[实用新型]柱形相控阵井周扫描超声换能器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种石油井下测量设备，具体说，涉及一种可用于井下的柱形相控阵井周扫描超声换能器。

背景技术

在传统的井周扫描声波成像仪器中，换能器固定在一个旋转轴上，在马达的带动下完成井周的扫描。仪器机械结构复杂、分辨率低。传统的仪器功能简单，只能用于裸眼或套管的测量。例如，用于井壁扫描成像的仪器，不能对井壁以外的信息进行全面的评价；用于井下水泥胶结评价的测量仪器，由于接收换能器的固定排列方式，测量精度较差、信号干扰大，解释困难。

目前的超声井下电视探测仪的探头为一个凹面换能器，可以将声波能量聚焦在井壁上。探头的聚焦是固定不动的，当井径发生变化时探测的效果较差，对于不同的井眼，需要更换不同尺寸的凹面探头。为了克服这个困难，现有技术也提出采用环形相控阵探头进行动态聚焦，该技术能精确地得到井眼的时间和幅度图像。但是，这种环形相控换能器和凹面换能器一样，都需要探头不断地旋转，由于包括多路信号，当仪器在井下工作时，通过电磁耦合的方式来完成电路连接，存在耦合上的困难。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是提供一种柱形相控阵井周扫描超声换能器，通过电子聚焦和偏转技术可以实现控制声束的偏转角度，沿井周方向对井壁进行精确地扫描成像。

本实用新型的技术方案如下：

柱形相控阵井周扫描超声换能器由数个换能器单元组合而成，所述换能器单元呈环形排列，设置在柱形基体上，所述换能器单元互不干扰和影响。

优选的，所述换能器单元具备独立的连接控制电路。

优选的，所述换能器单元为条形的压电晶片。

优选的，根据选定的换能器单元个数、控制电路的时序来控制柱形相控阵井周扫描超声换能器的聚焦位置、信号强度或者偏转角度。

本实用新型根据选定的换能器单元个数和控制电路的时序，控制柱形相控阵井周扫描超声换能器的声束聚焦位置、信号强度和偏转角度。本实用新型通过电子动态聚焦和偏转技术可以实现控制声束的偏转角度，并沿井周方向对井周进行高分辨率扫描成像。本实用新型技术采用的动态聚焦技术可以使仪器根据井周孔径的变化调节焦距，所以不需要机械旋转驱动即可进行井周扫描成像。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是相对应图1的俯视图；

图3是本实用新型在井下工作示意图；

图4是本实用新型的控制过程示意图；

图5是本实用新型的测量工作过程的示意图。

具体实施方式

柱形相控阵井周扫描超声换能器利用一组换能器单元的组合形成圆柱形相控阵换能器阵列，按井下作业的需求在井眼内进行覆盖360°扫描，根据反射波信号分析井周信息(井壁、套管、水泥胶结和地层)，为油藏评价和工程作业提供依据。本实用新型利用柱状相控阵换能器结构，不需要旋转控制部分，不需要更换不同尺寸的换能器，可通过地面采集数据的控制来适应对井眼范围和调整测量精度。

下面参照附图对本实用新型作详细描述。

如图1和图2所示，柱形相控阵井周扫描超声换能器由数个换能器单元1以环状均匀排列，各单元之间相互绝缘并互不干扰，设置有绝缘层2，每个换能器单元1可独立控制发射与接收的时序。

下文的柱形相控阵井周扫描超声换能器简称为换能器，换能器每次发射与接收，均由选定的一组换能器单元1完成，根据选定的换能器单元1的个数以及控制电路的时序可以控制换能器的聚焦位置、信号强度及偏转角度。

本优选实施例中，换能器单元1由压电晶片组成，每个压电晶片可以独立控制，多个换能器单元1组成换能器阵列。

参照图3、图4、图5对换能器的工作过程作详细描述。

首先，换能器完成声波的发射。

选定的一组换能器单元1，由计算机形成一组不同时延的数字信号，该组信号经D/A转换器转换为模拟信号，进而发送到选定的换能器单元1。多个选定的换能器单元1在该模拟信号的激励下形成多束声波，所有的声波聚焦在井壁3上。通过控制相邻的数个换能器单元1的发射电压，使声波在井壁上形成聚焦，焦距可以通过控制电路动态调节。换能器无需旋转，通过改变选定的换能器单元1，可使声波沿井周方向对井壁3进行360℃扫描。

接下来，换能器进行反射声波的接收。

换能器单元1发射的声波被井壁3反射，换能器单元1对井壁3反射回来的声波进行接收，接收到的声波转换为电信号，该电信号经放大后送到A/D转换器进行采样，将采样得到的信号进行延时叠加等处理，最后将最终处理的信号送到地面接收系统，然后进行成像和显示。

使用者根据显示的成像扫描结果，根据选定的换能器单元个数、控制电路的时序，来实时、动态地控制声波的聚焦方位、换能器的聚焦位置、信号强度或者偏转角度，完成下一步的测量控制，最终实现对井周的360℃扫描成像。