瓷材料的研 发已成为新一代多极阵列声波测井仪开发过程中遇到的一个重要技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声波测井系统多极子接收用压电陶瓷材料及其 制备方法。

在设计配方时，通过采用(Ba·Sr)复合取代A位的Pb²⁺离子，(Ti·W)复 合取代B位的Nb⁵⁺离子，同时外加几种氧化物作为添加剂和改进工艺等手段， 获得了一种性能优良的压电陶瓷材料。

具体制备方法是

以Pb₃O₄(工业纯)、TiO₂(工业纯)、BaCO₃(工业纯)、SrCO₃(化学纯)、 Nb₂O₅(工业纯)、WO₃(化学纯)、Cr₂O₃(化学纯)、La₂O₃(化学纯)、SiO₂(化 学纯)、CeO₂(化学纯)为原料，按Pb_1-m-n(Ba_m·Sr_n)Nb_2-x(Ti_e·W_f) _0.5xO₆+pwt％La₂O₃+qwt％CeO₂+uwt％SiO₂+zwt％Cr₂O₃的化学配比进行称量，式 中0.001≤x≤1，0.0≤m+n≤0.5，e/f＝1，0.0≤p≤1，0.0≤q≤1，0.0≤u≤1，0.0 ≤z≤1。

用去离子水和玛瑙球作为介质，经滚桶球磨4～10h，出料烘干后进行 700℃-1100℃/0.5-4h的第一次敞开粉末合成，然后，再进行1100℃-1300℃/0.5-4h 的第二次敞开粉末合成，再经滚桶球磨12～48h、出料烘干、加粘结剂、成型(成 型压力为150MPa-200MPa)、排塑(800℃/1h)、烧结(1270℃-1350℃/0.5-4h)、冷 加工、超声清洗、上电极、极化(150℃-200℃，3-7kv/mm，10-100min)等工艺，最 后进行相关性能测试，即可得到供使用的压电陶瓷元件。