[发明专利]一种随钻声波测井辐射装置

说明书

本发明提供了一种随钻声波测井辐射装置，属于石油天然气钻探领域。该随钻声波测井辐射装置包括钻铤骨架、发射压电振子、承压壳体和透声保护罩；所述钻铤骨架为安装支架，在其外壁上沿轴向依次开设有发射压电振子安装凹槽和承压壳体安装凹槽；所述发射压电振子沿周向镶嵌于所述发射压电振子安装凹槽内；所述承压壳体沿周向镶嵌于所述承压壳体安装凹槽内；所述透声保护罩覆盖在所述发射压电振子的外表面，并固定于所述钻铤骨架的外壁上。

技术领域

本发明属于石油天然气钻探领域，具体涉及一种用于随钻条件下产生多种井孔模式波的随钻声波测井辐射装置。

背景技术

受大斜度井、水平井和多分支井等复杂结构井油气勘探与开发需求的驱动，随钻声波测井技术近年来发展迅速，且有逐渐取代电缆声波测井的趋势。随钻声波测井将发射和接收换能器布置在钻铤上，在钻井过程中通过对各种井孔模式波的波速和衰减等声学信息的测量来直接获取地层参数，为油气田的勘探与开发提供重要信息。随钻声波测井在钻井的同时完成测井作业，减少了井场钻机占用时间，降低了作业成本和风险，更能及时准确地探测井眼附近地层的真实信息。

20世纪90年代，随钻声波测井首先在地层纵波的测量取得了成功。在地层纵波的随钻测井中，会激发出一种沿钻铤传播的钻铤模式波。钻铤模式波在波列中占主导地位，必须经过压制处理才能测量到地层纵波信息。出于压制或消除钻铤模式波的考虑，随钻单极子纵波测井仪器的工作频带通常大于10kHz。然而，大于10kHz的工作频率对于低频斯通利波的测量极其不利，特别是在慢速地层中，这也就限制了随钻声波测井技术的推广和应用。为了增强低频斯通利波的激发，随钻声波测井仪器增加了低频发射功能，同时增大了数据采样时间，从而可以在慢速地层中记录到低频斯通利波信息。与电缆声波测井相比，现有随钻声波测井仪器通过在厚壁钻铤上开设凹槽或槽孔来安置声源，特别是在多个不同位置布置独立的高频和低频发射器，这在很大程度上损害了钻铤的机械强度，对井下钻具组合相当不利。

为了扩大地层的测量范围，大功率宽带发射换能器的研发是随钻声波测井重要的关键技术之一，有助于获得高信噪比的声波全波列波形。尽管现有电缆声波测井中广泛使用了大功率宽带发射器，但由于结构尺寸的限制却无法直接照搬到随钻声波测井中。现有随钻声波测井发射器通常采用圆柱形或圆弧形结构，以嵌入式方式安置在钻铤中的凹槽或槽孔内，但这类发射器频带窄、电声转换效率低、辐射功率小，获得的声波波形信噪比低。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种随钻声波测井辐射装置，可以在井下钻具中使用的、同时具有高频和低频单极子发射功能，通过在井下钻铤中同一位置布置该辐射装置就可在随钻条件下产生包括有滑行纵波、滑行横波、伪瑞利波、斯通利波等多种井孔模式波。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种随钻声波测井辐射装置，包括钻铤骨架、发射压电振子、承压壳体和透声保护罩；

所述钻铤骨架为安装支架，在其外壁上沿轴向依次开设有发射压电振子安装凹槽和承压壳体安装凹槽；

所述发射压电振子沿周向镶嵌于所述发射压电振子安装凹槽内；

所述承压壳体沿周向镶嵌于所述承压壳体安装凹槽内；

所述透声保护罩覆盖在所述发射压电振子的外表面，并固定于所述钻铤骨架的外壁上。

所述钻铤骨架是由合金钢材料制作而成的厚壁管体，呈空心圆柱体结构；

所述承压壳体安装凹槽包括两个U型凹槽，沿周向呈180°对称分布；所述U型凹槽是在与骨架轴平面平行的平面上呈U型；

所述钻铤骨架的外壁沿着轴向设置有发射压电振子安装凹槽，所述发射压电振子安装凹槽为圆环形凹槽；

圆环形凹槽与U型凹槽之间的轴向距离为20～30mm；