[发明专利]电声换能器

说明书

适于在压力下与流体接触的电声换能器(10)，其包括：沿纵向方向X在长度上延伸的管状主体(20)，管状主体(20)包括在纵向上彼此相对的第一端部部分(21)和第二端部部分(22)，管状主体(20)在内部具有第一腔室(23)和第二腔室(24)，第一腔室终止于第一端部部分(21)，第二腔室在一侧与第一腔室(23)相邻且流体连通而在另一侧终止于第二端部部分(22)，第一端部部分(21)借助施加到管状主体(20)的膜片(26)对外部封闭，第二端部部分(22)具有一个或更多个开口(27)，该一个或更多个开口使第二端部部分与管状主体(20)的外部流体连通，第一腔室(23)在其壁中包含在纵向方向X上彼此连续地布置的多个电绕组(25)，第二腔室(24)填充有液体；容纳在第一腔室(23)中的可移动元件(30)，可移动元件(30)包括多个永磁体(31)，这些永磁体一个在另一个之上地封装和布置、在纵向方向X上交替磁化并且通过铁磁材料的盘彼此隔开，可移动元件(31)在纵向端部处由弹簧(40)支撑，可移动元件(30)也连接到膜片(26)；定位在第二端部部分(22)中并可在第二端部部分中滑动的可移动活塞(45)。

技术领域

本发明涉及一种电声换能器、具体地但不排他地可用于石油领域。

背景技术

石油井的钻探越来越需要控制操作，以将成本、时间和风险最小化。这已经转化为存在于钻探设备(钻杆和钻头)、即所谓的井下钻具组合的头部上的仪器数量的增加，以便除了用于监测钻探参数的典型仪器(随钻测量-MWD)之外，还容纳用于地层评估的仪器，过去该操作在钻探停止时使用专用的仪器通过缆绳(工具线路)下入到井内执行。

为了监测钻探进度和井在生产中的状态，石油工业中很早就知道使用基于对声波反射产生的信号的解释的地球物理分析技术和通过钻探泥浆将测量数据传递到地面的技术。对于地球物理分析，用于发射地震波的众多技术解决方案包括液压致动器，该液压致动器将活塞移动通过由伺服阀控制的液压管线。US4702343提供了根据现有技术的换能器装置的示例，该专利描述了一种用于为地质调查产生地震波的装置。

对于遥测应用，声波的发射提供了音圈型致动器。这种装置通常能够由通过伺服阀调节钻探泥浆流来产生压力波。

US20160146001A1描述了一种所谓的音圈装置，用于操作确定阀的打开和关闭的可移动元件。

US20170167252A1示出了一种用于泥浆脉冲器类型的遥测装置的致动器，其包括电磁伺服阀。

对于两种应用，这些装置的特征在于尺寸相对较大，并且它们操作的频率带受到当前伺服阀的响应时间的限制。此外，这些装置通常具有相当高的能量消耗，这需要连接到电能供应系统，这增加了在高深度的安装复杂性；最后，上述装置不是被设计成在井底工作区域的典型的高压下操作。

US5247490A描述了一种声光传感器，该声光传感器被压力补偿以在高压环境下(比如海底)操作。

在任何情况下，仪器和渗透率的增加都导致为了监控钻探进度而对在单位时间内传输(从井底到地面的单向传递)或交换(井底和地面之间的双向传递)的数据量的需求增加。

目前已知各种用于从井底和向井底、更具体地说用于从井底设备和向井底设备(下文称为“井下工具”)的双向传递的系统。目前的系统主要基于声或弹性信号或者电或电磁信号的传递。

就声信号的传递而言，“泥浆脉冲器”技术是众所周知的，该技术基于在所有钻探操作期间压力脉冲通过存在于井中的钻探流体的传递。

利用弹性波在构成钻探设备的钻杆的金属中的传播也是已知的。

就电磁信号的传递而言，一种所谓的“有线管道”技术是已知的，其中信号通过插入钻杆中的电导体传递。

无线遥测技术也是已知的，其中通过使用中继器沿着钻探设备将信号传送到地面/从地面传送或者传送通过钻探中涉及的土壤，将电磁信号传递通过钻探流体。