一种井下声系制造技术

一种井下声系，包括发射声系短节和接收声系短节，所述发射声系短节包括第一声系单元和第二声系单元，所述第一声系单元、第二声系单元和接收声系短节分别通过连结接头连接测量仪器。所述井下声系结构和规格尺寸设计满足海上风电塔基声波远探测成像与评价系统的测量环境，声系采用了弹性体灌封的大功率单极子纵波发射换能器，优化设计了弹性体灌封的低频宽带正交偶极发射换能器，选择了高灵敏度接收换能器和接收控制电路一体化的接收声系，保证了声系发射的大功率、低频和足够的带宽，以及接收声系的高灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种井下声系
本专利技术涉及海上风电勘探设计和海上探测测井设备
，特别涉及一种井下声系。
技术介绍
海上风电勘探设计是海上风电前期工作必备的环节，是海上风电塔基建设、建造的基础。海上风电塔基的设计评价主要包括几种技术途径，即常规物探技术，井下测量技术和钻孔取样技术，每种技术又包括不同的实现方法，并形成多种测量和实施仪器产品。其中，井下测量技术是非常重要的技术之一，同样，井下测量技术也包括多种测量方法和测量仪器，例如，井下电阻率测量仪器、井下放射性测量仪器、井眼直径测量仪器和井下声波测量仪器等产品。井下声波测量仪器是指在海上风电塔基钻井完成以后，将装有传感器或者探头的声系和控制单元的井下声波测量仪器放到井眼中完成测量，仪器通过电缆完成地面系统的供电，遥传控制以及提升或下放等，在仪器实施测井时，声波发射传感器发射声波，声波通过井孔流体的耦合，声波信号在井孔地层中传播，在不同的界面处发生透射、折射和反射等声波能量和模式的转换，然后声波信号被接收传感器接收(地层回波信号)，回波信号通过电缆和网络传输协议上传到地面采集控制系统，地面系统对数据进行管理处理，并计算出地层各种模式波的特征数据(速度和衰减等)，利用相关算法对这些特征数据提取分析，完成对井下地层岩性的特性参数获取，以及井眼附近地质结构体的探测评价。目前井下发射声系主要采用两种方式，单极子声系和偶极子声系发射，其中单极子声系实现单极子纵波测量的激励，偶极子声系完成弯曲横波测量的激励，接收声系完成纵波、横波等各种模式波的接收。目前，井下声系单元面临的主要问题包括，第一，声系工作频率高且带宽较窄。现有仪器声系发射工作频率较高，单极子在10-15kHz之间，偶极子在1-6kHz之间，工作带宽是通过谐振峰的组合来实现的，发射带宽明显受限，而风电塔基部分的地层，属于非常疏松和高孔隙地层，可能含气，也可能含有多种复杂的结构地质体，发射声系的高频声波信号衰减非常严重，因此，目前的发射声系设计，无法满足塔基区域的地层和地层中的地质结构体进行全面评价和探测。第二，接收声系灵敏度较低，目前的接收声系，局限于井下环境条件的限制，接收声系灵敏度较低，一般在-230dB到-200dB的范围内，因风电塔基地层的疏松特性，接收声波信号非常弱小，低灵敏度的接收声系无法获得与地层和地质结构体评价相关多种模式波的信号。第三，声系规格尺度较大且采用复杂繁琐的硅油密封封装，海上塔基探测的钻孔较小，井眼直径一般在90-150mm的范围内，现有声系直径一般都大于108mm，为耦合和密封要求，一般对声系采用了抽真空的硅油充填办法，封装、安装、维护非常耗时耗力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种井下声系单元，采用了低频的发射声系，频率低于1kHz，使得低频的声波信号能在疏松的地层中传播衰减更小，采用复合结构的拓展发射带宽设计使得发射声系适于风电塔基各种复杂地层的探测，在低频段对发射传感器进行激励控制，可以使传感器的效率达到最佳。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种井下声系，包括发射声系短节和接收声系短节，所述发射声系短节和接收声系短节分别通过连结接头连接测量仪器。所述发射声系短节包括第一声系单元和第二声系单元。所述第一声系单元包括第一外壳、设置在所述第一外壳内的第一骨架以及设置在所述第一骨架上的若干单极子发射换能器。所述第一骨架包括第一骨架主体、设置在所述第一骨架主体一端的顶盖以及设置所述顶盖上设置第一接线柱，所述第一骨架主体设有用于泥浆流通的第一通道，所述单极子发射换能器采用弹性体封装在所述第一骨架主体上。所述单极子发射换能器采用圆管型压电元件。所述单极子发射换能器设有两个，也可以设有四个，且并联连接。所述第二声系单元包括第二外壳、设置在所述第二外壳内的第二骨架以及设置在所述第二骨架上的若干偶极子发射换能器，所述第二骨架设置将若干所述偶极子发射换能器隔开的骨架接板，所述偶极子发射换能器通过弹性体封装在所述第二骨架上，所述第二骨架包括所述第二骨架主体、设置在所述第二骨架主体两端的密度块以及设置在一端所述密度块上的第二连接柱。所述偶极子发射换能器采用三叠片结构的压电元件，所述三叠片结构包括金属基片和设置在所述金属基片两侧的压电陶瓷片，所述金属基片的两面均有刻槽。所述偶极子发射换能器包括偶极子发射长片换能器和偶极子发射短片换能器。所述偶极子发射换能器设有八个，四个偶极子发射长片换能器和四个偶极子发射短片换能器，在平面内，X、Y方向上各设置两个偶极子发射长片换能器和偶极子发射短片换能器，正交设置。所述接收声系短节包括接收声系外壳、设置在所述接收声系外壳内的接收声系骨架以及设置在所述接收声系骨架上的接收电路模块和若干接收换能器，所述接收换能器和接收电路模块通过弹性体封装在所述接收声系骨架内。所述接收换能器采用五叠片结构，所述五叠片结构包括三层金属基片和两层压电陶瓷片，两层金属基片之间设置一层压电陶瓷片。所述接收声系骨架设有贯穿所述接收声系骨架的泥浆通道。所述接收声系骨架上设有接收声系接线柱。所述接收换能器设有32个，设置为八站，每站四个，正交方式安装组合。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术所述井下声系采用了低频的发射声系，频率低于1kHz，使得低频的声波信号能在疏松的地层中传播衰减更小，采用复合结构的拓展发射带宽设计使得发射声系适于风电塔基各种复杂地层的探测，在低频段对发射传感器进行激励控制，可以使传感器的效率达到最佳。所述井下声系采用了高灵敏度的接收声系设计，接收声系的灵敏度与压电材料关系很大，在仪器工作温度范围内，具备高接收效率的压电陶瓷材料，进一步提高了接收灵敏度，为了实现远探测声波信号的有效性并减少电路控制方面的信号衰减，将接收控制电路与接收传感器集成为一个模块单元，这样，接收声系短节就更有利于接收小弱信号，可保证在低速的海底地层中获得横波信息，最重要的是，可以获得井旁大范围内的地质体反射波信息。所述井下声系是专门为海上风电塔基声波远探测成像与评价的仪器产品而设计的，发射和接收声系规格尺度更小，同时，对发射和接收声系进行了全新的耦合密封设计，发射和接收声系选择采用弹性体(例如橡胶和聚氨酯等)封装，在解决了耦合和密封的基础上，使得声系更便于安装和维护，故障率下降，同时，针对风电塔基勘测钻孔较小的情形，设计和尺度更小的发射和接收声系，在保证探测有效性的条件下，满足风电塔基探测的海上作业工况需求。附图说明在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本专利技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本专利技术的理解，并不是具体限定本专利技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本专利技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本专利技术。在附图中：图1是本专利技术一具体实施例的井下声系的结构示意图；图2是本专利技术一具体实施例的井下声系的第一声系单元的结构示意图；图3是本专利技术一具体实施例的井下声系的第二声系单元的结构示意图；图4是本专利技术一具体实施例的井下声系的接收声系短节的结构示意图。图中所示：1-第一声系单元、2-第一外壳、3-泥浆、4-第一骨架主体、5-弹性体、6-圆管型压电元件、7-第一通道、8-顶盖、9-第一接线柱、10-连结接头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下声系，其特征在于，包括发射声系短节和接收声系短节，所述发射声系短节包括第一声系单元和第二声系单元，所述第一声系单元、第二声系单元和接收声系短节分别通过连结接头连接测量仪器。

【技术特征摘要】
1.一种井下声系，其特征在于，包括发射声系短节和接收声系短节，所述发射声系短节包括第一声系单元和第二声系单元，所述第一声系单元、第二声系单元和接收声系短节分别通过连结接头连接测量仪器。2.根据权利要求1所述的井下声系，其特征在于，所述第一声系单元包括第一外壳、设置在所述第一外壳内的第一骨架以及设置在所述第一骨架上的若干单极子发射换能器，每个所述单极子发射换能器采用圆管型压电元件，所述第一骨架设有用于流通泥浆的第一通道。3.根据权利要求2所述的井下声系，其特征在于，所述第一骨架包括第一骨架主体、设置在所述第一骨架主体一端的顶盖以及设置在所述顶盖上的第一接线柱，所述单极子发射换能器通过弹性体封装在所述第一骨架主体上。4.根据权利要求1所述的井下声系，其特征在于，所述第二声系单元包括第二外壳、设置在所述第二外壳内的第二骨架以及设置在所述第二骨架上的若干偶极子发射换能器，所述第二骨架上设置将若干所述偶极子发射换能器隔开的骨架接板。5.根据权利要求4所述的井下声系，其特征在于，所述第二骨架包括第二骨架主体、分别设置在所述第二骨架两端的密度块以及设置在一端所述密度块...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，赵刚，
申请(专利权)人：中科云声苏州电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32