Page 101 - 《应用声学》2023年第4期

第 42 卷 第 4 期 孙志峰等： 随钻声波测井四极子发射换能器的设计 763

[3] Sun Z F, Liu X E, Qiu A, et al. Evaluation on appli-
3 结论 cation effect of homemade LWD acoustic logging tool[C].
2016 SEG Rock Physics & Borehole Geophysics Work-
本文采用有限元方法数值模拟分析了基于金 shop, 2016.
[4] 仇傲, 刘西恩, 陈洪海, 等. 随钻声波测井仪电路系统设计及
属基片结构的随钻四极子声波换能器和现用的随 关键技术实现 [J]. 石油管材与仪器, 2015, 1(1): 23–26.
钻四极子发射换能器的振动模态、频率响应、位移 Qiu Ao, Liu Xi’en, Chen Honghai, et al. Design and
key technologies of the circuit system of acoustic LWD
值分布及发射电压响应的差异，详细讨论了压电陶 tool[J]. Petroleum Tubular Goods & Instruments, 2015,
瓷片及金属基片几何尺寸、材料的变化对基于金属 1(1): 23–26.
[5] 孙志峰, 唐晓明, 苏远大, 等. 随钻多极子声波测井仪接收换
基片结构的四极子换能器声学性能的影响。压电陶
能器的数值模拟 [J]. 测井技术, 2019, 43(2): 118–121, 128.
瓷片内侧粘接金属基片，且两端采用钳定边界条件 Sun Zhifeng, Tang Xiaoming, Su Yuanda, et al. Numer-
可使换能器一阶弯曲振动的谐振频率增大，发射电 ical simulation of transducer of LWD multipole acous-
tic logging tool[J]. Well Logging Technology, 2019, 43(2):
压响应升高，比现用的瓦片状换能器更适合随钻四 118–121, 128.
极子测量模式。一定频带范围内金属基片结构的随 [6] 刘玉凯, 李振, 苏远大. 随钻声波测井多极子发射换能器指向
性分析 [J]. 声学技术, 2013, 32(S1): 281–282.
钻四极子发射换能器存在多个振动模态，其中一阶 Liu Yukai, Li Zhen, Su Yuanda. The analysis of horizontal
弯曲振动模态可以满足随钻声波测井仪四极子工 directivity of LWD acoustic multipole transmitting trans-
ducer[J]. Technical Acoustics, 2013, 32(S1): 281–282.
作频率、位移值响应及发射电压响应的要求。三阶
[7] 吴金平, 乔文孝, 车小花. 声波测井压电陶瓷片的有限元分
弯曲振动模态不适用于随钻四极子测量模式，应该 析 [J]. 应用声学, 2012, 31(2): 86–92.
优化换能器几何参数尽量避免该模式影响一阶弯 Wu Jinping, Qiao Wenxiao, Che Xiaohua. The finite el-
ement analysis of a piezoelectric bender used in acous-
曲振动模式。基于金属基片结构的随钻四极子声波 tic logging[J]. Journal of Applied Acoustics, 2012, 31(2):
换能器的性能参数受几何尺寸的改变影响较大。换 86–92.
[8] 吴金平, 陆黄生, 张卫, 等. 用于随钻声波测井的圆弧片状压
能器的一阶弯曲振动模态谐振频率随着陶瓷片厚 电陶瓷片 [J]. 测井技术, 2016, 40(3): 317–321.
度、陶瓷片高度、陶瓷片张开角度、金属基片厚度的 Wu Jinping, Lu Huangsheng, Zhang Wei, et al. Arc
plate-type piezoelectric vibrator used in acoustic logging-
增大而升高。最大电导值随着陶瓷片高度、陶瓷片 while-drilling[J]. Well Logging Technology, 2016, 40(3):
张开角、金属片厚度的增大而增大；随着陶瓷片厚 317–321.
[9] 陈俊圆, 唐晓明, 苏远大, 等. 随钻方位声波发射换能器性能
度的增大而先增大后逐渐减小。最大发射电压响应
数值模拟分析 [J]. 测井技术, 2017, 41(3): 256–259.
随着陶瓷片高度、陶瓷片张开角、金属片厚度的增 Chen Junyuan, Tang Xiaoming, Su Yuanda, et al. Nu-
大而升高；随着陶瓷片厚度增大而先升高后逐渐降 merical simulation and analysis of LWD azimuthal sonic
transmitter’s performance[J]. Well Logging Technology,
低。换能器的径向位移值随着陶瓷片张开角的增大 2017, 41(3): 256–259.
而增大；随着陶瓷片高度、陶瓷片张开角、金属片厚 [10] Fu L, Wang D, Wang X M. Optimization of the monopole
acoustic transducer for logging-while-drilling[J]. Chinese
度的增大而减小。金属基片材料也对换能器的声学 Physics Letters, 2014, 31(10): 104301.
性能有一定的影响，金属基片为铝的换能器最大电 [11] 魏倩, 车承轩, 丛健生, 等．基片材料对随钻声波测井换能器发
射性能的影响 [C]//中国声学学会第十一届青年学术会议会
导值、最大发射电压响应、径向位移值均高于其他 议论文集, 2015: 63–66.
金属基片材料，且一阶弯曲振动模态谐振频率也满 [12] 孙志峰, 唐晓明, 苏远大, 等. 随钻声波测井圆弧状压电阵子
足随钻四极子测量的需求。因此在设计基于金属基 的有限元分析 [J]. 应用声学, 2019, 38(5): 807–814.
Sun Zhifeng, Tang Xiaoming, Su Yuanda, et al. The fi-
片结构的随钻四极子发射换能器的时候，需要优化 nite element analysis of arcuate shaped piezoelectric vibra-
设计压电陶瓷片及金属基片几何尺寸，使换能器一 tor used in LWD acoustic logging[J]. Journal of Applied
Acoustics, 2019, 38(5): 807–814.
阶弯曲振动谐振频率既要满足随钻四极子测量模 [13] 苏远大, 许松, 江灿, 等. 随钻四极子横波测井钻铤尺寸优化
式频率的要求，又要保证发射换能器具有最大的声 设计的理论研究 [J]. 地球物理学报, 2017, 60(4): 1606–1615.
Su Yuanda, Xu Song, Jiang Can, et al. Theoretical anal-
辐射效率。 ysis of the optimal collar size for a logging while drilling
quadrupole tool[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2017,
60(4): 1606–1615.
参 考 文 献
[14] 莫喜平. ANSYS 软件在模拟分析声学换能器中的应用 [J]. 声
学技术, 2007, 26(6): 1279–1290.
[1] Tang X M, Cheng A. Quantitative borehole acoustic Mo Xiping. Simulation and analysis of acoustics trans-
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ducers using the ANSYS software[J]. Technical Acoustics,
[2] Degrange J M, Hawthorn A, Nakajima H, et al. Sonic
2007, 26(6): 1279–1290.
while drilling: multipole acoustic tools for multiple an-
[15] 栾桂冬, 张金铎, 王仁乾. 压电换能器和换能器阵 [M]. 修订
swers[C]. Materials Science Forum, 2010: 986–989.
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