АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СКВАЖИННОГО ПРИБОРА Российский патент 2016 года по МПК G01V1/52 H01L41/12 

Из истории вопроса

Широко известен применяемый в исследованиях скважин акустический преобразователь с круговой характеристикой направленности, в конструкции которого сердечник представляет собой набор склеенных между собой пластин магнитострикционного материала со сквозными отверстиями, сквозь которые пропущены обмотки возбуждения. (Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М., 1957 г.). Преобразователи известной конструкции долгие годы широко применялись в аппаратуре типа СПАК-2 (производство СССР) и типа УЗБА (производство ГДР).

Известны также акустические преобразователи с круговой характеристикой направленности, в конструкции которых используется витой тороидальный сердечник из ленты магнитострикционного материала, на который нанесена обмотка возбуждения (Перцев Г.М. и др. Технология изготовления акустических преобразователей с витым сердечником. Уфа. ВНИИнефтепромгеофизика. ВИНИТИ. Деп. №1400-НТ87). Преобразователи известной конструкции используются в скважинной аппаратуре серии МАК, выпускаемой научно-производственной фирмой ОАО НПФ «Геофизика» (г. Уфа) в настоящее время.

Для решения различных геологических и инженерных задач в области исследования скважин в настоящее время нашли применение зонды с монопольными и дипольными акустическими преобразователями (Смирнов М.А, Козяр В.Ф. и др. Измерение параметров упругих волн зондами с монопольными и дипольными преобразователями. НТВ «Каротажник», Тверь, издание АИС, вып. 12, 1998 г.). Достоинство известных преобразователей заключается в обеспечении «монопольного» излучения круговой характеристики, направленного в породу, окружающую скважину.

Однако все известные акустические преобразователи отличаются низкой точностью, поскольку создаваемая излучателями известных конструкций поперечная волна накладывается на опережающую ее отраженную поперечную волну.

То есть становится актуальной задача создания достаточно простого в изготовлении и надежного в эксплуатации дипольного акустического преобразователя с высокой точностью контроля параметров как излученной, так и отраженной волны.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и технологичности конструкции акустического преобразователя и расширение его функциональных возможностей.

Поставленная задача решается следующим образом.

В акустическом преобразователе скважинного прибора, содержащем акустически прозрачный корпус, в котором установлен сердечник из магнитострикционного материала с нанесенной на него обмоткой возбуждения, согласно изобретению сердечник выполнен в виде двух пластин «серповидной» формы, установленных в корпусе с зазором параллельно друг другу, концы пластин попарно соединены между собой в области минимального радиуса кривизны сердечника и жестко закреплены в корпусе, а обмотка возбуждения расположена на сердечнике в «серповидной» области. Для сохранения параллельности между пластинами сердечника в области «серповидного» участка установлен, как минимум, один распорный элемент. Предложенное техническое решение имеет следующие преимущества по сравнению с известными конструкциями:

- конструкция сердечника «серповидной» (выпукло-вогнутой) формы обеспечивает возможность возбуждения как поперечных, так и продольных волн;

- предложенная конструкция акустического преобразователя скважинного прибора обеспечивает возможность применения его в качестве как монопольного, так и дипольного излучателя, с использованием одного генератора тока возбуждающих импульсов;

- предложенная конструкция акустического преобразователя скважинного прибора обеспечивает возможность применения его как в качестве излучателя дипольного типа, так и в качестве приемника акустических поперечных волн, что расширяет его функциональные возможности;

- малые габаритные размеры и вытянутая конструкция предложенного акустического преобразователя скважинного прибора обеспечивают возможность применения его в скважинных приборах достаточно малого диаметра.

Конструкция предложенного акустического преобразователя скважинного прибора отличается простотой и высокой технологичностью изготовления, поскольку для его практической реализации не требуется специальных материалов и оборудования, а навивка обмоток сердечника может производиться на оборудовании, применяемом для изготовления монопольных преобразователей.

На чертеже показан вариант конструкции акустического преобразователя скважинного прибора.

Акустический преобразователя скважинного прибора содержит корпус 1, в котором выделен отсек 2 с акустически прозрачным кожухом, заполненный диэлектрической жидкостью 3 (например, силиконом). В отсеке 2 размещен акустический преобразователь в виде обмотки возбуждения 4, размещенной на «серповидных» участках 5 сердечника 6. Выводы обмотки возбуждения 4 соединены с электровводами 7. Соединенные между собой концы сердечника 6 жестко закреплены в корпусе 1 крепежными элементами 8.

Для исключения образования короткозамкнутого витка в местах крепления концов сердечника 6 с корпусом 1 крепежные элементы 8 оснащены изоляционными прокладками из немагнитного материала (на фиг. не показано). Во избежание влияния корпуса 1 на магнитное поле сердечника 6 в процессе работы акустического преобразователя скважинного прибора, детали корпуса 1 изготовлены из немагнитного материала. Между пластинами сердечника 6 установлен распорный элемент 9 из немагнитного материала, обеспечивающий параллельность пластин сердечника 6 и синхронность их изгиба в процессе работы преобразователя скважинного прибора.

В зависимости от длины сердечника 6 распорных элементов 9 может быть установлено несколько - в случае большой длины. Либо, при минимальной длине сердечника 6, распорный элемент 9 может не устанавливаться вообще.

Акустический преобразователь скважинного прибора работает следующим образом.

В процессе работы скважинного прибора при подаче импульса тока в обмотку возбуждения 4, возникающее вокруг нее магнитное поле вызывает в силу магнитострикционного эффекта изменение линейных размеров сердечника 6, то есть изменение его длины. Поскольку концы сердечника 6 жестко закреплены в корпусе 1, происходит импульсное изменение длины (радиуса изгиба) «серповидных» участков 5 сердечника 6, что в свою очередь вызывает колебание жидкости 3. Импульсное колебание жидкости 3 посредством окружающей прибор скважинной среды возбуждает поперечную волну в окружающей скважину породе. Возбужденная порода излучает в свою очередь ответную поперечную волну в скважинную жидкость, которая вызывает колебание жидкости 3 и оказывает воздействие на сердечник 6, создавая магнитное поле, воспринимаемое обмоткой возбуждения 4. Указанное магнитное поле сердечника 6 в свою очередь вызывает в обмотке возбуждения 4 электрические импульсы, соответствующие принимаемой поперечной волне породы.

Частота как излучаемых, так и принимаемых импульсов в данном устройстве определяется в основном линейными размерами сердечника 6, в первую очередь его длиной. Испытания показали, что увеличение длины сердечника 6 для снижения частоты возбуждаемых сигналов не вызывало возникновения более высоких гармоник колебаний, то есть обеспечивается необходимая и достаточная точность фиксации как излученной, так и отраженной поперечных волн.

На практике изготовление сердечника 6 предложенной конструкции акустического преобразователя скважинного прибора осуществляется по технологии изготовления сердечников для круговых монопольных преобразователей с фиксацией сердечника 6 в оправке соответствующей «серповидной» формы и последующим отжигом в ней. Нанесение на сердечник 6 обмотки возбуждения 4 осуществляется после операции отжига сердечника 6.

Таким образом, предложенное техническое решение акустического преобразователя скважинного прибора поставленную задачу изобретения решает в полном объеме.

Устройство относится к измерительной технике, представляет собой акустический преобразователь и предназначено для геофизических исследований скважин, в частности в аппаратуре акустического каротажа. Устройство содержит корпус, в котором выделен отсек с акустически прозрачным кожухом, заполненный диэлектрической жидкостью. В отсеке находится сердечник с обмоткой возбуждения. Сердечник выполнен в виде двух пластин «серповидной» формы из магнитострикционного материала, установленных в корпусе параллельно друг другу с зазором. Концы пластин соединены между собой и жестко закреплены в корпусе, а обмотка возбуждения расположена в «серповидной» области сердечника. Между пластинами в «серповидной» области сердечника установлен как минимум один распорный элемент. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и технологичности конструкции акустического преобразователя и расширение его функциональных возможностей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Акустический преобразователь скважинного прибора, содержащий корпус, в котором установлен сердечник, выполненный из магнитострикционного материала, с электромагнитной обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что сердечник выполнен в виде двух пластин «серповидной» формы, установленных в корпусе с зазором параллельно друг другу, концы пластин попарно соединены между собой в области минимального радиуса кривизны сердечника и жестко закреплены к корпусу, а обмотка возбуждения расположена на сердечнике в «серповидной» области.

2. Акустический преобразователь скважинного прибора по п. 1, отличающийся тем, что в области «серповидного» участка между пластинами сердечника установлен как минимум один распорный элемент.