一种超声波晶片组、超声波探头及岩芯超声波测试系统技术方案

技术编号:14410521 阅读:83 留言:0更新日期:2017-01-11 21:00
本发明专利技术公开了一种超声波晶片组、超声波探头和岩芯超声波测试系统。该超声波晶片组包括:纵波晶片,其为圆柱状;横波晶片,其为圆筒状,套装在所述纵波晶片的外表面,所述横波晶片与所述纵波晶片的中轴线重合;所述纵波晶片或横波晶片根据激励信号产生机械振动,从而产生绕中轴线呈轴对称分布的超声波场,或者,所述纵波晶片或横波晶片在绕中轴线呈轴对称分布的范围内接收超声波,产生接收信号。在岩芯测试过程中,即使被测岩芯发生旋转,超声波信号仍可均匀传输至岩芯,可有效检测到符合要求的超声波检测信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油工业的地质、钻探岩芯和材质测试等领域,具体地说,涉及一种超声波晶片组、超声波探头及岩芯超声波测试系统
技术介绍
我国非常规油气资源类型多、分布范围广、资源量巨大,有着广阔的勘探前景。注重和加强对我国非常规油气资源的勘探开发研究,能有效的促进我国非常规油气资源工业的发展。目前针对非常规油气的勘探开发研究主要通过对某区域内非常规油气的岩石进行采样从而获得测试数据。而岩石样品(以下简称“岩芯”)测试数据主要来源于超声波的测试。通过超声波测试,可获取岩芯的纵横波波形,读出纵横波时差,进而计算所测岩芯的纵横波速度。再根据计算出的岩芯纵横波速度可对区域内岩石特性进行准确分析,从而为非常规油气的勘探开发提供支持。现有技术中,岩石超声波测试系统通常采用超声波探头测试岩芯的纵、横波速度。该类超声波探头中的两块压电陶瓷晶片通常呈半圆状。图1为现有技术中晶片组的截面示意图,图2为岩芯的示意图,其中横波晶片和纵波晶片均为半圆状,且组合设置为圆形来与圆柱状岩芯的端面相配合。这种晶片的结构实际是处于偏芯状态,图1中每个压电陶瓷晶片均不是与圆柱体岩芯同轴设置。由于岩芯是天然结构,具有一定的纹理,属于非均质各向异性,在测试时这些纹理会形成一定的折射。而偏芯状态测试会导致在转动岩芯测试时产生不同的测试结果,从而影响测试结果的准确性。因此,亟需一种能够避免压电陶瓷晶片组与岩芯偏芯设置的超声波晶片组、超声波探头和岩芯超声波测试系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是克服现有技术中电陶瓷晶片组与岩芯偏芯设置导致测试结果不准确的技术缺陷。因此,针对上述问题,本专利技术的实施例首先提供一种超声波晶片组,包括:纵波晶片,其为圆柱状;横波晶片,其为圆筒状,套装在所述纵波晶片的外表面,所述横波晶片与所述纵波晶片的中轴线重合;所述纵波晶片或横波晶片根据激励信号产生机械振动,从而产生绕中轴线呈轴对称分布的超声波场,或者,所述纵波晶片或横波晶片在绕中轴线呈轴对称分布的范围内接收超声波,产生接收信号。在一个实施例中,所述纵波晶片外表面与所述横波晶片的内表面紧密贴合。在一个实施例中,所述横波晶片根据激励信号沿中轴线的垂直方向产生剪切振动,发出绕中轴线均匀分布的超声横波;所述纵波晶片根据激励信号沿中轴线方向产生压缩振动,发出绕中轴线均匀分布的超声纵波。根据本专利技术的另一方面,还提供一种超声波探头,用于对岩芯进行超声波检测,包括:如上文所述的超声波晶片组;壳体,其具有圆柱形空腔,所述超声波晶片组设置在圆柱形空腔内。在一个实施例中,所述壳体顶部设有开口,所述壳体的侧壁设有引线孔,所述纵波晶片和横波晶片靠近壳体开口的表面分别连接引线,所述引线通过引线孔引出至壳体外部。在一个实施例中,所述壳体的侧壁内设有引流管,其一端具有设置在壳体侧壁的侧面轴压孔,另一端具有设置在壳体底部的底面轴压孔。在一个实施例中,所述壳体顶部设有内螺纹,所述壳体具有旋紧螺栓,其设有与壳体顶部内螺纹相配合的外螺纹,所述旋紧螺栓压紧超声波晶片组,以使超声波晶片组紧贴壳体的底部。根据本专利技术的另一方面,还提供一种岩芯超声波测试系统,包括:一对如上文所述的超声波探头,包括发送探头和接收探头,发送探头和接收探头内设的超声波晶片组的中心轴与被测岩芯的中心轴重合;信号切换器,其通过引线分别连接横波晶片或纵波晶片,根据切换信号选择接通横波晶片或纵波晶片,向发送探头内部的横波晶片或纵波晶片提供激励信号;数据处理器,其用于将接收探头内部的横波晶片或纵波晶片产生的接收信号进行处理,生成测试信号。在一个实施例中,所述岩芯超声波测试系统还包括:压力仓,所述发送探头、接收探头和被测岩芯设置在压力仓内部,所述压力仓用于向被测岩芯施加轴压、围压和孔压。在一个实施例中,所述岩芯超声波测试系统还包括:前置放大器,其一端连接接收探头内部的横波晶片或纵波晶片,另一端连接数据处理器,用于对接收信号进行功率放大处理。本专利技术的实施例通过将横波晶片的中轴线设置为与纵波晶片的中轴线重合,使得超声波晶片组可产生沿中轴线方向均匀分布的超声波信号。一方面保证岩芯接收到超声波信号更均匀,从而可获得更客观、准确的岩芯超声波测试结果。另一方面,现有技术中由于岩芯纹理会影响超声波信号的传输效果,当被测岩芯发生旋转时,在极端情况下可能出现检测不到超声波信号的问题。本专利技术的实施例的超声波测试系统将超声波晶片组的中轴线设置为与岩芯的中轴线重合,即使被测岩芯发生旋转,超声波信号仍可均匀传输至岩芯,可有效检测到符合要求的超声波检测信号。此外,使超声波晶片组与岩芯同轴设置,被测岩芯能均匀接收到超声波测试信号,可将超声波晶片组的直径设置为较小的数值。相应地,被测岩芯的直径可设置为较小。由于岩芯越大,进行超声波测试的成本也越高,因此本专利技术的实施例还可减少测试成本。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术的限制。在附图中:图1是现有技术中晶片组的横截面示意图;图2是现有技术中岩芯的示意图;图3是本专利技术实施例一提供的超声波晶片组的横截面示意图;图4是本专利技术实施例一提供的横波晶片的工作状态示意图;图5是本专利技术实施例一提供的纵波晶片的工作状态示意图;图6是本专利技术实施例二提供的超声波探头的横截面示意图;图7是本专利技术实施例三提供的非常规岩芯超声波测试系统的框架图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,以下结合附图对本专利技术作进一步地详细说明。如图1所示,现有技术中超声波晶片组是由两片半圆形晶片拼接组成的圆形结构。其中,横波晶片和纵波晶片的中轴线偏离岩芯中轴线设置(以下简称为“偏芯设置”)。由于岩芯存在纹理,采用这种偏芯设置的超声波晶片组进行超声波测试时,岩芯内部不同部分接收并传输超声波信号的效率不同,因而可能导致岩芯超声波测试的结果不客观、准确,甚至可能检测不到超声波信号。例如,在岩芯某个部分传输超声波信号的效率很高时,可以检测到超声波信号;在岩芯某个部分传输超声波信号的效率很低时,可能检测不到超声波信号。此外,在岩芯发生旋转的情况下,由于旋转前后岩芯纹理相对于晶片组的分布位置发生改变,对同一岩芯进行两次超声波测试后,前后两次的测试结果可能不同。另外,由于晶片表面积越大,测试接收到的超声波信号强度也相应增大,因此若需获得强度足够大的超声波信号,则必须提供表面积合适的晶片。现有技术中常用50mm的探头来获得符合强度要求的超声波信号。针对38mm直径和25mm直径的岩芯,以现有技术中横波晶片和纵波晶片偏芯设置的方式也可分别制造出直径为38mm和25mm的超声波晶片组。但这两类超声波晶片组可能因为晶片组表面积减小且岩芯存在纹理,而导致最终检测不到超声波信号。而本专利技术的实施例通过将横波晶片和纵波晶片的中轴线设置成与岩芯中轴线重合,可克服以上技术缺陷。实施例一图3是本专利技术实施例提供的超声波晶片组的横截面示意图。如图3所示,超声波晶片组300包括横波晶片310和纵波晶片本文档来自技高网...
一种超声波晶片组、超声波探头及岩芯超声波测试系统

【技术保护点】
一种超声波晶片组,其特征在于,包括:纵波晶片,其为圆柱状;横波晶片,其为圆筒状,套装在所述纵波晶片的外表面,所述横波晶片与所述纵波晶片的中轴线重合;所述纵波晶片或横波晶片根据激励信号产生机械振动,从而产生绕中轴线呈轴对称分布的超声波场,或者,所述纵波晶片或横波晶片在绕中轴线呈轴对称分布的范围内接收超声波,产生接收信号。

【技术特征摘要】
1.一种超声波晶片组,其特征在于,包括:纵波晶片,其为圆柱状;横波晶片,其为圆筒状,套装在所述纵波晶片的外表面,所述横波晶片与所述纵波晶片的中轴线重合;所述纵波晶片或横波晶片根据激励信号产生机械振动,从而产生绕中轴线呈轴对称分布的超声波场,或者,所述纵波晶片或横波晶片在绕中轴线呈轴对称分布的范围内接收超声波,产生接收信号。2.根据权利要求1所述的超声波晶片组,其特征在于,所述纵波晶片外表面与所述横波晶片的内表面紧密贴合。3.根据权利要求1所述的超声波晶片组,其特征在于,所述横波晶片根据激励信号沿中轴线的垂直方向产生剪切振动,发出绕中轴线均匀分布的超声横波;所述纵波晶片根据激励信号沿中轴线方向产生压缩振动,发出绕中轴线均匀分布的超声纵波。4.一种超声波探头,用于对岩芯进行超声波检测,其特征在于,包括:如权利要求1-3中任一项所述的超声波晶片组;壳体,其具有圆柱形空腔,所述超声波晶片组设置在圆柱形空腔内。5.根据权利要求4所述的超声波探头,其特征在于,所述壳体顶部设有开口,所述壳体的侧壁设有引线孔,所述纵波晶片和横波晶片靠近壳体开口的表面分别连接引线,所述引线通过引线孔引出至壳体外部。6.根据权利要求4所述的超声波探头,其特征在于,所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:王辉明
申请(专利权)人:中国石油化工股份有限公司中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院
类型:发明
国别省市:北京;11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1