[发明专利]用于生成宽带宽声能的装置与方法

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年3月23日提交的美国临时申请序列号61/316,526的较早提交日期的利益，该申请的全部公开内容通过引用，包含于此。

背景技术

声学测量是测量各种介质（例如地层的成分）的属性的一种重要手段。例如，对声波通过地层的速度的测量使得估计如构成地层的物质的类型和量及地层孔隙率的属性。

声学传送器一般包括配置成执行振荡运动的致动器。这种振荡运行传输到声学膜片，该声学膜片进而生成声波。这种传送器一般包括致动器与膜片之间的直接耦合机制。典型的压电声学传送器包括直接附连到声学室中的声学膜片内部的压电致动器。这些传送器通常都包括形成有致动器和膜片、填充了油的声学室。这种传送器通常在其输出带宽上是受限的，尤其是在较低频率的时候更是如此。

发明内容

一种声学传送器，包括：配置成把声波传送到介质中的声学膜片；配置成响应于所施加的电信号而在轴向变形的压电致动器组件；以及位于所述压电致动器和所述声学膜片之间并且配置成响应于压电致动器的运动而向声学膜片传送压力波的高度不可压缩的弹性材料。

一种用于估计穿透地层的钻孔中的属性的方法，包括：传送载体通过所述钻孔；经声学传送器把声波传送到钻孔和地层中的至少一个中；以及利用声学检测器接收声波，以便估计属性。所述载体包括至少一个声学传送器，所述声学传送器包括：配置成将声波传送到介质中的声学膜片；配置成响应于所施加的电信号而在轴向变形的压电致动器组件；以及位于所述压电致动器和声学膜片之间并且配置成响应于压电致动器的运动而向声学膜片传送压力波的高度不可压缩的弹性材料。

附图说明

被视为发明的主旨特别是在本说明书最后的权利要求书中指出并明确地要求保护。根据以下结合附图的具体描述，本发明的上述及其它特征与优点是显而易见的，其中：

图1示出了地下钻井、测井、评估、勘探和/或生产系统的示例性实施方式；

图2是弹性动力耦合的声学传送器的示例性实施方式的侧面横截面视图；

图3是图2声学传送器的实施方式的分解透视图；

图4是图2声学传送器的实施方式的分解侧视图；

图5是弹性动力耦合的声学传送器的示例性实施方式的透视横截面视图；

图6A-D分别是声学膜片的示例性实施方式的主侧视图、顶视图、底视图和小侧视图；

图7是图6A-D的声学膜片的图示；

图8是用在声学传送器中的压电结构的透视图；

图9是示出传送声波和/或估计介质属性的方法的示例性实施方式的流程图；

图10是图5声学传送器的数学模型的图示；

图11是显示图10的模型相对于频率的压力响应的数据图；

图12是显示图10的模型在12kHz的频率下的压力响应的极坐标数据图；

图13是显示图10的模型在4kHz的频率下的压力响应的极坐标数据图；

图14是显示弹性动力耦合的声学传送器在12kHz的频率的压力响应的数据图；

图15是显示图14的声学传送器在12kHz的频率下的压力响应的数据图；以及

图16是显示图14的声学传送器相对于频率的压力响应的数据图。

具体实施方式

在这里，描述了用于生成声能的装置与方法。声学传送器包括压电致动器组件，其间接且弹性动力耦合到声学膜片，以便通过压电器件的致动产生声学膜片特定于频率的运动。“弹性动力耦合”是指压电致动器运动通过结构弹性介质向膜片的传送。在一种实施方式中，所述结构弹性介质包括高度不可压缩的材料，例如高度不可压缩的弹性体。在一种实施方式中，压电致动器组件和膜片被用高度不可压缩的材料填充的间隙隔开。在一种实施方式中，致动器组件和膜片至少部分地设置于声学腔中并且被至少部分地用高度不可压缩的弹性体填充的腔体隔开。所述致动器组件和膜片每个都可以至少部分地设置于用高度不可压缩的材料填充的腔体中。在此所述的装置与方法呈现出在例如用于井下测井和/或随钻测井（LWD）应用的系统中非常重要的宽频率带宽声学输出特性。在一种实施方式中，致动器组件包括高频压力活塞，该活塞安装在压电结构上或者以其它方式集成到致动器组件中，以方便致动器组件与膜片之间的相互作用并且定义致动器组件与膜片之间用高度不可压缩的材料填充的内部腔体间隔。