Пьезокерамические материалы (PZT, ЦТС) — неотъемлемый компонент современного оборудования для скважинной геофизики и нефтегазового сектора. Высокая чувствительность и термостойкость до 200°C позволяют использовать их в измерительных трактах и автономных источниках питания скважинных модулей. Рассмотрим три ключевых области применения.
В основе акустического каротажа лежит возбуждение и регистрация упругих колебаний в горных породах. Пьезокерамика здесь выступает и как излучатель, и как приемник сигнала.
Излучатели. Для генерации направленного акустического сигнала применяются стержневые пьезокерамические излучатели давления. Конструктивно такой излучатель представляет собой корпус из стали в виде трубки, внутри которого на армирующей стяжке размещены пьезокерамические шайбы (обычно ЦТС-19 или аналоги), объединенные в несколько секций. Для формирования односторонней диаграммы направленности один торец излучающего элемента или специальный отражатель выполняется наклонным к оси корпуса под углом от 15 до 75° . Это позволяет направлять акустическую энергию в породу, а не тратить ее на возбуждение волн в жидкости скважины.
Приемники. В качестве приемников часто используют цилиндрические пьезоэлементы с радиальной поляризацией. Существуют инженерные решения, где для повышения чувствительности и избирательности применяют составные преобразователи. Например, конструкция из двух вставленных друг в друга цилиндров разной высоты. Внешний цилиндр поляризован радиально и выполняет функцию приемного элемента, а внутренний, имеющий участки с радиальной и продольной поляризацией, работает как акустический резонансный трансформатор, усиливая сигнал на частотах полезных волн (продольных или поперечных) и подавляя шумы . Такой подход позволяет повысить помехозащищенность и отказаться от части электронных усилительных каскадов в скважинном приборе.
Для приема отраженных сигналов (например, в акустических каверномерах) критически важна малая длительность излучаемого импульса, чтобы сократить "мертвую зону". Это достигается использованием демпферов — элементов из материалов с акустическим сопротивлением, близким к пьезокерамике (например, компаунды с наполнителем), которые жестко крепятся к пьезоэлементу и гасят паразитные радиальные колебания, мешающие основным толщинным.
В забойных телеметрических системах (ЗТС) пьезодатчики решают две основные задачи: контроль параметров бурения и передача данных.
Во-первых, это датчики динамических процессов. Пьезоэлементы используются для измерения вибраций и ударных импульсов, воздействующих на компоновку низа бурильной колонны. Информация с этих датчихов позволяет предотвратить аварийные режимы работы долота.
Во-вторых, это датчики давления в канале связи. В системах с гидравлическим каналом связи (пульсация бурового раствора) пьезокерамические преобразователи давления работают в жестких условиях абразивной среды. Они должны выдерживать статическое давление столба жидкости и регистрировать высокочастотные перепады давления, кодирующие информацию с забоя.
Пьезокерамика позволяет преобразовывать паразитную вибрацию буровой колонны в электроэнергию для питания телеметрических систем и модулей каротажа. В переводнике, соединяемом с бурильной трубой, формируется специальная виброполость с продольными и поперечными каналами.
Данное инженерное решение оптимально для задач геологоразведки, контроля параметров бурения и внутрискважинной телеметрии. Мы готовы изготовить пьезоэлементы под ваши технические требования и условия эксплуатации.