[发明专利]一种用于随钻声波测井的声源激励装置

说明书

技术领域

本发明属于应用地球物理测井领域，具体地，涉及一种用于随钻声波测井声源激励装置，用于向地层辐射大功率和多频带的声源信号。

背景技术

随钻声波测井在钻井的同时进行声波测井，受钻井滤液侵入影响小，更能有效地探测井壁地层的岩性、物性和储集层参数。其目的是在钻井过程中确定地层纵波和横波速度，为油气田的勘探和开发提供重要信息，例如：实时的孔隙压力、井壁稳定性分析和岩石孔隙度等。随钻声波测井受钻具噪声、钻井液循环噪声和钻铤波的影响，为了获得高质量的测井数据，钻铤隔声、高精度测量、大功率和宽频带的声波发射及数字滤波等技术至关重要。

电缆声波测井中，大功率矩形脉冲是广泛采用的宽频激励声源方式（卢俊强，鞠晓东，成向阳，多极子阵列声波测井仪的换能器激励方法，高压电技术，2009，35(2)：324-328），其通过控制功率管在饱和区和截至区的开关状态及变压器阻抗匹配来产生激励声波发射器的脉冲信号，发射器近似工作在谐振方式，其脉冲主频带与变压器及发射器参数相关。专利公开号为CN102889079A的发明专利公开了一种声波测井发射换能器驱动系统，采用模数转换和抽头变压器的推挽结构，并利用功率放大器的线性放大区提供了一种频率可调的声源激励信号，并使发射器工作在受迫振动方式。

与电缆声波测井相比，随钻声波测井为了减小钻具和钻井滤液循环噪声以及多极子工作方式的要求，往往需要声波发射器能向地层辐射多个频带信号，虽然可以在钻铤上安装独立的单极子、偶极子和四极子模式声源，但增加了仪器长度和成本。用一个声源通过结构设计和控制实现多极子声波辐射是较好的选择，显然，矩形脉冲激励难以实现多个频带激励。抽头变压器推挽结构电路能够实现这种多频带的激励，但对多通道激励需要多个并行数模转换器和多个中心抽头变压器，电路结构复杂和大体积的变压器均不利于狭小钻铤内实现。用同一发射器产生多极子模式和向地层辐射大功率、多频带的声源激励信号，对于缩短仪器长度，降低仪器成本和数据处理等至关重要。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种随钻声波测井声源激励装置，通过同一位置的声源发射器向地层辐射大功率和多频带的声源信号。

一种随钻声波测井声源激励装置包括：控制系统和声源发射器；其特征在于：控制系统固定在钻铤的内部空腔内；控制系统用于产生驱动声源发射器的高电压正弦波脉冲信号；声源发射器由四个弧形的压电晶体换能器构成，声源发射器安装于钻铤外壁的圆环形凹槽内，用于电-声能量转换以向地层辐射声波。

优选地，控制系统通过钻铤上的插销锁定在钻铤的内部空腔内。

优选地，每个压电晶体换能器被包裹一层用于电信号隔离和声波耦合的绝缘材料。

优选地，绝缘材料为聚四氟乙烯。

优选地，控制系统由发射电子线路骨架和发射电子线路组成。

优选地，发射电子线路骨架的两端为圆柱体、两圆柱体之间为正四棱柱体，发射电子线路骨架的轴心设有水眼，与钻铤的水眼互相连通，发射电子线路骨架两端均设有O型密封圈，发射电子线路骨架通过O型密封圈与钻铤内壁紧密接触；在正四棱柱体上安装发射电子线路。

优选地，发射电子线路具有总线接口电路，总线接口电路与随钻声波测井井下仪器控制中心相连接，在总线接口电路与声源发射器之间有两个功能和结构完全相同的并行激励通道，每个激励通道包括： 

发射控制器，与总线接口电路相连接；发射控制器为数字信号处理器、现场可编程门阵列器件或任何能够产生方波信号的微控制器；

电平变换电路，与发射控制器电路相连接；

功率管驱动电路，与电平变换电路相连接；

功率放大电路，与功率管驱动电路相连接，由一对工作在开关状态的大功率N沟道功率管和P沟道功率管组成；

宽频带变压器，位于功率放大电路与声源发射器之间，与声源发射器的两个正对的压电晶体换能器连接；每个压电晶体换能器的内、外表面各有一根引出导线，用于传输高电压的正弦波脉冲信号；正对的两个压电晶体换能器外表面的引出导线接在一起，并与宽频带变压器的次级绕组的一端连接；正对的两个压电晶体换能器的内表面引出导线接在一起，并与宽频带变压器的次级绕组的另一端连接。

优选地，钻铤的水眼和发射电子线路骨架的水眼轴线重合，钻铤的水眼和发射电子线路骨架的水眼孔径相同或不同。

优选地，每端的O型密封圈为一个或多个。