Акустический преобразователь скважинного геофизического прибора Советский патент 1989 года по МПК G01V1/52 H04R17/00 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в аппаратуре акустического каротажа.

Целью изобретения является повышение разрешаюшей способности по типам волн.

На чертеже приведен акустический преобразователь, продольный разрез.

Основной частью преобразователя является пьезокерамический элемент 1, преобразующий поступающие на него упругие колебания в соответствующий электрический сигнал. Для защиты от контактов с буровой жидкостью он помещен в защитную оболочку 2 из фторопласта, заполненную противодействующей давлению диэлектрической жидкостью. Тонкие стенки оболочки в зоне пьезокерамического элемента не являются препятствием для прохождения через них упругих колебаний на пьезокерамический элемент. Сам пьезокерамический элемент представляет собой по форме пустотелый цилиндр. Его внутренняя полость так же заполнена диэлектрической жидкостью, защищающей пьезокерамический элемент от разрушения силой гидростатического давления. Выводы 3 от наружной и внутренней обкладок пьезокерамического элемента герметично выведены через пробку 4. В находящуюся внутри пьезокерамического элемента жидкость с зазором 5 относительно его стенок введен вкладыш 6, выполненный из стали - материала, имею- niero акустическую жесткость 35 « л 10 кг/м с, в то время как заполняющая кремнийорганическая жидкость типа ПЭС имеет акустическую жесткость порядка 1,5-10 кг/м с

В теле вкладыша может быть выполнена сухая полость 7, т„е, полость, заполненная только воздухом и защи- шенная от проникновения в нее жидкости. Прочностные характеристики вкладыша обеспечивают его неразрушение и сохранение от разрушения изолированной сухой полости в условиях максимального гидростатического давления, имеющего место на забое скважин .

При работе преобразователя в скважине в составе скважинного геофизического прибора поступающие на преобразователь упругие колебания через защитную оболочку 2 и слой жидкос- сти п зазоре 5 попадают на внешнюю часть стенки пьезокерамического элемента, где преобразуются в электрический сигнал, поступающий через выводы 3 в схему скважинного прибора о

Прошедшие через стенку колебания через зазор попадают на вкладьш и, благодаря большому (более, чем на порядок) различию в акустической жесткости материала вкладыша и жесткости жидкости в зазоре, в значитель ной степени отражаются от вкладыша и вновь попадают на стенку пьезокерамического элемента, но уже с внутренней стороны. В сам вкладыш, находящийся внутри пьезокерамического элемента, попадает незначительная часть упругих колебаний, которая практически полностью теряется на переходе металл - воздух и в самом воздухе внутренней полости вкладыша

Таким образом, отсутствуют условия для возбуждения колебаний во внутреннем объеме пьезокерамического элемента и резонансных явлений, негативно влияющих на частотную характеристику преобразователя и вы- зываюпшх увеличение времени переходных процессов после каждой из волн.

Максимальное суммарное приращени поперечных размеров пьезокерамического элемента и вкладьш1а л , возникающее в результате их температур

10

15

20

25

30

35

40

45

50

ного расширения, определяется для рабочего диапазона температур. При этом исключается появление механического контакта между вкладышем и пьезокерамическим элементом, поскольку такой контакт мог бы привести к нестабильности коэффициента преобразования преобразователя за счет нестабильного по величине эффекта присоединенной массы (вкла- дьш1а) в зависимости от степени прижатия к пьезокерамическому элементу и величины контакта, зависящих от температуры в скважине, изменяющейся по мере подъема скважинного прибора от забоя к устою скважины, и других факторов.

При зазоре а rfg /16, гдеЛ - длина волны упругих колебаний в диэлектрической жидкости на верхней частоте рабочего диапазона частот, отставание по фазе не превышает |i и искажение сигнала практически не ухудшает условий измерения.

Для реального приемного преобразователя при учете указанных выше условий (а также реальных допусков на входящие в преобразователь детали) при верхней частоте рабочего диапазона частот, составляющей 50 кГц, оптимальная величина зазора а составляет 0,5-1 мм (в зависимости от диаметра пьезокерамического элемента).

Формула изо. бретения

I. Акустический преобразователь скважинного геофизического прибора, включающий помещенный в защитную оболочку пустотелый пьезокерамичес- кий элемент, заполненный диэлектрической жидкостью, отличающийся тем, что, с целью повьппе- ния разрешающей способности по типам волн, в пьезокерамическом эле- , менте с зазором а относительно его стенок расположен вкладьш, выполненный из материала, отличающегося по акустической жесткости по крайней мере на порядок от заполнягапей диэлектрической жидкости, причем величина зазора выбирается из соотношения

Л а

1 16

где U - максимальное суммарное приращение поперечных размеров пьезокерамического элемента и вкладыша;

- длина волны упругих колебаний в диэлектрической жидкости на верхней частоте рабочего диапазона частот, мм.

1529158

2. Преобразователь по п. 1, о т - личаютийся тем, что в теле вкладыша выполнена изолированная , сухая полость.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в аппаратуре акустического каротажа. С целью повышения разрешающей способности по типам волн в пустотелый пьезокерамический элемент введен вкладыш, выполненный из материала, по крайней мере на порядок отличающегося по акустической жесткости от диэлектрической жидкости, которая заполняет пьезокерамический элемент. Величина зазора A между вкладышами и внутренними стенками элемента определяется из соотношения ΔΑ*98л_в, где Δ - максимальное суммарное приращение поперечных размеров пьезокерамического элемента и вкладыша

λ_в - длина волны упругих колебаний в диэлектрической жидкости на верхней частоте рабочего диапазона частот. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

/ 5 6

Редактор А. Лежнина

Составитель Н. Захарченко

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Пожо

Заказ 7638/41

Тираж 484

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Подписное