[发明专利]井口声波发射装置

说明书

技术领域：

本发明涉及石油钻探领域，特别是涉及一种用于控制井下电控设备的井口声波发射装置。

背景技术：

目前，油气田开发作业工具已由传统的纯机械式、液压式向智能化转变，采用指令传输控制方式的井下智能测试工具、智能封隔器、滑套井下智能节流器、智能配水器等工具应运而生，操作者可通过地面控制端对井下工具发出指令，实现预期的动作以完成操作，使井下工具系统具有更强的可控性，便捷了操作过程。目前，通过电缆传输指令是实现井下工具智能控制的主要方式，然而该方式一直存在电缆铺设工艺复杂、成本高昂、占用井筒空间以及易受井况限制等缺点，所以有必要提供一种专用于控制井下电控设备的无线信号传输装置，以替代以往的电缆传输指令方式。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于控制井下电控设备的井口声波发射装置，可在井下利用水介质传播声波信号，实现指令的无线传输，从而代替以往的电缆传输指令方式。

本发明的技术方案如下：

所述井口声波发射装置包括：声波发生器和井口三通，所述井口三通的结构包括两部分：竖直管道以及竖直管道一侧的水平分支管道；所述竖直管道的底端与井口相连；所述水平分支管道作为液体注入管道，可与液压泵等注水设备连接，以便于向所述井口三通和井筒内部注水；所述水平分支管道以上的竖直管道内部设有水声换能器，所述水声换能器通过音频传输线与所述声波发生器连接；使用所述井口声波发射装置传送信号前，通过所述井口三通的水平分支管道向井筒内注水至液面上升到所述水声换能器处形成水声信道，之后通过所述声波发生器将地面控制指令以电信号形式传输至所述水声换能器，水声换能器再将电信号转换为声信号，通过水声信道传递到井下。

进一步地，所述井口声波发射装置还包括声波接收器，所述声波接收器位于井口以下的井筒内，用以接收水声信道传递的声信号，并将接收到的声信号转化为电信号。

具体地，所述井口三通从上到下分别由外筒上、外筒中、固定中筒和外筒三通连接构成，所述外筒上、外筒中和固定中筒构成了所述井口三通竖直管道的中上部(即位于所述水平分支管道以上的竖直管道部分)，最底部的外筒三通构成了所述井口三通竖直管道的下部以及其上的水平分支管道部分。

所述水声换能器整体位于外筒中和固定中筒内，从上到下依次包括：压盖中心管、压电陶瓷片组和发声体，3个部件通过固定螺栓紧密串接成一个整体。其中，所述压盖中心管竖直安置在外筒中内，其底部伸入固定中筒，所述压电陶瓷片组和发声体位于固定中筒内；所述固定螺栓穿过压盖中心管和压电陶瓷片组，一直旋入底部的发声体中；所述压盖中心管的外表面螺纹上连接有压盖螺母，所述压盖螺母卡在伸入外筒中内的固定中筒顶端，对上述3个部件的整体位置起到固定作用。

为了防止液体由外筒上向下渗入而造成所述水声换能器的线路短路及腐蚀损坏，所述外筒上内部还设有集线器，所述集线器的底部固定在外筒中顶端并将外筒中顶端完全封闭；由所述声波发生器引出的音频传输线通过集线器底部中孔进入压盖中心管表面对称分布的两个竖直凹槽中，并沿所述凹槽继续向下延伸至压电陶瓷片组，并与压电陶瓷片组连接。

为了保证水声换能器在信号传输中具有更高灵敏度和可靠性，所述压电陶瓷片组采用压电陶瓷圆环和薄金属片交替堆叠而成，相邻两片压电陶瓷圆环的极化方向相反，极化方向沿厚度方向，所述薄金属片上焊接音频传输线；所述压电陶瓷圆环由PZT压电陶瓷制成，薄金属片为铝制，厚度约为0.1mm。

所述压电陶瓷片组与压盖中心管、压电陶瓷片组与发声体，以及压电陶瓷片组内部的压电陶瓷圆环和薄金属片间由环氧树脂胶合。

为了防止液体由发声体的外周面和固定中筒内壁之间的间隙向上渗入，所述发声体的外周面上还可设置密封圈。

为了便于所述井口三通的拆装，所述外筒上、外筒中、固定中筒和外筒三通间均采用螺纹连接，同时为了确保连接牢固、紧密，所述外筒上与外筒中、外筒中与固定中筒间的螺纹连接面通过紧定螺钉固定。

为了防止井口三通内液体的冲蚀，所述外筒三通的内壁上还附有防冲蚀护衬，所述防冲蚀护衬由陶瓷材料制成。

所述井口声波发射装置可通过其井口三通内的水声换能器将声信号通过水声信道传递到井下，以无线信号发射水介质传输的方式代替了以往电缆传输指令，避免了由于铺设电缆造成的工艺复杂、成本高昂、占用井筒空间、以及易受井况限制等缺点。另外，水声换能器能够将电磁震荡能转换为低频、大功率的机械震荡能，可以满足深井、超深井、大位移井、水平井、多分支井等多种复杂井况下的信息传输。

附图说明：