Преобразователь акустических волн скважинного прибора Советский патент 1980 года по МПК G01V1/52 

1

Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, а более конкретно- к акустическим излучателям и приемникам для скважйнной аппаратуры акустического каротажа по продольным и поперечным волнам.

Известны акустические преобразователи касательного типа, у которых вектор колебательного воздействия направлен параллельно активной поверхности излучения 1. В режиме приема такие преобразователи чувствительны к сдвиговым колебаниям рабочей поверхности преобразователя. Конструкция преобразователей представляет собой «консольную балку, свободный конец которой касается стенки скважины, и . выполнена из биморфного материала с положительной и отрицательной магпитострикцией; на пьезокристалле с соответствующим срезом или из пьезокерамических пластин, в которых возбуждаются колебания изгиба. При соответствующей ориентации такого преобразователя в вертикальной или горизонтальной плоскости скважины он будет возбуждать или регистрировать продольную или поперечную волну SH поляризации.

К недостаткам указанных преобразователей можно отнести следующее.

Так как при прижатии рабочей поверхности преобразователя к стенке скважины наибольшая амплитуда смещений будет в центре «балки, то КПД такого преобразователя невелик и в режиме возбуждения, мощность излучения в горную породу будет недостаточна, а в режиме приема будет слабой чувствительность преобразователя к полезному сигналу. Это, в свою очередь,

10 приводит к тому, что при движении скважинного прибора регистрируемое отношение сигнал/шум практически всегда много меньше единицы, что не иозволяет использовать данные преобразователи в аппаратуре акустического каротажа, предназначенной для массовых исследований нефтяных и газовых скважин. Кроме того, при трении иреобразователя о стенку скважины, особенно в случае твердой горной породы, происходит истирание рабочей поверхности, что приводит к изменению активной массы преобразователя и, следовательно, к изменению его рабочих характеристик.

25 Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является преобразователь акустических волн скважинного прибора, содержащий кольцеобразный магнитострикционный сердечник,

30 состоящий из двух групп пластин с отридательной и положительной магнптострпкцией, и электрическую обмотку возбуж;1сиия 2.

Кольцеобразный сердечник одним концом также прикреплен к штоку, прижимающему его к стенке скважины, а другой конец - рабочий - касается горной породы.

При подаче в обмотку возбуждения электрического тока в сердечнике происходит как сжатие, так и растяженне двух групп металлических пластин, т. е. сердечник начинает изгиблться в направлении, перпендикулярном плоскости биморфного контакта. Так как один конец сердечника жестко закреплен, то преобразователь представляет собой консольную «балку, свободный конец которой движется по стенке скважины. За счет сил трения, при достаточно xopouieM акустическом контакте преобразователя с породой, колебательные смещения рабочей поверхности преобразователя передаются в горную породу н возбуждают в ней упругие колебания. В зависимости от ориентации сердечника по отношению к оси скважины в породе возбуждается поперечная волна SV поляризации или поперечная волна SH поляризации, вектор которой направлен по касательной к окрул ности скважииы. Данный излучатель может также работать как нриемник колебаний. Преобразователь имеет низкий КПД и не может быть использован в аппаратуре непрерывного акустического каротажа, предназначенной для массовых промыслово-геофизических исследований из-за низкого отношения снгнал/шум н истирания рабочей поверхности иреобразователя о стенку скважины при движении скважииного прибора.

Целью иастояш,его изобретения является создание преобразователя акустических волн, позволяющего в процессе непрерывного каротажа более эффективно возбуждать и регистрировать прямые упругие волны в горной породе, пересекаемой скважиной.

Поставленная цель достигается тем, что на выгнутой торцовой рабочей поверхности магиитострикционного сердечника выполнен паз, в котором н естко закреплена смеиная контактная пластина из мягкого металла, например из бронзы, причем сердечник размещен в металлическом башмаке, к которому он жестко прикреплен своими концами, н что контактные пластины выполнены в форме диска, который установлен с возможностью вращения.

На чертеже показан один нз возможных вариантов конструктивного выполнения преобразователя акустических волн.

Преобразователь содержит магннтострик циониый кольцеобразный сердечник 1, который состоит нз двух групп пластии 2 и 3. Первая группа 2 изготовлена из материала, обладающего отрицательной магнитострикцией, например, из никеля, который

сжн.мается при действии на него магнитного ноля. Вторая грунна 3 изготовлена нз материала, обладающего ноложительиой магиитострикцией, например, из пермендюра, который расширяется при действии иа него магнитного поля. Торцовая рабочая новерхность сердечника 1 выполнена выгнутой для предотвращения возможного касаиня преобразователем (особенно его концевыми частями) горной иороды при наличии мелких неровностей на стенке скважины. В центральной части рабочей поверхности сердечника 1 выполнен паз, в который вставляется смежная контактная пластина

4 из мягкого металла, например из бронзы, и которая, в свою очередь, жестко закреплена в сердечнике 1 стягивающим болтом 5, форма иластины 4 и материал, из которого она изготавливается, выбираются 153 оптимальных условий возбуждения (ириема) упругой волны в горной породе, отпошеиия сигнал/шум, ее нстирания и сопротивления, при движении прибора. Магннтострикционный сердечник 1 помещен в

металлический башмак 6 и жестко закреплен в нем стягпвающими болтами 7 таким образом, что представляет собой «балку, жестко закрепленную на концах. На сердечник 1 намотана электрическая обмотка

возбуждения 8, которая создает в нем магнитное поле. Башмак 6 с преобразователем кренится к рессорной пружине 9, которая отжимает его от корпуса прибора н прижимает к стенке скважины. Вместо пружины 9 башмак 6 может крепиться к любому другому мехаиизму, вьшолняющ/ му ту же функцию.

Работа преобразователя основана на изгнбных колебаннях балкн, жестко закреплеииой иа коицах. Наибольшая амплит/да смещения будет в середине «балки, гд,.; и расиоложеиа контактр ая нластнна. При подаче в обмотку возбуждеиия электрического тока в сердечиике происходит как сжатне, так и растяжение двух групп металлических пластин. В результате он начинает совершать изгибные колебания, а контактная налстииа - колебания по вектору Л. Если теперь прижать преобразователь к

стенке скважииы таким образом, чтобы коитактная пластина была расположена вдоль ее образующей, то в горной породе будет возбуждаться поперечная волна 5// поляризации. Если иреобразователь развернуть на 90°, то он будет возбуждать в породе ноперечную волну SV поляризации. Преобразователь может работать также в режиме приема акустических волн. При движении скважинного нрнбора вдоль ствол а скважииы за счет трения контактной пластины о горную породу возникают акустические шумы, величина которых может превышать величину полезного сигнала. Для уменьшения этого шума контактная

иластнна изготавливается нз мягкого ме