Преобразователь для акустического каротажа Советский патент 1980 года по МПК G01V1/52 

1

Изобретение относится к области нромыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, а более конкретно, к акустическим приемникам для скважинной аппаратуры акустического каротажа.

Известен пьезокерамический приемник для скважинных приборов I, включающий в качестве активных элементов кристаллы бария, прямоугольной или цилиндрической формы. Принцип работы такого приемника заключается в том, что при приложении механических усилий к пьезокерамической пластине (цилиндру) на ее металлических обкладках будут возникать электрические заряды. К недостаткам приемника можно отнести то, что он воспринимает весь спектр акустических шумов, возникающих в скважине при движении прибора. Это затрудняет каротаж в плотных горных породах, а сравнительно низкая чувствительность приемника затрудняет каротаж в мягких (низкоскоростных) породах.

Известен также преобразователь для акустического каротажа 2, который . используется в качестве приемника в отечественной аппаратуре типа СПАК- и АКЦ. Преобразователь содержит маслонаполненный металлический контейнер, в котором

помещен пьезоэлектрический элемент из пьезокерамики ЦТС-19. Приемный элемент выполнен в виде кольца с продольной поляризацией и металлическими обкладками

5 на торцовых гранях, с которых снимается регистрируемый сигнал. При движении прибора вдоль ствола скважины на преобразователь воздействуют упругие колебания, посылаемые в горную породу акустическими излучателями, которые преобразуются пьезоэлектрическим элементом в электрические сигналы, усиливаются и по каротажному кабелю передаются в назем-, ную панель. Недостатком преобразователя

15 является его низкая избирательность к полезному сигналу на фоне акустических шумов, возникающих в скважине в процессе каротажа. Целью изобретения является повышение

20 эффективности работы преобразователя в режиме приема сигналов акустического каротажа.

Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрический элемент выполнен из

25 двух цилиндров, различной высоты, вставленных один в другой и электрически соединенных друг с другом, причем часть внутреннего цилиндра, входящая во внешний цилиидр, и сам внешний цилиндр выполне30 ны с радиальной поляризацией, выступающая из внешнего цилиндра часть внутреннего цилиндра поляризована продольно, внешняя металлическая обкладка внутреннего цилиндра является обш,ей для обоих цилиндров, а внутренняя металлнческая обкладка внутреннего цилиндра электрически соединена с внешней металлической обкладкой внешнего цилиндра. На чертеже показан иьезоэлектрический элемент преобразователя в разрезе, без маслонанолненного контейнера. Преобразователь для акустического каротажа включает металлический контейнер, заполненный маслом, в который номенден пьезоэлектрический элемент. Датчик преобразователя вынолнен из пьезоэлектрических цилиндров 1 и 2, вставленных один в другой и электрическн соединенных друг с другом. Внешний цилиндр имеет радиальную поляризацию (на чертеже показана стрелками) н металлические обкладки 3 и 4, выполненные, например, путем вжигания серебра в пьезокерамнку. Внутренний цилиндр на меньшей части своей длины имеет радиальную поляризацию, а на большей части - продольную поляризацию (на чертеже показаны стрелками) и металлические обкладки 5 и 6, нричем внешняя его обкладка является общей для обоих цилиндров, а обкладки 4 и 5 соединены друг с другом металлическим проводником 7. Цилиндр 1 является приемным элементом, а цилиндр 2 - преобразовательным элементом датчика, вынолняющим функцию акустического, резонансного, повышающего трансформатора. Размеры цилиндра 2 и соотношение его частей с различной поляризацией выбираются, исходя из частоты полезного сигнала в нолном регистрируемом сигнале акустического каротажа и онтимальной величины коэффициента трансформации. Пьезоэлектрический элемент размещается в контейнере, а последний в скважинном нриборе таким образом, чтобы ось цилиндров совпадала с осью скважины (нрибора с центраторами). Преобразователь работает следующим образом. Упругие волны нз горной породы, пересекаемой стенкой скважины, воздействуют на пьезоэлектрический элемент и возбуждают на обкладках цилиндра 1 электрический заряд, так как направление его поляризации совпадает с направлением воздействия упругой волны. Это нанряжение с обкладок 3 и 4 иодается на обкладку 5 той части внутреннего цилиндра 2, которая также имеет радиальную полярнзацню. Для частот сигнала вблизи продольного резонанса внутренний пьезокерамический цилиндр будет действовать как акустический резонансный трансформатор, для которого вполне осуществимы повыщения напряжения на обкладках 3 (5) н 6 (цень аа) вплоть до 1 : 100. Таким образом, если пьезокерамический элемент «настроен на частоту полезного сигнала в акустическом каротал е, например, на сигнал продольной НЛП поперечной волны, то уровень остальной части полного снгнала будет значительно понижен, чем достигается повыщение избирательностн данного преобразователя к полезному сигналу из волн-помех и акустических щумов. Данный иреобразователь может быть исиользован в скважинных приборах аппаратуры акустического каротажа в качестве приемника продольной или любой другой упругой волны. За счет одновременного с регистрацией усиления сигнала по напряжению на акустическом повышающем трансформаторе в скважинном приборе может быть уменьшено число электронных усилительных каскадов, что позволяет упростить ирибор и понизить вероятность электромагнитиых наводок на регистрируемый сигиал. Преобразователь обладает повышенной нзбнрательностью, помехоустойчивостью и может быть использован также для выделения волн различных тииов из нолного сигнала акустического каротажа. В результате может быть иовышена геолого-геофизическая информативность и эффективность акустического метода при исследовании иефтяпых и газовых скважин. Формула н 3 о б р е т е н и я Преобразователь для акустического каротажа, включающий пьезоэлектрический элемеит, выиолненный из пьезокерамического материала с металлическими обкладками, перпендикулярными направлению поляризации, и помещенный в маслоиаполнснный контейнер, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы преобразователя в режиме нриема унругих колебаний, пьезоэлектрический элемент вынолнен из двух цилиндров, различной высоты, вставленных один в другой и электрически соединенных друг с другом, ирнчем часть внутреннего цнлиндра, вхоящая во внешний цилиндр, и сам внеший цилиндр вынолнены с радиальной нояризацней, выстунающая из внешнего цииндра часть внутреннего цилиндра ноляризована продольно, внешняя металлическая обкладка внутреннего цилиндра является общей для обонх цилиндров, а внутенняя металлическая обкладка внутреннео цилиндра электрически соединена с нешней металлической обкладкой внешнео цилиндра. Источники ииформации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3243009. кл. 181-5, 966.

2. Белоконь Д. В. и др. Комплексная аппаратура акустического каротажа СПАК-2.

Геофизическая аппаратура. Л., «Недра, 1972, с. 18-24 (прототип).