具有压电致动器阵列和行程放大器的用于宽频率范围声学输出的声源制造技术

一种声学能量源用于放大电反应元件的行程，该声学能量源具有本体，该本体具有弹性体填充的第一腔室、高度不可压缩的流体填充的第二腔室，以及与第二腔室相交的钻孔，该钻孔从第二腔室径向向外延伸。钻孔中的套管轴组件各包括电反应元件和径向地突出到第二腔室中的尖端。具有下部的动态磁轭突出到第二腔室中，并且压力盘突出到第一腔室中。在本体上并且在动态磁轭的一侧上的隔膜与动态磁轭的下部相对。流体在动态磁轭、静态磁轭和套管轴尖端之间形成膜。施加交流电来使尖端往复运动进出第二腔室；使动态磁轭和隔膜作往复运动以便产生声学能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年3月31日提交的美国非临时申请14/230,533的优先权，其全部公开内容通过引用合并到本文中用于所有目的。
本公开内容总体上涉及具有至少一个致动器的阵列的声源，该声源放大输入的位移行程以优化来自声源的声学输出的大小。更具体地，本公开内容涉及放大来自压电元件的输入的位移行程以产生输出信号的声源。
技术介绍
关于地下岩层的信息通常可通过对地层成像来获得。通常收集的信息包括孔隙度、渗透率、边界层等；这些信息通常用于定位含烃地层或者储层。当评估特定区域或储层的潜在产率和/或生产能力时，这些信息通常也是有用的。成像经常发生在与地层交叉的钻孔内，以及测井工具被插入钻孔的位置。典型的成像技术在测井工具内使用核装置，该核装置发射辐射至地层内，并且其从地层散射回工具。工具内的传感器记录从地层散射回的辐射的事件，其被分析以识别关于地层的信息。装备有声发射器和声接收器的测井工具有时也用于对地下岩层成像。来自声发射器的声学信号传播到地层内，在这里一些信号反射回工具并且被接收器记录。与核工具类似，分析由接收器记录的经反射的声学信号产生关于地层的有用信息。
技术实现思路
本文公开的是与井下工具一起使用的声学能量源，其包括：安装在井下工具的壳体上的本体；在本体内的填充有弹性体材料的第一腔室；与本体耦接并且相邻于填充有弹性体的第一腔室的隔膜，并且该隔膜从腔室钻孔径向向外以及朝向腔室钻孔径向向内选择性地往复运动。在该示例中还包括动态磁轭，其具有突出到填充有流体材料的第二腔室中的出口的端以及附接至被嵌入到第一弹性体填充的腔室内的压力盘的相对端，第二流体填充的腔室具有多个相对的入口。电反应致动器可以与第二流体填充的腔室的每个入口共线对准以形成电反应致动器的阵列，每个致动器具有与电反应致动器接触的套管轴尖端，并且每个套管轴尖端通过每个入口突出到第二流体填充的腔室内。电反应致动器的阵列可通过循环变化的电压被同步地激励，该电压引起套管轴尖端的阵列相对于第二腔室一致地位移，从而在致动器伸展时引起第二腔室内的流体经受净压应力，并且当致动器缩回时引起第二腔室内的流体经受净拉应力。每个致动器的套管轴尖端具有与动态磁轭内的凹槽基本上互补成型的相对端，使得第二腔室由套管轴尖端与动态磁轭之间的流体的膜和成型为符合与动态磁轭基本上同轴的静态磁轭内的套管轴尖端的几何形状的声源本体来形成。流体可以是基本上不可压缩的，并且具有范围高达约10cps的黏度。任选地，电反应堆由压电材料和电活化聚合物中的至少一个制成。可进一步包括多个套管轴尖端和电反应堆，并且其被设置在本体中并且以大体上相同的角度彼此间隔。声学能量源的另一个示例包括：本体；本体内的第一腔室；具有突出到第一腔室内的压力盘并且具有突出到第二腔室内的动态磁轭的位移放大器组件，所述动态磁轭为钻孔径向可移动的，并且具有从位移放大器组件的外周边正视径向朝内突出的成型狭槽；耦接至本体并且与动态磁轭的轴垂直的隔膜；具有尖端的套管轴组件，该尖端在动态磁轭的成型狭槽内往复运动并且成形为与动态磁轭内的相应的成型狭槽互补；以及在尖端与动态磁轭的成型狭槽之间的第二腔室内的流体，使得当尖端向内往复运动时，被尖端移位的流体的一部分在动态磁轭上施加力以促使压力盘进入在第一腔室弹性体内产生声学本体波的运动以及声学隔膜的反作用运动。套管轴尖端和成型狭槽可策略性地形成且尺寸设置为使得流体的膜设置在套管轴尖端与成型狭槽之间。在该示例中，将力从套管轴尖端传递至流体，所述力大大超过由流体施加到套管轴尖端上的摩擦力。还可以包括压电堆用于使套管轴尖端往复运动。任选地，套管轴尖端与狭槽之间的流体靠近薄壁歧管。声学能量源可进一步包括在本体中形成的静态磁轭，静态磁轭大体上与动态磁轭的运动同轴，并且其中，每个狭槽的一部分在动态磁轭中形成，并且每个狭槽的一部分在静态磁轭中形成。本文中还公开了产生声学能量的方法，该方式包括提供壳体，该壳体内具有动态磁轭；在壳体内横向突出的套管轴组件；壳体上的隔膜；以及在动态磁轭和套管轴组件之间的流体。该方法进一步包括通过使套管轴组件沿着与壳体的轴相交的路径往复运动以往复地促使动态磁轭抵靠隔膜在第一弹性体腔室内产生声波来产生声学信号，套管轴组件和动态磁轭配置为使得套管轴组件与动态磁轭之间的相互作用产生在套管轴组件与动态磁轭之间的流体的膜内的压力传输。在该方法的示例中，膜类似于薄壁歧管。任选地，膜流体可以是水、硅油、甘油、液态金属镓铟锡合金或其组合。流体膜可以可替选地在与套管轴尖端的整个表面相邻处具有大体上恒定的厚度。在示例中，套管轴组件的大体上所有往复运动能量均通过流体的膜传递至动态磁轭。附图说明已陈述了本专利技术的一些特征和益处，当结合附图时，其他特征和益处将在继续描述的同时变得明显，在附图中：图1是根据本专利技术的形成钻孔并且在底部孔组件上具有声换能器的钻孔系统的实施例的侧面局部截面图。图2是根据本专利技术的图1的换能器的透视图。图3是根据本专利技术的沿图2中线3-3截取的换能器的截面图。图4是根据本专利技术的用于与图1的换能器中的一个一起使用的套管轴组件的实施例的透视图。图5是根据本专利技术的沿图4中线5-5截取的套管轴组件的截面图。图5A是根据本专利技术的图5的套管轴组件的一部分的截面图。图6是根据本专利技术的具有在部分剖视图中所示的壳体的声换能器的示例的透视图。图7是根据本专利技术的用于与图1的换能器中的一个一起使用的动态磁轭的示例的透视图。图8是根据本专利技术的沿图2中线8-8截取的换能器的本体的示例的透视截面图。图9是根据本专利技术的沿图2中线9-9截取的换能器的透视截面图。图10是根据本专利技术的图2中的换能器的示例的分解视图。图11A和图11B是根据本专利技术的形成于图2中的换能器内的歧管膜的示例的下透视图和上透视图。图12是根据本专利技术的图2的换能器的声学输出频率响应的示例的曲线图。虽然将结合优选实施例对本专利技术进行描述，但将理解的是，其并不旨在将本专利技术限制于该实施例。相反，其旨在涵盖可被包含在由所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内的所有替代、修改和等同内容。具体实施方式现将在下文中参照附图对本公开内容的方法和系统进行更充分地描述，其中在所述附图中示出实施例。本公开内容的方法和系统可以为许多不同的形式，并且不应被理解为限于本文所列举的被示出的实施例；确切地说，提供这些实施例来使得本公开内容将是透彻和完整的，并且本公开内容将会将其范围完全传达给本领域技术人员。贯穿全篇相同的附图标记表示相同的元件。在实施例中，术语约的使用包括所引述大小的+/-5％。应进一步理解的是，本公开内容的范围并不限于所示出和描述的结构、操作、具体材料或实施例的精确细节，因为修改和等同内容对于本领域技术人员将是明显的。在附图和说明书中，已公开了示例性实施例，并且尽管采用了特定术语，但它们仅用于一般性和描述性意义，并且不是为了限制的目的。图1中的部分侧截面图中示出钻井系统10的一个示例，其中示出底部孔组件12具有钻孔挖通地层16的钻头14。钻井孔18通过用钻头14挖掘而形成，且其中在底部孔组件12上包括声学换能器20，其中换能器20是发射器24和接收器26。示例中示出了从发射器24传播、从地层16内的不连续面反射、然后朝向底部孔组件12传播回并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于与井下工具一起使用的声学能量源，其包括：本体，所述本体安装至所述井下工具的壳体；在所述本体中的第一腔室，所述第一腔室具有弹性体；在所述本体中的第二腔室，所述第二腔室具有流体；隔膜，所述隔膜与所述本体耦接为与所述第一腔室相邻，并且从所述第一腔室轴向向外且朝向所述第一腔室轴向向内选择性地往复运动；动态磁轭，所述动态磁轭具有突出到所述第二腔室中的端和保持突出到所述第一腔室中并且被嵌入到所述第一腔室的所述弹性体中的压力盘的相对端；电反应堆，所述电反应堆被选择性地激励成振荡伸展和收缩的配置；套管轴尖端，所述套管轴尖端具有与所述电反应堆接触的端，所述套管轴尖端在所述电反应堆处于所述伸展配置中时径向向内移动并且在所述电反应堆处于所述收缩配置中时径向向外移动，并且所述套管轴尖端具有相对端，所述相对端的轮廓形成为与所述动态磁轭中的凹槽大体上互补，使得所述第二腔室中的所述流体的膜在所述电反应堆处于所述伸展和收缩配置时保持在所述套管轴尖端与所述动态磁轭之间；以及调谐共振支架，所述调谐共振支架具有附接至所述本体的端和附接至所述井下工具的相对端，并且与所述隔膜的运动动态地耦接以在指定操作频率和范围下产生所述源的声学输出的共振响应。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.31 US 14/2305331.一种用于与井下工具一起使用的声学能量源，其包括：本体，所述本体安装至所述井下工具的壳体；在所述本体中的第一腔室，所述第一腔室具有弹性体；在所述本体中的第二腔室，所述第二腔室具有流体；隔膜，所述隔膜与所述本体耦接为与所述第一腔室相邻，并且从所述第一腔室轴向向外且朝向所述第一腔室轴向向内选择性地往复运动；动态磁轭，所述动态磁轭具有突出到所述第二腔室中的端和保持突出到所述第一腔室中并且被嵌入到所述第一腔室的所述弹性体中的压力盘的相对端；电反应堆，所述电反应堆被选择性地激励成振荡伸展和收缩的配置；套管轴尖端，所述套管轴尖端具有与所述电反应堆接触的端，所述套管轴尖端在所述电反应堆处于所述伸展配置中时径向向内移动并且在所述电反应堆处于所述收缩配置中时径向向外移动，并且所述套管轴尖端具有相对端，所述相对端的轮廓形成为与所述动态磁轭中的凹槽大体上互补，使得所述第二腔室中的所述流体的膜在所述电反应堆处于所述伸展和收缩配置时保持在所述套管轴尖端与所述动态磁轭之间；以及调谐共振支架，所述调谐共振支架具有附接至所述本体的端和附接至所述井下工具的相对端，并且与所述隔膜的运动动态地耦接以在指定操作频率和范围下产生所述源的声学输出的共振响应。2.根据权利要求1所述的声学能量源，其进一步包括静态磁轭，所述静态磁轭安装在所述第二腔室中并且与所述动态磁轭的运动大体上同轴。3.根据权利要求2所述的声学能量源，其进一步包括在所述静态磁轭中的凹槽，所述凹槽的轮廓形成为容置所述套管轴尖端。4.根据权利要求1所述的声学能量源，其中，所述流体大体上是不可压缩的并且具有范围高达约10cps的黏度。5.根据权利要求1所述的声学能量源，其中，所述电反应堆包括至少一种压电材料。6.根据权利要求1所述的声学能量源，其进一步包括多个套管轴尖端和电反应堆，所述电反应堆被选择性地激励成振荡伸展和收缩配置，设置在所述本体中，并且以大体上相同的角度彼此间隔开，并且使得所述第二腔室中的所述流体的所述膜在所述电反应堆处于所述伸展和收缩配置时保持在所述套管轴尖端与所述动态磁轭之间。7.根据权利要求1所述的声学能量源，其中，所述套管轴尖端和所述动态磁轭在战略上彼此间隔开，使得当所述套管轴尖端相对于所述动态磁轭往复运动时，所述第二腔室中的由所述套管轴尖端位移的流体量促使所述动态磁轭创建所述压力盘的运动并且在所述第一腔室的所述弹性体中产生声本体波，所述声本体波传播通过所述第一腔室的所述弹性体并且撞击在所述隔膜上，从而引起所述隔膜的运动。8.一种声学能量源，其包括：本体；在所述本体中的第一腔室；在所述第一腔室中的弹性体；在所述本体...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·W·斯韦特，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US