一种用于固井质量评价的声波探头的制作方法

1.本实用新型涉及声波探头领域，具体的说涉及该领域内的一种用于固井质量评价的声波探头。


背景技术：

2.声波探头是声波测井中的电—声、声—电转换装置，其发声体一般为压电陶瓷材料。声波探头为油压平衡结构形式，常用皮囊作为密封装置套住发射和接收装置，并注入硅油，以便与井中的流体介质耦合。皮囊式密封结构装配虽然简单，但是该结构存在着很大的不足，首先，皮囊式结构不能适应富含硫化氢井况的测井需求，当探头处在高温高压的环境中，游离态的氢离子会通过皮囊这种大分子结构，积聚在皮囊的内部，在仪器上提，特别是在测井完毕时，外部压力变弱而内部的氢离子变成氢原子，皮囊内部压力明显变强，出现皮囊胀气现象，如果胀气严重而又没有及时地进行放气，很可能会导致皮囊变形不可恢复，从而影响仪器的密封性能，并且此时皮囊鼓起的部分卡在外壳的刻槽缝中，不好拆卸，给维修带来很大的麻烦。其次，皮囊在测井过程中很容易被尖锐物扎破，随着大斜度井和水平井的普及，仪器沿着套管壁滑行，特别是胀气后皮囊可能会挤出刻槽，这时皮囊更容易被划破，这会导致井中泥浆倒灌至探头内部，威胁连在一起的其它仪器的使用安全。纵使井中没有硫化氢气体以及尖锐物，处在高温下的硅油也会发生很大的体积膨胀，仅靠皮囊伸缩来抵消膨胀的话，当膨胀很严重时也会影响密封性能。
3.常规声波探头一般为单发—单收结构，刻槽的纹路是为了延长声波传递路径并衰减其能量，以便消除直达波的影响。皮囊内部主要部件连同皮囊最终固定在刻槽外壳中，激励信号经发射变压器升压后，在发射换能器上进行电—声转换，第一接收换能器距离发射的位置通常为3ft、第二接收为5ft，通过接收换能器实现声—电转换。也有双发—双收形式，是在单发—单收结构基础上，在另一端增加了同样源距的发射，即对某次信号测量先上发射并进行相应通道的接收、然后下发射亦同样操作，仍然采用皮囊作为密封装置。无论是单发—单收还是双发—双收仅支持单一频率操作，对于固井中的全波列信号，单一频率不能很好地适应不同尺寸套管的水泥胶结评价，此外常规声波探头也没有兼顾到不同尺寸套管测井时频率对全波列的影响。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种用于固井质量评价的声波探头，能很好地适应硫化氢以及高温高压井的安全施工。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种用于固井质量评价的声波探头，其改进之处在于：包括外壳，在外壳的空腔内从上到下依次设置第一刻槽支持管、第二刻槽支持管、第三刻槽支持管和第四刻槽支持管，各个刻槽支持管之间通过波纹管相连接，在各个刻槽支持管及波纹管内充满硅油，在第一刻槽支持管上设置上发射变压器和声腔，在声腔内设置上发射换能器，在第二刻槽支持管
上设置声腔，在声腔内设置接收换能器，在第三刻槽支持管上设置声腔，在声腔内设置接收换能器，在第四刻槽支持管上设置声腔和下发射变压器，在声腔内设置下发射换能器，在第四刻槽支持管的下端口从上到下依次安装油压平衡装置、溢流阀和集油装置。
7.进一步的，外壳包括从上到下依次设置的上盖帽，发射窗口一，刻槽外壳，接收窗口一，接收窗口二，发射窗口二和下盖帽。
8.进一步的，声腔材料采用厚度为1mm的不锈钢板。
9.进一步的，上、下发射变压器的激励中心频率分别为20khz和10khz。
10.进一步的，声腔内的换能器固定在刻槽支持管上，在换能器的两侧各设置一个非金属挡环。
11.进一步的，溢流阀为双向溢流阀。
12.本实用新型的有益效果是：
13.本实用新型所公开的声波探头，采用波纹管替代皮囊结构作为密封装置，延缓直达波传递时间，起到了应有的隔声效果，同时又能胜任富含硫化氢气体的测井需求，克服皮囊结构易被划破的不足；配有油压平衡装置，消除硅油体积变化对密封装置的损伤。
14.本实用新型所公开的声波探头，能很好地适应硫化氢以及高温高压井的安全施工，保证仪器一次成功测井，同时也延长仪器使用寿命，降低维修次数和成本。采用双发—双收结构形式，发射和接收两种不同工作频率的声波，可以很好地适应不同规格套管的全波列测井，并获取高质量的测井资料。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例1所公开声波探头的内部结构示意图；
16.图2是本实用新型实施例1所公开声波探头的外壳结构示意图。
具体实施方式
17.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
18.实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种用于固井质量评价的声波探头，包括外壳，在外壳的空腔内从上到下依次设置第一刻槽支持管1a、第二刻槽支持管1b、第三刻槽支持管1c和第四刻槽支持管1d，各个刻槽支持管之间通过波纹管5相连接，在各个刻槽支持管及波纹管内充满硅油，硅油通过刻槽支持管和外壳空腔的空隙部分实现互通，在第一刻槽支持管1a上设置上发射变压器2和声腔3，在声腔内设置上发射换能器4，在第二刻槽支持管1b上设置声腔3，在声腔内设置接收换能器6，在第三刻槽支持管1c上设置声腔3，在声腔内设置接收换能器7，在第四刻槽支持管1d上设置声腔3和下发射变压器9，在声腔内设置下发射换能器8，在第四刻槽支持管的下端口从上到下依次安装油压平衡装置10、溢流阀11和集油装置，各部分之间通过必要的引线相连接。该声波探头主要应用于套管井水泥胶结质量评价。
19.如图2所示，外壳包括从上到下依次设置的上盖帽21，发射窗口一22，刻槽外壳23，接收窗口一24，接收窗口二25，发射窗口二26和下盖帽27。
20.声波换能器通过刻槽支持管以及两侧的非金属挡环固定，并密封在声腔内，其声腔面为1mm厚的不锈钢材料，各声腔之间通过波纹管互通，为了平衡波纹管外的井液压力，其内部充有耐高温高压的硅油，声腔内的硅油是通过刻槽支持管导入的，硅油在平衡压力的同时也起到了声压的耦合作用。波纹管通过增加声音传播路径来延缓直达波的传递，与橡胶材质的皮囊相比，波纹管耐腐蚀且不容易被划破。由于波纹管热膨胀系数较小，在温度升高或降低时硅油的体积膨胀或压缩又比较大，如果不能及时地卸放压力，就会导致波纹管鼓起或压扁直至损坏，本实施例中有油压平衡装置，当波纹管内压力与外部井液之间存在压差时，通过双向溢流阀来调节，即如果硅油体积膨胀，通过溢流阀将硅油卸放到集油装置中，如果体积收缩则刚好相反。固井仪器全波列一般是在5ft源距地方接收的信号，主要用于评价套管与水泥环的胶结情况，该信号应有较好的包络形态以方便解释人员分辨出套管波、地层波以及井液波。本实施例中两个发射采用不同频率激励，其中一个中心频率在20khz左右、另一个为10khz左右，由于全波列需要接收一段时间内信号，而测井信号会在接收声窗和套管之间进行来回反射，尤其是第一次反射能量还是比较强的，当换能器与套管之间距离等于以中心频率在井液中声传播的四分之一波长时，反射波一来一回的行程等于二分之一波长，这样就会出现反相位波从而抵消声波强度，最终形成杂乱无章的波列信号，本实施例中两组发射频率刚好相差一倍，所以从两组发射中总能选出波形好的测井数据。实际操作可以先进行其中一组反射和接收，等待几十毫秒后对另外一组进行同样操作，即双发—双收工作模式，亦可以选取其中一组进行单发—单收。
21.任何试图更改声腔面的厚度或材料类型，激发两种频率以适应不同尺寸套管测井的方案、任何试图更改两种发射的中心频率的方案、以及皮囊密封形式的声波探头使用该功能均应被视为本实施例的等同替代方案。