Акустический преобразователь скважинного геофизического прибора

 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в аппаратуре акустического каротажа. С целью повышения разрешающей способности по типам волн в пустотелый пьезокерамический элемент введен вкладыш, выполненный из материала, по крайней мере на порядок отличающегося по акустической жесткости от диэлектрической жидкости, которая заполняет пьезокерамический элемент. Величина зазора A между вкладышами и внутренними стенками элемента определяется из соотношения ΔΑ*98л<SB POS="POST">в</SB>, где Δ - максимальное суммарное приращение поперечных размеров пьезокерамического элемента и вкладыша

λ<SB POS="POST">в</SB> - длина волны упругих колебаний в диэлектрической жидкости на верхней частоте рабочего диапазона частот. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) с;jtp

I ° u/ <,Р

t tJ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21 ) 4358915/24-25 (22) 05.01.88 (46) 15.12.89. Бюл. Р 46 (71) Опытно-конструкторское бюро геофизического приборостроения

Объединения пукргеофизика (72) Б.С.Вознесенский, М.Х.Гофман, Б.И.Прохоренко и П.Д.Резник (53) 550.83(088.8) (56). Зельцман П.А. Конструирование аппаратуры для геофизических исследований скважин. М.: Недра, 1968, с. 71-74.

Патент США У 2878886, кл. 340155, 1961.

l (54) АКУСТИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

СКВАЖИННОГО ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ПРИБОРА (57) Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть использовано в аппаратуре акустического каротажа.

Целью изобретения является повышение разрешакипей способности по типам волн.

На чертеже приведен акустический преобразователь, продольный разрез, Основной частью преобразователя является пьезокерамический элемент

1, преобразующий поступающие на него упругие колебания в соответствующий электрический сигнал. Для зашиты от контактов с буровой жидкостью он помещен в защитную оболочку 2 из фторопласта, заполненную противо(SD 4 С 01 V 1 40 Н 04 R 17 00

2 может быть использовано в аппаратуре акустического каротажа. С целью повьппения разрешающей способности по типам волн, в пустотелый пьезокерамический элемент введен вкладьпп, выполненный из материала, по крайней мере на порядок отличающегося по акустической жесткости от диэлектрической жидкости, которая заполняет пьезокерамический элемент, Величина зоэора а Между вкладышем и внутренними стенками элемента определяется иэ соотношения Q (а (я /16, где Й вЂ” максимальное суммарное приращение поперечных размеров пьезокерамического элемента и вкладыша;

Л вЂ” длина волны упругих колебаний

В в диэлектрической жидкости на верхней частоте рабочего диапазона частот ° 1 з.п. ф-лы, 1 ил. действующей давлению диэлектрической жидкостью. Тонкие стенки оболочки в зоне пьезокерамического элемента не являются препятствием для прохождения через них упругих колебаний на пьезокерамический элемент.

Сам пьезокерамический элемент представляет собой по форме пустотелый цилиндр. Его внутренняя полость также заполнена диэлектрической жидкостью, защищающей пьезокерамический элемент от разрушения силой гидростатического давления, Выводы 3 от наружной и внутренней обкладок пьезокерамического элемента герметично выведены через пробку 4. В находящуюся внутри пьезокерамического элемен1529158

10

4<а< волн.

55 где та жидкость с зазором 5 относительно

ere. стенок введен вкладыш 6, выполненный из стали — материала, имеющего акустическую жесткость 35 л10 кг/м с, в то время как эаполняь юшая кремнийорганическая жидкость типа ПЭС имеет акустическую жесткость порядка 1,5 10 кг/м с. б Z

В теле вкладыша может быть выполнена сухая полость 7, т,е. полость, заполненная только воздухом и эашищенная от проникновения в нее жидкости. Прочностные характеристики вкладыша обеспечивают его нераэрушение и сохранение от разрушения изолированной сухой полости в условиях максимального гидростатического давления, имеюшего место на забое скважин, При работе преобразователя в скважине в составе скважинного геофизического прибора поступающие на преобразователь упругие колебания через защитную оболочку 2 и слой жидкоссти в зазоре 5 попадают на внешнюю часть стенки пьезокерамического элемента, где преобразуются в электрический сигнал, поступающий через выводы 3 в схему скважинного прибора.

Прошедшие через стенку колебания через зазор попадают на вкладьпп и, благодаря большому (более, чем на порядок) различию в акустической жесткости материала вкладыша и жесткости жидкости в зазоре, в значительной степени отражаются от вкладыша и вновь попадают на стенку пьезокерамического элемента, но уже с внутренней стороны. В сам вкладыш, находящийся внутри пьезокерамического элемента, попадает незначительная часть упругих колебаний, которая практически полностью теряется на переходе металл — воздух и в самом воздухе внутренней полости вкладыша.

Таким образом, отсутствуют условия для возбуждения колебаний во внутреннем объеме пьезокерамического элемента и резонансных явлений, негативно нлияюших на частотную характеристику преобразователя и вызываюших увеличение времени переходных процессов после каждой из 1аксимальное суммарное прирашение поперечных размеров пьезокерамического элемента и вкладьппа 4, возникающее в результате их температур15

Ю

50 ного расширения, определяется для рабочего диапазона температур. При этом исключается появление механического контакта между вкладышем и пьеэокерамическим элементом, поскольку такой контакт мог бы привести к нестабильности коэффициента преобразования преобразователя за счет нестабильного по величине эффекта присоединенной массы (вкладьппа) в зависимости от степени прижатия к пьезокерамическому элементу и величины контакта, зависяших от температуры в скважине, изменяющейся по мере подъема скважинного прибора от забоя к устою скважины, и других факторов.

При зазоре à с, 4 /16, где и длина волны упругих колебаний я диэлектрической жидкости на верхней частоте рабочего диапазона частот, отставание по фазе не превышает fi/4 и искажение сигнала практически не ухудшает условий измерения.

Для реального приемного преобразователя при учете указанных выше условий (а также реальных допусков на входяшие в преобразователь детали) при верхней частоте рабочего диапазона частот, составляющей

50 кГц, оптимальная величина зазора а составляет 0,5-1 мм (в зависимости от диаметра пьеэокерамического элемента).

Формула изобретения

1. Акустический преобразователь скважинного геофизического прибора, включающий помешенный в защитную оболочку пустотелый пьезокерамический элемент, заполненный диэлектрической жидкостью, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повьппения раэрешаюшей способности по типам волн, в пьезокерамическом элементе с зазором а относительно его стенок расположен вкладьпп, выполненный из материала, отличающегося по акустической жесткости по крайней мере на порядок от заполняющей диэлектрической жидкости, причем величина зазора выбирается из соотношения

4 — максимальное суммарное прирашение поперечных размеров пьезокерамического элемента и вкладыша;

1529158

"ц — длина волны упругих колебаний в диэлектрической жидкости на верхней частоте рабочего диапазона час5 тот, мм.

15 б

Составитель Н. Захарченко

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Пожо

Подписное

Тираж 484

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óêãîðoä, ул. Гагарина, 101

Редактор А. Лежнина

Заказ 7638/41

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что в теле вкладыша выполнена изолированная сухая полость.