[发明专利]适于地下使用的声换能器

说明书

本申请是申请号200510003615.0、发明名称为“集成声换能器组件” 的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明通常涉及声换能器。尤其是，本发明涉及适于地下应用的 声源和传感器。

背景技术

在油气工业，通常使用测井仪器对地下岩层进行探测，以便确定 地层特征。在这些仪器中，声测井仪器已经被用于提供关于地下声学 性能的有用信息，其可用于产生图象或者推导出相关的地层特征。

声波为周期性的振动干扰，其由穿过介质如地下岩层传播的声能 产生。声波以其频率、振幅、以及传播速度为其典型特征。目的地层 的声学性能可包括压缩波速度、剪切波速度、井眼模式和地层慢速。 此外，声成像可用于描述井壁状况和其它远离井眼的地质特征。这些 声测量已经应用在地震校正、岩石学、岩石力学和其它领域。

作为深度函数的声学性能的记录被称为声测井。由声测井所获得 的信息在许多应用中都是有用处的，包括井间对比、孔隙度的确定、 机械或者弹性岩石参数的确定，以显示岩性、探测过压力岩层区，并 根据所测地层内的声速将地震时间迹线转换成深度迹线。

地层声测井包括将声测井装置或仪器下入横穿地层的井眼内。所 述的测井仪器一般包括一个或多个向地层发射声能的声源(即，发射 器)以及一个或多个接收声能的声传感器或接收器。发射器被周期性 地激励以向井眼内发生声能脉冲，该脉冲穿过井眼并进入地层。在通 过井眼和地层传播之后，一些声能传播到接收器，该声能在此处被探 测到。随后所探测声能的各种性质与所关心的地下或者所用仪器的性 质有关。

图1示出了一种常规的井下声测井仪器。测井仪器10被设置在 穿过地层20的井眼12内。井眼12通常充满钻井期间所使用的钻井 液14(“泥浆”)。测井仪器10通常具有管体13的支撑，如果为 钻挺的情况下，其包括用于使钻井液14到达泥浆马达和/或钻柱(未 示出)底部钻头的本领域所公知的内部通道13A。测井仪器10包括 一个或多个声发射器16和一组设置在管体13上的声接收器18。接 收器18相互间隔开，并沿着测井仪器10的纵向轴线以所选择的距离 h进行设置。其中一个靠近发射器16的接收器18同发射器轴线间隔 开选定距离a。测井仪器10还容纳一个或多个常规的计算机模块21， 该计算机模块具有微处理器、存储器和软件以处理波形信号数据，这 是本领域所公知的。本领域还公知的是，计算机模块21可设置在仪 器内、设置在地面或者组合在图1所示的两者之间。示出声能波22 在井眼内传播。常规的井下声测井仪器在专利US5,852,587、 US4,543,648、US5,510,582、US4594691、US4,594,706、US6,082,484、 US6,631,327、US6,474,439、US6,494,288、US5,796,677、 US5,309,404、US5,521,882、US5,753,812、RE34,975和US6,466,513 中进行了描述。

常规的声测井仪器装配有声换能器元件，如压电元件。一般来说， 声换能器在电与声之间转换能量，并可作为一个声源或传感器。声换 能器通常安装在测井仪器体内，如图1所示。常规的使用在井下测井 仪器内的声源和传感器在美国专利US6,466,513、US5,852,587、 US5,886,303、US5,796,677、US5,469,736和US6,084,826中进行了 描述。由于各种原因，包括间距限制，这些换能器通常具有多个压缩 成插件的部件，所述插件安装在所述具有前端电子仪器和远离换能器 元件设置的电路的测井仪器上。

声换能器装置还被包含在使用印刷电路板(PCBs)的结构内。美 国专利US6,501,211描述了一种使用在PCB内的超声换能器以连接螺 栓头。所述的换能器连接到远处的计算机上以利用换能器确认螺栓。 美国专利US4,525,644描述了使用压电装置的机构，该压电装置紧邻 PCB连接垫以增加连接垫与连接器之间的结合力。专利EP1467060A1 描述了一种与井下测井仪器一起使用以遥测穿过该仪器的声信号的 柔性压电换能器。这些常规的声换能器系统具有差的灵敏度和需要设 置在别处的笨重电子器件插件(如较大的前置放大级)的缺陷。

需要改进的具有集成电子仪器和处理装置而不丧失性能和灵敏 度的声换能器。

发明内容