Акустический изолятор Советский патент 1984 года по МПК G01V1/52 

; Изобретение относится к геофизическим приборам, предназначенным дл исследования скважин методом акусти ческого каротажа. Известен акустический изолятор, выполненный из двух труб, труба в т бе, со сквазными поперечными пазами расположенными в шахматном порядке, при этом зазор между трубами и паза ми в них заполнен резиной С1. Однако такой изолятор практнчески не вносит затухания и работает к линия задержки. Известен также акустический изолятор, состоящий из стальной цилинд рической спирали, внутри которой ра положены на определенном расстоянии герметичные стальные диски, имеющие внутри воздушную полость. Эти диски связаны между собой и с цилиндрической спиралью элокридной или кремний органической смолой с наполнителем. В изоляторе металлическая спираль выполнена из сплошного профиля прямоугольного сечения 2. Однако площадь сечения витка такого изолятора для обеспечения необ ходимой осевой жесткости должна быт достаточно велика, что приводит к уменьшению акустического затухания. В изоляторе распространяются акустические волны и по эпоксидной смоле с наполнителем со скоростью 24003500 м/с, что также ухудшает его звукоизоляционные свойства. Наиболее близким к предлагаемому является акустический изолятор для скважинных приборов акустического, каротажа,выполненный в виде стальной спирали плоскоовального сечения /. З Однако этот изолятор имеет значительное сечение спирали, вследствие чего его акустическое затухание невелико и равно 24 дБ/м. Для увеличения эффективности изолятора на его одеваются металлические втулки, разделенные звукоизоляционными втулками. Изолятор имеет осевую прочность 200 кгс, что недостаточно для применения в скважинных приборах .и рекомендуется в него ввести трос. Очень мала его осевая жесткость кгс/мм При такой малой осевой жесткости в зонде может изменяться измерительная база и разнос преобразователей, что приводит к недопустимым погрешностям измерения временных и ампли тудных параметров принимаемых сигналов. Такой изолятор при малой осевой жесткости на необходимой для зондов акустического каротгока длине 2 м, практически не имеет поперечной жесткости и не позволяет центрировать прибор в скважине. Плоскоовальное сечение, втулки, jTpoc и его крепления усложняют изоляторы и технологию их изготовления Изоляторы tl , С 2 также имеют сложную конструкцию и нетехнологичны в производстве. Цель изобретения - повышение зффективности акустического изолятора, упрощение конструкции и технологии его изготовления. Поставленная цель достигается тем, что в акустическом изоляторе, выполненном в виде стальной спирали, витки спирали соединены между собой перемычками, установленными с шагом, выбираемым из ряда 2/3, 2/5, 2/7,... оборота спирали. На чертеже изображен изолятор. В изоляторе витки спирали 1 соединены перемычками 2-4, установленными через 2/3 оборота спирали. Акустический изолятор работает следующим образом. Действие акустического изолятора основано на принципе удлинения пути пробега упругой волны в металлической трубе. Упругая волна распространяется по виткам спирали, что приводит к увеличению времени ее пробега вдоль изолятора. При шаге спирали h, длине изолятора 1, среднем диаметре dc, увеличение длины пробега волны в акустическом изоляторе выражается как (Jrdc) + h а кажущаяся скорость распространяющихся волн определяется выражением: TTdc V. ) + h-zоткудаi/Vi - V где Vo - скорость распространения волны Вматериале изолятора; ,3-эмпирический коэффициент, учитывающий, что упругая волна распространяется по виткам спирали не по винтовой линии, а путем многократных отражений от спиральных стенок, образующих витки цилиндрической спирали, что является также причиной затухания волны в изоляторе. При среднем диаметре изолятора 70 мм, скорости распространения упругой волны в изоляторе V 1200 м/с и скорости упругой волны в материале изолятора Vo 5500 м/с шаг витков цилиндрической спирали h 64 мм. Минимальную ширину перемычек, соединяющих витки спирали, выбирают из условия осевой прочности изолятора

b

(2)

n . t rrf™

me b - ширина перемычек, в мм;

Р - максимальное осегое усилие, прикладываемое к изолятору, кгс; t - толщина стенки спирали изо. лятора, мм; , - предел текучести, который

для легированных сталей можно принять 50 кгс/мм ; п - число перемычек, приходящееся на оборот спирали, при установке перемычек через 2/3 оборота спираши п 1,5.

Для изолятора, выполненного по пр веденному чертежу из стальной трубы t 5,5 мм, при Р 2000 кгс имеем b - 4,85 мм. Так как скорость распространения упругой волны в стали Vo 5500 м/с и верхняя граничная частота преобразователей (например для таких приборов как СПЛК, ЛКН) не превышает 30 кГц, то по изолятору распространяются упругие волны с минимальной длиной - 110 мм. Для таких волн, исходя из известного эффекта прозрачности полуволновых экранов, перемычка шириной 4,85 мм много меньше 1/4.

Перемычки в изоляторе должны устанавливаться через 2/3, 2/5, 2/7,.. оборота спирали.

Испытания образцов изоляторов в воздухе, в импульсном режиме,близком к используемому в приборах типа СПАК прибором УК-10П имеют следующие показатели.

Для изоляторов с через 2/3 оборота спирали полностью справедливо выражение (1).,

Образец 1 изолятора из стальной трубы 36 X 4 с шагом спирали 15 мм шириной спирального паза 2 мм, с пеpeмычкa 1И шириной 4 мм, установленными через 2/3 оборота, спирали, на частоте 25 кГц имеет скорость распространения упругой волны по первому вступлению 1085 м/с и затухание по максимальной амплитуде полного волнового сигнала 184 дБ/м.

В изоляторах с шагом установки перемычек через 2/5 оборота спирали и менее наряду с упругил-и волнами, определяемыми выражением (1), распрострйняются волны и по более короткому пути с большей скоростью через перемычки, однако затухание всех типов волн, распространяю 1шхся по изолятору, измеренное по максимальной а плитуде полного импульсного волнового сигнала, остаются высоким.

Образцы изоляторов 2 и 3 с шагом установки перемычек соответственно через 2/5 и 2/7 оборота спирали из стальной трубы 73 х 5,5 мм, шагом

спира/ги 48 мм, шириной спирального паза 5 мм, шириной перемглчек 10 мм имеют скорости распространения упругой волны по первому вступлению и затухание по максимальной амплитуде в полном импульсном волновом сигнале на разных частотах в соответствии с таблицей.

Образец 3 имеет излишнюю прочность и в нем можнд уменьшить стенки ис0ходной трубы до 2,5-3 мм, что увеличит его эффективность.

При прикладывании по оси образца 2 усилия в 10 кгс изменение его длины на базе 100 мм штангелем обна5ружить не удается.

Дальней1иие исследования погазывают, что хотя распространяются по изоляторам (с шагом 2/5 оборота спирали и менее) упругие волны с высокими скоростями, определяющим фак0тором применения изоляторов является их высокая эффективность и они могут применяться в приборах дг1я измерения скорости звука и в нес1солько сотен метров.

5

Испытания макетов прибора ЛК1-841 с размерами зонда И 1,5 П1 0,5 П2 (в которых установлены изоляторы с параметрами образца 2) в открытом водоеме, в скважинах с диаметром от

0 120 мм до 400 мм и метрологические испытания на установке УПАК-1 показывают, чтсГ упругие волны по корпусу изолятора не распространяются и обеспечивается высокая акустическая изо5ляция излучателя от приемников. Отношение максимальной амплитуды различного рода помех и шумов к максимальной амплитуде максимального полезного сигнсша в условиях скважин составляет более 100 дБ. Наиболее

0 технологичным из аналогов является изолятор tn

Изготовление и испытание макетов приборов АК1-841 показывают, что

5 данные акустические изоляторы по осевой и поперечной прочности одинаковы с 11, но намного превосходят 37 по технологичности (изготавливают на обычном фрезерном станке .из трубы и

0 имеют более, чем на порядок, Трудоемкость). Предлагаемый изолятор существенно проще по конструкции в сравнении с известными, имеет меньшую металло- и материалоемкость и

5 вес и большую эффективность, обусловленную меньшей толщиной стенки цилиндрического прямоугольного сечения спирали, что обеспечивается прочностью изолятора, полученной за счет

0 размещения перемлчек между витками, спирали.

Изолятор характеризуется высокой термо- нефте- и гаэостойкостью,так как представляет собой простую метги лическую конструкцию.

5

. Испытания изоляторов показывают, что они имеют достаточную поперечную прочность для обеспечения хорошего центрирования приборов в скважине и обладают упругой гибкостью, что улучшает проходимость приборов в скважине, особенно с изгибами.

Юбразец 1 с перемычками через 2/3 оборота спирали имеет намного большую гибкость, чем образец 3 с перемычками через 2/7 оборота спирали. Поэтому изоляторы с перемычками чере 2/3 оборота спирали предпочтительно применять в приборах малого диаметра для обеспечения хорошей проходимости в изогнутых трубах диаметром менее 40 мм, а с перемычками через 2/5 оборота спирали и менее - в приборах диаметром более 50 мм, в которых необходима большая поперечная прочность.

АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР ДЛЯ. скважинных приборов акустического каротажа, выполненный в виде стальной спирали, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности, а также упрощения конструкции и технологии изготовления, витки спирали соединены между собой перемычками, установленными с шагом, выбираемым из ряда 2/3, 2/5, 2/7,.,, оборота спиргши. (/}