随钻声波测井四极子发射换能器的设计

随钻四极子发射换能器作为随钻声波仪器的核心部件,其工作性能直接影响随钻地层横波的测量效果。提出一种基于金属基片结构的随钻四极子发射换能器,其一阶弯曲模式可用于随钻四极子声源。利用有限元法对该换能器进行了设计分析,结果表明在5 kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其径向位移值分布及发射电压响应均优于现用的瓦片状四极子换能器,非常适合随钻四极子工作频率及声场的测量需求。针对一阶弯曲振动模态,数值模拟了几何尺寸对金属基片结构的四极子换能器性能参数的影响。换能器谐振频率随着陶瓷片厚度、陶瓷片高度、陶瓷片张开角度、金属基片厚度的增大而升高。最大发射电压响应随陶瓷片高度、陶瓷片张开角、金属片厚度的增大而升高;随着陶瓷片厚度的增大先升高后逐渐降低。金属基片采用铝片可以使换能器有较大的发射功率。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪四极子发射换能器的设计提供参考。

一种随钻四极子复合发射换能器的设计

设计了一种基于金属基片结构的随钻四极子复合发射换能器。采用有限元法数值模拟了换能器的频域及时域声学响应,考察了钻铤结构及声源激励脉冲宽度对其声学特性的影响,实际封装制作了发射换能器并进行了消声水池实验测试。测试结果表明,该发射换能器的谐振频率、发射电压级及水平指向性与数值模拟结果吻合较好。该换能器在频率4.7 kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其发射电压级可达126.2 dB,具备低频、大功率的辐射特点,可满足随钻四极子声波测井需求。