高溫地震檢波器的製作方法
2024-03-24 13:33:05 1
本實用新型涉及一種速度型高溫高靈敏度地震波採集設備。
背景技術：
在油氣勘探新區尋找資源和對老油田進行深入解剖，離不開一項重要技術，那就是VSP技術。VSP測井技術(vetical seismic profile)就是垂直地震剖面，即把震源放在井中，檢波器放地面，或者把震源放地面，接收器放井中進行的地球物理勘探技術。在垂直地震剖面中，因為檢波器置於地層內部，所以不僅能接收到自下而上傳播的上行縱波和上行轉換波，也能接收到自上而下傳播的下行縱波及下行轉換波，甚至能接收到橫波。這是垂直地震剖面與地面地震剖面相比最重要的一個特點，因此需要檢波器在空間360度任意角度都能可靠工作。
VSP測井技術是近幾年發展比較迅速的一門學科，在提取地層地質參數、地層速度、地震子波等地震參數方面很有作用，與常規地震相比具有精度高的優點。目前國內大部分油氣田已進入開發的中晚期，以地面勘探為主來發現油氣田的市場越來越小，而井中地震在油藏精細刻畫和剩餘油開發中有獨特優勢。就國內而言，油氣勘探開發面臨的地質問題越來越複雜，勘探發現難度也越來越大，新增儲量品質在不斷降低，儲量動用率也在降低。油氣藏地質成果的精度已成為制約油氣生產的最主要因素。油田目前廣泛採用計算機數位化三維地質模型技術，利用巖芯、測井、生產數據、物探等各種資料進行油氣綜合預測和評價，這些資料中只有井中地震資料可以在深度方向上獲得上下行體波，對地質目標貼近觀測。油藏地球物理技術是實現老油田綜合治理、深度挖潛和提高油氣產量、支持油氣勘探與生產獲得最佳經濟效益的有效途徑，這就為油藏地球物理技術創造了無限的市場空間。在過去50年中，人們發現很多鹽丘構造，其中有的鹽丘中含有豐富的石油和天然氣。然而，人們對含油鹽丘構造的細節(如翼部的形態等)了解得不是很清楚，通過VSP特別是三分量VSP的工作，研究人員可以查清含油鹽丘翼部的形態，將藏在這裡的油氣開採出來。
目前的地震波採集設備不具備在低頻技術參數，如15Hz，205℃高溫環境下的，提取地層地質參數、地層速度、地震子波等地震參數的功能。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種高溫地震檢波器，以解決在頻率15Hz，205℃高溫環境下能夠長期穩定可靠工作，提供與地震檢波器陣列的輸出相當的靈敏度，能夠滿足VSP儀器單點接收的要求等技術問題。
為了實現上述發明目的，本實用新型所採用的技術方案如下：
一種高溫地震檢波器，包括頂蓋組件1、外殼2、線圈組件3、磁鋼4、磁靴5、卡簧6、底蓋7、下接觸片8、彈簧片9、絕緣墊片10和密封圈11；兩個磁靴5位於磁鋼4上下兩端，磁鋼4位於線圈中心位置，磁鋼4充磁後，通過磁靴5及磁靴5和磁鋼4的外部設有的外殼2形成磁迴路，即為檢波器提供能量的磁系統；外殼2上下分別設有頂蓋組件1、底蓋7；在外殼2與磁鋼4、磁靴5之間設有線圈組件3，線圈組件3由兩組繞向相反的線圈繞組及線圈骨架組合而成，並由分別卡在線圈組件3上的兩隻彈簧片9支撐，懸浮於磁靴5與外殼2之間的磁場中，上下彈簧片9分別通過卡簧6固定在線圈組件兩端，以上構成彈簧-質量阻尼振動系統；線圈繞組兩端的引出漆包線分別焊接在上下彈簧片9上，上端引線通過上彈簧片9經由頂蓋組件1的外接觸片12，引到PCB板14正極一端；下端引線通過下彈簧片5，在下接觸片8的擠壓下，與下磁靴5相連，再經由磁鋼4，上磁靴5，頂蓋組件1的內接觸片11，引到PCB板負極一端；所述彈簧片9包括與線圈組件3連接的外環、與頂蓋組件1或底蓋7固定連接的內環和連接在外環與內環之間的三支撐臂；三支撐臂均勻分布在同心圓上，三支撐臂形狀尺寸完全一樣，支撐臂與外環、內環連接的兩端粗，中間細，且兩者比例為3，單一支撐臂的長度與支撐臂最外端到圓心的半徑比為1.5-2。
磁靴4，磁鋼5，下接觸片8及彈簧片9採用表面鍍金，所述磁鋼4採用趨向鋁鎳鈷材料；磁鋼的長徑比應滿足0.5-0.8，磁鋼4的長度與磁靴5導磁面長度H1比為17，磁靴導磁面長度H1與磁靴下沿長度H2比為1，磁靴5上凸臺H4與磁靴導磁面上沿距繞線槽上沿的距離H5之比為1.2-1.5，磁靴5導磁面H1和下沿H2之和與繞線槽寬度H3之比為0.15-0.3。
所述頂蓋及底蓋採用耐高溫聚醯亞胺加工，頂蓋與高溫PCB板粘接，頂蓋線路板PCB基材也採用的聚醯亞胺表面覆銅。
本實用新型的優點：
1.本實用新型是一種主頻15Hz，靈敏度高達52V/m/s，失真<0.7全向工作的高溫檢波器，能在高溫205℃惡劣條件下穩定可靠工作的產品。
2.本實用靈敏度高達52V/m/s，因此，本實用磁鋼4採用趨向鋁鎳鈷材料，表面鍍金，趨向鋁鎳鈷材料具有更高的磁能積11.25兆高奧，低溫度係數-0.02％，高居裡溫度達800度，且機械強度和剛度較大，當檢波器在井中205度工作時，磁性能僅衰減3.6％，因此為本實用的高輸出提供能量保證。
3.為確保高溫安全穩定工作，磁靴，磁鋼，接觸片及彈簧片採用鍍金工藝，頂蓋及底蓋採用耐高溫聚醯亞胺加工。
4.頂蓋與高溫PCB板粘接，頂蓋材料是聚醯亞胺，頂蓋線路板PCB基材也採用的聚醯亞胺表面覆銅，
頂蓋與頂蓋線路板之間通過亞克力膠膜在高溫下粘接而成，確保兩者的可靠連接。
附圖說明
圖1是本實用新型的結構剖視圖。
圖2是本實用新型的電極結構示意圖。
圖3是本實用新型的彈簧片的結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的結構參見圖1所示。
本實用新型的結構包括頂蓋組件1、外殼2、線圈組件3、磁鋼4、磁靴5、卡簧6、底蓋7、下接觸片8、彈簧片9、絕緣墊片10和密封圈11。磁靴5位於磁鋼4上下兩端，磁鋼4位於線圈中心位置，磁鋼4外部設有外殼2，磁鋼4充磁後，通過磁靴5及外殼2形成磁迴路，即為檢波器提供能量的磁系統；外殼2上下分別設有頂蓋組件1、底蓋7，在外殼2與磁鋼4、磁靴5之間設有線圈組件3，線圈組件3由兩組繞向相反的線圈繞組及線圈骨架組合而成，並由分別卡在線圈組件3上的兩隻彈簧片9支撐，懸浮於磁靴5與外殼2之間的磁場中。上下彈簧片9分別通過卡簧6固定在線圈組件兩端。以上構成彈簧-質量阻尼振動系統。
電路上：線圈繞組兩端的引出漆包線分別焊接在上下彈簧片9上。上端引線通過上彈簧片9經由頂蓋組件1的外接觸片12，引到PCB板14正極一端；下端引線通過下彈簧片5，在下接觸片8的擠壓下，與下磁靴5相連，再經由磁鋼4，上磁靴5，頂蓋組件1的內接觸片11，引到PCB板負極一端。如圖2所示。
彈簧片通過卡簧固定在線圈兩端，線圈引線上端焊接上彈簧片上，經由頂蓋組件上的外接觸片，引到頂蓋上的PCB板的一端，線圈引線下端通過下彈簧片，經由磁靴、磁鋼、頂蓋組件上的內接觸片，引到頂蓋上的PCB板的另一端，這樣完成電路的輸出。當檢波器接收到振動信號時，線圈相對外殼作上下運動，切割磁力線，通過頂蓋的PCB板正負極引線輸出電壓信號。本實用新型是一種提供了堪比檢波器陣列靈敏度輸出，能在205℃高溫下長期穩定可靠工作，主頻15Hz的新型全向高溫檢波器。為VSP測井的採集提供了硬體支持。
本實用新型的主頻15Hz，並且能夠360°全向使用，因此要求彈簧片要在軸向與徑向同時都能提供與懸體重量匹配的支持力，本實用新型彈簧片設計參見圖3，採用外環中有三支撐臂，均勻分布在同心圓上，三支撐臂形狀尺寸完全一樣，支撐臂與實體連接的兩端粗，中間細，且兩者比例為3，單一支撐臂的長度與支撐臂最外端到圓心的半徑比為1.5-2，這種設計不但增大了彈簧片軸向和徑向的支撐力，同時降低了彈簧片懸臂降彈性係數，降低了彈簧片的非線性度，進而保證了本實用新型的諧波失真。
本實用新型的磁鋼4採用趨向鋁鎳鈷材料，表面鍍金，趨向鋁鎳鈷材料具有更高的磁能積11.25兆高奧，低溫度係數-0.02％，高居裡溫度達800度，且機械強度和剛度較大，當檢波器在井中205℃工作時，磁性能僅衰減3.6％，因此為本實用新型的高輸出提供能量保證。本實用新型設計了合理的磁靴5，來降低檢波器兩端的漏磁，進而最大限度的利用磁鋼的能量，保證小體積高輸出。磁靴5的形狀合理的改變磁力線的走向，提高線圈繞阻兩端磁場的對稱性，最大限度的降低磁場所產生的諧波失真。為提高磁鋼性能的利用率，磁鋼的長徑比應滿足0.5-0.8，磁鋼4的長度與磁靴5導磁面長度H1比為17，磁靴導磁面長度H1與磁靴下沿長度H2比為1，磁靴5上凸臺H4與磁靴導磁面上沿距繞線槽上沿的距離H5之比為1.2-1.5，磁靴5導磁面H1和下沿H2之和與繞線槽寬度H3之比為0.15-0.3。通過有限元分析，本設計的磁場分布較以往設計有了明顯的改善。相應的諧波失真得到合理控制，保證檢波器全向工作的失真度。
為確保205℃高溫長時間安全穩定工作，本實用新型的磁靴，磁鋼，接觸片及彈簧片採用鍍金工藝，頂蓋及底蓋採用耐高溫聚醯亞胺加工。頂蓋與高溫PCB板粘接，頂蓋材料是聚醯亞胺，頂蓋線路板PCB基材也採用的聚醯亞胺表面覆銅，獨特的PCB板設計更提供了方便和可靠的電氣連接。此種設計為產品的高絕緣性、密閉性提供保證，進而提高抗氧化能力，提高產品的可靠性。
本實用新型的主頻15Hz，並且能夠360°全向使用，因此要求彈簧片要在軸向與徑向同時都能提供與懸體重量匹配的支持力，本實用新型生物彈簧片設計採用外環中有三支撐臂，均勻分布在同心圓上，三支撐臂形狀尺寸完全一樣，支撐臂與實體連接的兩端粗，中間細，且兩者比例為3，單一支撐臂的長度與支撐臂最外端到圓心的半徑比為1.5-2，這種設計不但增大了彈簧片軸向和徑向的支撐力，同時降低了彈簧片懸臂降彈性係數，降低了彈簧片的非線性度，進而保證了本實用新型的諧波失真。
本實用新型的磁鋼4採用趨向鋁鎳鈷材料，表面鍍金，趨向鋁鎳鈷材料具有更高的磁能積11.25兆高奧，低溫度係數-0.02％，高居裡溫度達800度，且機械強度和剛度較大，當檢波器在井中205℃工作時，磁性能僅衰減3.6％，因此為本實用新型的高輸出提供能量保證。本實用新型設計了合理的磁靴5，來降低檢波器兩端的漏磁，進而最大限度的利用磁鋼的能量，保證小體積高輸出。磁靴5的形狀合理的改變磁力線的走向，提高線圈繞阻兩端磁場的對稱性，最大限度的降低磁場所產生的諧波失真。為提高磁鋼性能的利用率，磁鋼的長徑比應滿足0.5-0.8，磁鋼4的長度與磁靴5導磁面長度H1比為17，磁靴導磁面長度H1與磁靴下沿長度H2比為1，磁靴5上凸臺H4與磁靴導磁面上沿距繞線槽上沿的距離H5之比為1.2-1.5，磁靴5導磁面H1和下沿H2之和與繞線槽寬度H3之比為0.15-0.3。通過有限元分析，本設計的磁場分布較以往設計有了明顯的改善。相應的諧波失真得到合理控制，保證檢波器全向工作的失真度。