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CN109386274B - 用于随钻测径超声换能器的检测装置 - Google Patents

用于随钻测径超声换能器的检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于随钻测径超声换能器的检测装置。所述随钻测径超声换能器安装在钻铤上。其中，所述检测装置包括安装在所述钻铤的外壁上并由两个半圆形支架构成的组合式夹具，以及内嵌在所述组合式夹具中且与所述随钻测径超声换能器径向对齐的反射元件，在所述反射元件的朝向所述随钻测径超声换能器的端面上设有超声波耦合剂层。

Description

用于随钻测径超声换能器的检测装置
技术领域
本发明涉及石油天然气钻探领域，具体地涉及一种随钻测径超声换能器检测装置。
背景技术
随钻超声井径测井仪是在随钻条件下，基于超声脉冲反射法进行井眼状况评价的井壁超声测井仪器。这种随钻超声井径测井仪能够在钻井过程中及时测量不同深度位置的井眼信息，并且能够以曲线、图像等形式直观显示。这些信息有助于优化钻井参数，改善钻井质量，提高钻进时效，降低钻井成本，以及为其它测井曲线的井眼环境校正提供必要的参数。
随钻超声井径测井仪主要包括随钻测径超声换能器、方位测量传感器、井下电子系统和电池组等部件。这些部件均镶嵌式地安装在钻铤的内部。随钻测径超声换能器以自发自收的模式工作，是该仪器的核心部件之一，直接影响仪器测量结果的可靠性和稳定性。同时，随钻测径超声换能器整体密闭于钻铤外壁上的周向均匀分布的凹槽内，且仅有辐射面一侧裸露于钻井液中，与传播介质直接相接触。因此，这种安装结构给现场快速检测随钻测径超声换能器的性能带来了巨大困难，无法准确评价测径超声换能器的质量好坏以及它们之间的一致性。
目前，现有的超声换能器检测技术主要是利用定位系统或者行吊装置在室内半空间或者充满水的空心管中进行脉冲响应的测量。这种超声换能器检测技术在应用过程中存在许多问题，例如，检测方法复杂、耗时、效率低、成本高，特别对安装在数吨重的钻铤中的随钻测径超声换能器的检测更加繁琐与不便。同时，钻铤搬运十分困难。因此，现有的超声换能器检测技术不适合现场随钻测径超声换能器性能的快速检测。
CN2685569Y公开了一种超声波井径测量仪。这种超声波井径测量仪包括上密封连接头、下密封连接头、传感器阵列承压固定外壳以及各种不同功能的传感器等。该超声波井径测量仪采用在传感器阵列承压固定外壳上设置均匀分布的安装孔，在安装孔上装有超声波半径测量传感器，非接触式测量。虽然这种结构在一定程度上可以减小测量误差，并且可随意上测、下测。但是这种超声波井径测量仪结构复杂，对各传感器的安装精度要求较高，加工和装配工艺较困难。而且各传感器在使用过程中，易受环境影响而损坏，维护维修成本高，使用寿命短。
发明内容
针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提供一种用于随钻测径超声换能器的检测装置。在井场下钻前或者起钻后，这种检测装置能快速、高效地检测随钻超声井径测井仪中内置的随钻测径超声换能器的脉冲回波，进而能够在现场准确地评价多个随钻测径超声换能器的质量好坏以及它们之间的一致性。
为此，根据本发明，提供了一种用于随钻测径超声换能器的检测装置。所述随钻测径超声换能器安装在钻铤上。其中，所述检测装置包括安装在所述钻铤的外壁上并由两个半圆形支架构成的组合式夹具，以及内嵌在所述组合式夹具中且与所述随钻测径超声换能器径向对齐的反射元件，在所述反射元件的朝向所述随钻测径超声换能器的端面上设有超声波耦合剂层。
在一个优选的实施例中，在所述半圆形支架上设置有贯穿支架壁的径向通孔，所述反射元件安装在所述径向通孔内。
在一个优选的实施例中，所述反射元件呈圆柱状结构，包括处于径向内侧的第一连接体和处于径向外侧的第二连接体。
在一个优选的实施例中，所述第一连接体与所述第二连接体通过粘合剂粘结成一个整体。
在一个优选的实施例中，所述反射元件的第一连接体由有机高分子材料制成，所述第二连接体由金属材料制成。
在一个优选的实施例中，所述第二连接体的处于径向外侧的一端设置有螺帽，并且在靠近所述螺帽的区域设置有外螺纹。
在一个优选的实施例中，在所述半圆形支架的径向通孔的靠近外侧的内表面上设有内螺纹，用于与所述反射元件的第二连接体的外螺纹相配合。
在一个优选的实施例中，所述半圆形支架包括位于两端的凸沿部分，在所述凸沿部分分别加工有铰链孔和通孔。
在一个优选的实施例中，所述半圆形支架通过铰链和螺栓连接而形成所述组合式夹具。
在一个优选的实施例中，所述组合式夹具的半圆形支架由聚四氟乙烯材料制成。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行说明。
图1显示了根据本发明的随钻测径超声换能器的检测装置安装到内置有随钻测径超声换能器的钻铤上的结构剖视图。
图2显示了根据本发明的随钻测径超声换能器的检测装置的结构。
图3显示了图2所示检测装置中的反射元件的结构。
在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。
具体实施方式
下面通过附图来对本发明进行介绍。
图1显示了根据本发明的随钻测径超声换能器的检测装置100安装到内置有随钻测径超声换能器180的钻铤170上的结构剖视图。其中，随钻超声井径测井仪包括安装在钻铤170上的随钻测径超声换能器180。在图1所示的示例中，设置了三个安装在钻铤170的外壁上的随钻测径超声换能器180，这三个随钻测径超声换能器180沿钻铤170的周向均匀地间隔开。容易理解，根据需要，也可以在钻铤170的外壁上安装更多或更少一些的随钻测径超声换能器180。
如图1所示，随钻测径超声换能器的检测装置100包括安装在钻铤170的外壁上并由两个半圆形支架11和12构成的组合式夹具1。这两个半圆形支架11和12通过布置在半圆形支架11和12两端的铰链13和螺栓14相连接，从而形成组合式夹具1。通过螺栓14的调节，可将组合式夹具1的两个半圆形支架11和12紧扣在钻铤170的外壁上。
图2显示了根据本发明的随钻测径超声换能器的检测装置100的结构示意图。如图2所示，两个半圆形支架11和12组合而形成组合式夹具1。在半圆形支架11和12上沿周向设置有贯穿支架壁的径向通孔15。在图示实施例中，一共设置了三个径向通孔15。半圆形支架11和12上的径向通孔15在组合式夹具1的周向上呈均匀分布。
在本实施例中，半圆形支架11包括半圆形的支架本体部分111，以及分别位于支架本体部分111两侧的两个凸沿部分112和113。凸沿部分112上加工有铰链孔(未示出)，用于安装铰链13。在凸沿部分113上形成有通孔116，用于供螺栓14从中穿过。半圆形支架12构造成具有与半圆形支架11相同的结构。这样，半圆形支架11和12在一端通过铰链13彼此连接，而在另一端通过螺栓14彼此连接，从而形成组合式夹具1。通过对螺栓14进行调节，便可将组合式夹具1的两个半圆形支架11和12紧扣在钻铤170的外壁上。
根据本发明，半圆形支架11和12可由聚四氟乙烯材料、聚醚醚酮材料或者其他高分子工程塑料制作而成。在本实施例中，优选地，半圆形支架11和12采用聚四氟乙烯材料。在一个实施例中，组合式夹具1的内径设置为120至205毫米，厚度设置为50至70毫米，高度设置为80至120毫米。这样，可使根据本发明的随钻测径超声换能器的检测装置100能够适应现场常用的多种不同规格的钻铤，使用方便，大大提高了工作效率。
图3显示了图2所示检测装置中的反射元件2的结构。如图3所示，反射元件2呈圆柱状结构，包括彼此连接成一个整体的第一连接体21和第二连接体22。在安装状态下，第一连接体21处于径向内侧，即朝向钻铤170的一侧，而第二连接体22处于径向外侧，即远离钻铤170的一侧。优选地，第一连接体21与第二连接体22通过粘合剂粘结成一个整体。同时，根据本发明，在第一连接体21的朝向随钻测径超声换能器180的端面上设有超声波耦合剂层3。优选地，超声波耦合剂采用高分子凝胶材料。超声波耦合剂层3能够消除反射元件2与随钻测径超声换能器180紧密贴合时间隙内的空气。由此，反射元件2通过超声波耦合剂层3实现了固体-固体界面超声波能量耦合，有助于随钻测径超声换能器180发射的超声脉冲信号更多地在反射元件2中传播并被反射接收。因此，随钻测径超声换能器180的工作精度得到了显著的提高。
根据本发明，每个反射元件2安装到组合式夹具1中相应的一个径向通孔15内，并且与内置于钻铤170中的相应一个随钻测径超声换能器180沿径向对齐。在图示实施例中，对应于三个随钻测径超声换能器180，相应地布置了三个反射元件2，它们与三个随钻测径超声换能器180形成一一对应的关系。
另外，在反射元件2的第二连接体22的处于径向外侧的一端设置有螺帽221，在靠近螺帽221的区域设置有外螺纹222。同时，在半圆形支架的径向通孔15的靠近外侧的内表面上设有内螺纹151，用于与反射元件2的第二连接体22的外螺纹222相配合。这样，便可通过调节内螺纹151与外螺纹222之间拧紧的扣数来任意调节反射元件2在组合式夹具1中的径向位置，便于消除反射元件2与随钻测径超声换能器180紧密贴合时间隙内的空气。
在一个实施例中，反射元件2的第一连接体21和第二连接体22的外径设置为25至35毫米，第一连接体21的长度设置为30至40毫米，第二连接体22的长度设置为20至30毫米，第一连接体21与第二连接体22之间的粘结层的厚度设置为4至8微米。不同规格的反射元件2可以嵌入到不同规格的组合式夹具1中，能够适用于施工现场多种不同规格的钻铤。
在本实施例中，第一连接体21由有机高分子材料制成，第二连接体22由金属材料铸造而成。这样，便在反射元件2的轴向形成了一个两侧声阻抗差不连续的固体-固体反射界面。当随钻测径超声换能器180发射的超声脉冲沿着反射元件2轴向传播时，第一连接体21能够延长反射回波信号的传播时间，起到超声波信号延时传播的作用。然而，第二连接体22却可以减少超声脉冲的透射衰减，起到反射回波信号幅度增强的作用。因此，根据本发明的嵌入在组合式夹具1中的反射元件2，不仅实现了反射回波信号的到达时间的延迟，而且实现了反射回波信号的波形幅度的增强。这样就避免了随钻测径超声换能器180的应电压始脉冲对反射回波信号的干扰，同时提高了反射回波信号的信噪比。
最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于随钻测径超声换能器的检测装置，所述随钻测径超声换能器安装在钻铤上，其中，所述检测装置包括安装在所述钻铤的外壁上并由两个半圆形支架构成的组合式夹具，以及内嵌在所述组合式夹具中且与所述随钻测径超声换能器径向对齐的反射元件，在所述反射元件的朝向所述随钻测径超声换能器的端面上设有超声波耦合剂层，反射元件通过超声波耦合剂层与随钻测径超声换能器紧密贴合，使得反射元件实现固体-固体界面超声波能量耦合，所述反射元件呈圆柱状结构，包括处于径向内侧的第一连接体和处于径向外侧的第二连接体，且所述第一连接体由有机高分子材料制成，所述第二连接体由金属材料制成，从而在反射元件的轴向形成了一个两侧声阻抗差不连续的固体-固体反射界面。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：在所述半圆形支架上设置有贯穿支架壁的径向通孔，所述反射元件安装在所述径向通孔内。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述第一连接体与所述第二连接体通过粘合剂粘结成一个整体。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于：所述第二连接体的处于径向外侧的一端设置有螺帽，并且在靠近所述螺帽的区域设置有外螺纹。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于：在所述半圆形支架的径向通孔的靠近外侧的内表面上设有内螺纹，用于与所述反射元件的第二连接体的外螺纹相配合。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的检测装置，其特征在于：所述半圆形支架包括位于两端的凸沿部分，在所述凸沿部分分别加工有铰链孔和通孔。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：所述半圆形支架通过安装在所述凸沿部分 的铰链孔中的铰链和穿过所述通孔的螺栓连接而形成所述组合式夹具。
8.根据权利要求1到5中任一项所述的检测装置，其特征在于：所述组合式夹具的半圆形支架由聚四氟乙烯材料制成。
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