Акустический изолятор

 

АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР ДЛЯ. скважинных приборов акустического каротажа, выполненный в виде стальной спирали, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности , а также упрощения конструкции и технологии изготовления, витки спирали соединены между собой перемычками, установленными с шагом, выбираемым из ряда 2/3, 2/5, 2/7,.,, оборота спиргши. (/}

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВЪ(йЯБЛЦ(; «.gyp

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3567217/18-25

1 (22) 24.03. 83 (46) 30 08 84. Бюл. Р 32 (72) А.Ф. Мясоедов, Ю.К. Ионе и Е.A.Êóëèãèí (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро промысловой геофизики (53) 550. 83 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 581245, кл. G 01 V l/40, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 200209, кл. G 01 V 1/40, 1966

3. Авторское свидетельство СССР

Р 773555, кл. G 01 V 1/40, 1978 прототип) .

„„SU„„1111 А

3(511 < 01 V 1 40 (54) (57) АКУСТКЧЕСКИЯ ИЗОЛЯТОР для. скважннных приборов акустического каротажа, выполненный в вйде стальной спирали, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности, а также упрощения конструкции и технологии изготовления, витки спирали соединены между собой переьичками, установленными с шагом, выбираемым из ряда 2/3, 2/5, 2/7..., оборота спирали °

1111118

Изобретение относится к геофизи- 1 ческим приборам, предназначенным для исследованчя скважин методом акустического каротажа.

Известен акустический изолятор, выполненный из двух труб, труба н тру-5 бе, со сквазными поперечными пазами, расположенными в шахматном порядке, при этом зазор между трубами и пазами в них заполнен резиной (1).

Однако такой изолятор практичес- 10 ки не вносит затухания и работает как линия задержки.

Известен также акустический изолятор, состоящий из стальной цилиндрической спирали, внутри которой рас- )5 положены на определенном расстоянии герметичные стальные диски, имеющие внутри воздушную полость. Эти диски связаны между собой и с цилиндрической спиралью эпоксидной или кремнийорганической смолой с наполнителем.

В изоляторе металлическая спираль выполнена из сплошного профиля прямоугольного сечения (2).

Однако площадь сечения витка такого изолятора для обеспечения необходимой осевой жесткости должна быть достаточно нелика, что приводит к уменьшению акустического затухания.

В изоляторе распространяются акустические волны и по эпоксидной смоле с наполнителем со скоростью 24003500 м/с, что также ухудшает его звукоизоляционные свойства.

Наиболее близким к предлагаемому является акустический изолятор для 35 скнажинных приборов акустического, каротажа,выполненный н виде стальной спирали плоскоовального сечения (.3J.

Однако этот изолятор имеет значительное сечение спирали, вследствие 40 чего его акустическое затухание неI велико и равно 24 дБ/м. Для увеличения эффективности изолятора на его одеваются металлические втулки, разделенные звукоизоляционными втулка- 45 ми, Изолятор имеет осевую прочность

200 кгс, что недостаточно для применения в скнажинных приборах .и рекомендуется в него ввести трос. Очень мала его осевая жесткость 2=2 кгс/мм, При такой малой осевой жесткости в зонде может изменяться измерительная база и разнос преобразователей, что приводит к недопустимым погрешностям измерения временных и амплитудных параметров принимаемых сигна- 55 лон. Такой изолятор при малой осевой жесткости на необходимой для эондон акустического каротажа длине

2 м, практически не имеет поперечной жесткости и не позволяет центри- 69 ровать iTpHGop в скважине.

Плоскоовальное сечение, втулки,,трос и его крепления усложняют изо-, ляторы и тех нологию их изготовления.

Изоляторы (13 f23 также имеют сложную конструкцию и нетехнологичны в проиэводстне.

Цель изобретения — повышение эффективности акустического изолятора, „прощение конструкции и технологии его изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в акустическом изоляторе, выпол-. ненном в виде стальной спирали, витки спирали соединены между собой перемычками, установленными с шагом, выбираемым из ряда 2/3, 2/5, 2/7,... оборота спирали.

На чертеже изображен изолятор.

В изоляторе витки спирали 1 соединены перемычками 2-4, установленными через 2/3 оборота спирали.

Акустический изолятор работает следующим образом, Действие акустического изолятора основано на принципе удлинения пути пробега упругой волны в металлической трубе.

Упругая волна распространяется по виткам спирали, что приводит к увеличению времени ее пробега вдоль изолятора. При шаге спирали h, длине изолятора 1, среднем диаметре дс, увеличение длины пробега волны в акустическом изоляторе выражается как а кажущаяся скорость распространяющихся волн определяется выражением:

Р(dc Vo откуда где V, — скорость распространения волны в материале изолятора;

К=1,3-эмпирический коэффициент, учитывающий, что упругая волна распространяется по виткам спирали не по винтоной линии, а путем многократных отражений от спиральных стенок, образующих витки цилиндрической спирали, что является также причиной затухания волны в изоляторе.

При среднем диаметре изолятора

70 мм, скорости распространения упругой волны в изоляторе V = 1200 м/с и скорости упругой волны в материале изолятора V = 5500 м/с шаг витков цилиндрической спирали h = 64 мм.

Минимальную ширину перемычек, соединяющих витки спирали, выбирают из условия осевой прочности изолятора

11111 18 где Ь вЂ”. ширина перемычек, н мм;

P — максимальное осевое усилие, прикладываемое к изолятору, 5 кгс.

- толщина стенки спирали изолятора, мм;

% д — предел текучести, который для легированных сталей мож- 10 но принять 50 кгс/мм ;

n — число перемычек, приходящееся на оборот спирали, при установке перемычек через 2/3 оборота спирали п = 1 5 °

Для изолятора, выполненного по приведенному чертежу из стальной трубы — 5,5 мм, при P ?000 кгс имеем

b = 4,85 мм. Так как скорость распространения упругой волны в стали

Vö = 5500 м/с и верхняя граничная частота преобразователей (например для таких приборов как CIIAK, АКН) не превышает 30 кГц, то по изолятору распространяются упругие волны с минимальной длиной «з - 110 мм. Для таких волн, исходя из известного эффекта прозрачности полунолновых экранов, перемычка шириной 4,85 мм много меньше Х/4. З0

Перемычки в изоляторе должны устанавливаться через ?/3, 2/5, 2/7,... оборота спирали.

Испытания образцов изоляторов н воздухе, н импульсном режиме, близком 35 к используемому н приборах типа СПАК, прибором УК-10П имеют следующие показатели.

Для изоляторов с перемычками через 2/3 оборота спирали полностью 40 справедливо выражение (1) .

Образец 1 изолятора из стальной трубы 4 36 х 4 с шагом спирали 15 мм, шириной спирального паза 2 мм, с перемычками шириной 4 мм, установленными через 2/3 оборота, спирали, на частоте 25 кГц имеет скорость распространения упругой волны по первому вступлению 1085 м/с и затухание по максимальной амплитуде полного волнового сигнала 184 дБ/м. 50

В изоляторах с шагом установки перемычек через 2/5 оборота спирали и менее наряду с упругими волнами, определяемыми выражением (1), рас пространяются волны и по более корот- 55 кому пути с большей скоростью через перемычки, однако затухание всех типов волн, распространяющихся по изолятору, измеренное по максимальной амплитуде полного импульсного волново- 60

ro сигнала, остаются высоким.

Образцы изоляторов 2 и. 3 с шагом установки перемычек соответственно через 2/5 и 2/7 оборота спирали из стальной трубы ф 73 х 5, 5 мм, шагом спирали 48 мм, шириной спирального паза 5 мм, шириной перемычек 10 мм имеют скорости распространения упругой волны по первому вступлению и затухание по максимальной амплитуде в полном импульсном волновом сигнале на разных частотах н соответствии с таблицей.

Образец 3 имеет излишнюю прочность и и нем можнд уменьшить стенки исходной трубы до 2,5-3 мм, что увеличит его эффективность.

При прикладывании по оси образца 2 усилия в 10 кгс изменение его длины на базе 100 мм штангелем обнаружитb не удается.

Дальнейшие исследования по| азынают, что хотя распространяются по изоляторам (с шагом 2/5 оборота спирали и менее) упругие волны с высокими скоростями, определяющим фактором применения изоляторон является их высокая эффективность и онн могут применяться в приборах для измерения скорости звука и н несколько сотен метров.

Испытания макетон прибора АК1-841 с размерами зонда И 1,5 П1 0,5 П2 (в которых установлены изоляторы с параметрами образца 2) в от ..рытом водоеме, в скважинах с диаметром от

120 мм до 400 мм и метрологические испытания на установке УПАК-1 показывают, что упругие волны по корпусу изолятора не распространяются и обеспечивается нысокая акустическая изоляция излучателя от приемников.

Отношение максимальной амплитуды раэличного рода помех и шумов к максимальной амплитуде максимального полезного сигнала в условиях скважин составляет более 100 дБ. Наиболее технологичным из аналогов является изолятор (Ц .

Изготовление и испытание макетов приборов АК1-841 показывают, что данные акустические изоляторы по осевой и поперечной прочности одинаковы с 11, но намного превосходят (33 по технологичности (изготавливают на обычном фрезерном станке .иэ трубы и имеют более, чем на порядок, мень аую трудоемкость) . Предлагаемый изолятор существенно проще по конструкции в сравнении с известными, имеет меньшую металло- и материалоемкость и вес и большую эффективность, обуслов » ленную меньшей толщиной стенки цилиндрического прямоугольного сечения спирали, что обеспечивается прочностью изолятора, полученной эа счет размещения перемычек между нитками. спирали.

Изолятор характеризуется высокой термо- нефте- и гаэостойкостью,так как представляет собой простую металлическую конструкцию.

1111118 мычками через 2/7 оборота спирали.

Поэтому изоляторы с перемычками через

2/3 оборота спирали предпочтительно применять в приборах малого диаметра для обеспечения хорошей проходимости в изогнутых трубах дйаметром менее 40 мм, а с перемычками через

2/5 оборота спирали и менее — в приборах диаметром более 50 мм, в кото" рых необходима большая поперечная прочность.

Частота, кГц

Образ

150 г

Скорость, Затухам/с ние, дБ/м

Скорость Затухам/с ние, дБ/м

Скорость Затухам/с ние, дБ/м

110 4545 228

90 4600 200

2 3125

3 3676

3891

219

3920

200

Испытания изоляторов показывают, что они имеют достаточную поперечную прочность для обеспечения хорошего центрирования приборов в скважине и обладают упругой гибкостью, что улучшает проходимость приборов в скважи- 5 не, особенно с изгибами.

Образец 1 с перемычками через 2/3 оборота спирали имеет намного большую гибкость, чем образец 3 с пере- 1Î

ВНИИПИ Заказ 6305/37

Тираж 710 Подписное. Филиал ППП "Патент", r.ужгород,ул.Проектная,4