Преобразователь для акустического каротажа

ОП ИСАН И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ц 7444 2 Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 30,06.80. Бюллете (45) Дата опубликования описания Государственный комитет СССР24 по делам изобретений и открытий(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ АКУСТИЧЕСККАРОТАЖА Изобретение относится к области промыслово-геофизических исследований нефтяных и газовых скважин, а более конкретно, к акустическим приемникам для скважинной аппаратуры акустического каротажа.Известен пьезокерамический приемник для скважинных приборов 1 Ц, включающий в качестве активных элементов кри. сталлы бария, прямоугольной или цилиндрической формы. Принцип работы такого приемника заключается в том, что при приложении механических усилий к пьезокерамической пластине (цилиндру) на ее металлических обкладках будут возникать электрические заряды. К недостаткам приемника можно отнести то, что он воспринимает весь спектр акустических шумов, возникающих в скважине при движении прибора. Это затрудняет каротаж в плотных горных породах, а сравнительно низкая чувствительность приемника затрудняет каротаж в мягких (низкоскоростных) породах.Известен также преобразователь для акустического каротажа 2, который . используется в качестве приемника в отечественной аппаратуре типа СПАК - и АКЦ. Преобразователь содержит маслонаполненный металлический контейнер, в котором помещен пьезоэлектрическии элемент из пьезокерамики ЦТС. Приемный элемент выполнен в виде кольца с продольной поляризацией и металлическими обкладками 5 на торцовых гранях, с которых снимаетсярегистрируемый сигнал. При движении прибора вдоль ствола скважины на преобразователь воздействуют упругие колебания, посылаемые в горную породу акусти ческими излучателями, которые преобразуются пьезоэлектрическим элементом в электрические сигналы, усиливаются и по каротажному кабелю передаются в назем-, ную панель. Недостатком преобразователя 15 является его низкая избирательность к полезному сигналу на фоне акустических шумов, возникающих в скважине в процессе каротажа.Целью изобретения является повышениеэффективности работы преобразователя в рекиме приема сигналов акустического ка ротажа.Поставленная цель достигается тем, чтопьезоэлектрический элемент выполнен из 25 двух цилиндров, различной высоты, вставленных один в другой и электрически соединенных друг с другом, причем часть внутреннего цилиндра, входящая во внешний цилиндр, и сам внешний цилиндр выполне ны с радиальной поляризацией, выступаю5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 щая из внешнего цилиндра часть внутреннего цилиндра поляризована продольно, внешняя металлическая обкладка внутреннего цилиндра является общей для обоих цилиндров, а внутренняя металлическая обкладка внутреннего цилиндра электрически соединена с внешней металлической обкладкой внешнего цилиндра.На чертеже показан пьезоэлектрический элемент преобразователя в разрезе, без маслонаполненного контейнера. Преобразователь для акустического каротажа включает металлический контейнер, заполненный маслом, в который помещен пьезоэлектрический элемент. Датчик преобразователя выполнен из двух пьезоэлектрических цилиндров 1 и 2, вставленных один в другой и электрически соединенных друг с другом, Внешний цилиндр имеет радиальную поляризацию (на чертеже показана стрелками) и металлические обкладки 3 и 4, выполненные, например, путем вжигания серебра в пьезокерамику, Внутренний цилиндр на меньшей части своей длины имеет радиальную поляризацию, а на большей части - продольную поляризацию (на чертеже показаны стрелками) и металлические обкладки 5 и б, причем внешняя его обкладка является общей для обоих цилиндров, а обкладки 4 и 5 соединены друг с другом металлическим проводником 7. Цилиндр 1 является приемным элементом, а цилиндр 2 - преобразовательным элементом датчика, выполняющим функцию акустического, резонансного, повышающего трансформатора. Размеры цилиндра 2 и соотношение его частей с различной поляризацией выбираются, исходя из частоты полезного сигнала в полном регистрируемом сигнале акустического каротажа и оптимальной величины коэффициента трансформации. Пьезоэлектрический элемент размещается в контейнере, а последний в скважинном приборе таким образом, чтобы ось цилиндров совпадала с осью скважины (прибора с центраторами).Преобразователь работает следующим образом.Упругие волны из горной породы, пересекаемой стенкой скважины, воздействуют на пьезоэлектрический элемент и возбуждают на обкладках цилиндра 1 электрический заряд, так как направление его поляризации совпадает с направлением воздействия упругой волны, Это напряжение с обкладок 3 и 4 подается на обкладку 5 той части внутреннего цилиндра 2, которая также имеет радиальную поляризацию, Для частот сигнала вблизи продольного резонанса внутренний пьезокерамический цилиндр будет действовать как акустический резонансный трансформатор, для которого вполне осуществимы повышения напряже 4пия на обкладках 3 (5) и б (цепь аа) вплоть до 1: 100. Таким образом, если пьезокерамический элемент настроен на частоту полезного сигнала в акустическом каротаже, например, на сигнал продольной илп поперечной волны, то уровень остальной части полного сигнала будет значительно понижен, чем достигается повышение избирательности данного преобразователя к полезному сигналу из волн-помех и акусти. ческих шумов.Данный преобразователь может быть использован в скважинных приборах аппаратуры акустического каротажа в качестве приемника продольной или любой другой упругой волны. За счет одновременного с регистрацией усиления сигнала по напряжению на акустическом повышающем трансформаторе в скважинном приборе может быть уменьшено число электронных усилительных каскадов, что позволяет упростить прибор и понизить вероятность электромагнитных паводок на регистрируемый сигнал. Преобразователь обладает повышенной избирательностью, помехоустойчивостью и может быть использован также для выделения волн различных типов из полного сигнала акустического каротажа. В результате может быть повышена геолого-геофизическая информативность и эффективность акустического метода при исследовании нефтяных и газовых скважин. Формула изобретения Преобразователь для акустического каротажа, включающий пьезоэлектрический элемент, выполненный из пьезокерамического материала с металлическими обкладками, перпендикулярными направлению поляризации, и помещенный в маслонаполнснный контейнер, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности работы преобразователя в режиме приема упругих колебаний, пьезоэлектрический элемент выполнен из двух цилиндров, различной высоты, вставленных один в другой и электрически соединенных друг с другом, причем часть внутреннего цилиндра, входящая во внешний цилиндр, и сам внешний цилиндр выполнены с радиальной поляризацией, выступающая из внешнего цилиндра часть внутреннего цилиндра поляризована продольно, внешняя металлическая обкладка внутреннего цилиндра является общей для обоих цилиндров, а внутренняя металлическая обкладка внутреннего цилиндра электрически соединена с внешней металлической обкладкой внешнего цилиндра.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент США3243009. кл. 181 в , 19 бб.744412 Недра,Составитель Э. ВолконскийТехред А. Камышникова Коляда Редакто орректоры: О. Тюрина и Р. БерковичМ 335 Тираж 649 комитета СССР по делам изоб ва, )К, Раушская наб., д, 4/5 Подписноеенпй и открытий Типография апунова, 2 52, Белоконь Д. В, и др. Комплексная аппаратура акустического каротажа СПЛК. Заказ 1021/14 Изд.НПО Поиск Государственного113035, Мос 6Геофизическая аппаратура. Л., 1972, с. 18 - 24 (прототип).