RU34406U1 - Излучатель акустический скважинный - Google Patents

Description

5 10 15 20 25 30 ИЗЛУЧАТЕЛЬ АКУСТИЧЕСКИЙ СКВАЖИННЫЙ 1.Область техники., Полезная модель относится к устройствам для акустического воздействия на продуктивные пласты, в том числе для интенсификации добычи нефти, воды и других текучих сред из скважин. 2.Уровеиь техники. Известен акустический стержневой излз атель (заявка RU №94014465, 20.04.1994г.), содержащий активные модули, выполненные в виде сплошных или наборных стержневых преобразователей, расположенные в герметичном металлическом корпусе со звукопроницаемыми завулканизнрованными окнами. Недостатком этого излучателя является сложность конструкции. Также известен, принятый за прототип, ультразвуковой скважинный излучатель (свидетельство на полезную модель RU №14400 U1, 06.04.2000г.), содержащий пьезокерамические модули в тонкостенной металлической оболочке, герметично соединенной с металлическими обкладками пьезошайб, промежутки между пьезоэлементами заполнены термостойкой эпоксидной смолой. Модули собраны на металлическом стержне с помощью проставок, снабженных многоразовыми герметизирующими элементами, выполняющими свои функции при сжатии конструкции на стержне между головкой верхней и нижней болванкой-утяжелителем по резьбе несущего стержня. Недостатками этого излучателя являются зависимость герметичности конструкции от стенени сжатия элементов конструкции на несущем стержне, недостаточная надежность устройства, особенно в условиях мощных высокочастотных колебаний, сложность изготовления пьезокерамических модулей. 3.Раскрытие полезной модели. 3.1. Технический результат полезной модели заключается в повыщении надежности и упрощении конструкции, а также нолучении дисковидной формы характеристики нанравленности акустического излучения. I (flu IklH mmimm fir.i «.- JIJiiiiHiifiwijiiiil™ B06B1/06, E21B43/25, GOIV 8/00 5 10 15 20 25 30 3.2.Отличительные признаки. Для достижения указанного технического результата применены несущие металлические корпуса, вьщерживающие внешнее скважинное давление, корпуса соединены в единую герметичную конструкцию с помощью металлических катушек, имеющих на концах резьбу и не менее двух уплотняющих элементов радиального типа, в качестве которых могут быть использованы, например, резиновые кольца круглого сечения. В каждом корпусе попарно размещены пьезопреобразователи, состоящие из набора не менее чем четырех продольно-поляризованных электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб, причем не менее двух шайб имеют встроенные датчики контроля, выполненные непосредственно на шайбе в виде электрически изолированных от остальной поверхности шайбы сегментов. Пьезопреобразователи электрически полностью изолированы от корпуса за счет применения на концах пьезопреобразователей изолирующих накладок, выполненных из того же материала, что и пьезокерамические шайбы и размещения пьезопреобразователя в тонкостенной трубке из электроизоляционного материала. С торцев пьезопреобразователей установлены полые разрезные электроизоляционные втулки, внутри которых пропущены электрические провода от пьезопреобразователей. Корпуса и катушки имеют внешнюю кольцевую проточку, расположенную симметрично относительно их центра. Проточка может быть выполнена в виде направленных навстречу друг другу двух конических поверхностей, соединенных цилиндрическим участком или в виде поверхности тела вращения, у которого ось вращения совпадает с продольной осью излучателя. 3.3.Краткое описание чертежей. Па фиг.1 представлепа конструкция излучателя (общий вид); Па фиг. 2 представлена конструкция излучателя (продольный разрез, нижняя часть); Па фиг. 3 представлена конструкция излучателя (продольный разрез, верхняя часть); где 1 - несущий корпус, 2 - нижний наконечник, 3 - верхняя головка, 4 электрический разъем, 5 - катушка, 6 - уплотняющий элемент, 7 - пьезопреобразователь, 5 10 15 20 25 30 электрический гермоввод, 16 -кольцевая проточка, 17 - кольцевая канавка, 18 - блок электроники. 3.4. Описание полезной модели. Излучатель акустический скважинный состоит из нескольких, не менее двух, металлических несущих корпусов 1, рассчитанных на внешнее скважинное давление до 40 МПа, нижнего наконечника 2, верхней головки 3 с электрическим разъемом (колодкой) 4 и посадочными размерами под геофизический кабельный наконечник, например, НКБЗ-36. Корпуса соединены между собой и с головкой верхней в единую герметичную конструкцию с помощью металлических катушек 5, имеющих на концах резьбу и канавки, не менее двух, под уплотняющие элементы радиального типа 6, например, резиповые кольца круглого сечения. Такое же окончание (с резьбой и канавками) имеет и нижний наконечник. Каждый корпус рассчитан на установку в него двух пьезопреобразователей 7, состоящих из набора нескольких, не менее четырех, продольно-поляризованных, электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб 8 в виде цилиндрических колец. Не менее двух шайб имеют встроенные датчики контроля, выполненные в виде электрически изолированных от остальной поверхности шайбы сегментов. Центральный внутренний канал пьезопреобразователя использован для прокладки электрических проводов от шайб. Пьезопреобразователи снабжены концевыми изолирующими накладками 9, выполненными из того же материала, что и шайбы, с целью обеспечения однородности физико-механических свойств пьезопреобразователя, но меньшей толщины. Толщина накладок определяется из условий прочности и обеспечения электроизолирующих свойств, но не может быть менее 2мм. На наружной поверхности пьезопреобразователя установлена тонкостенная трубка 10 из электроизоляционного материала. Таким образом, пьезопреобразователь электрически полностью изолирован от металлического корпуса, что повьппает его электробезопасность. Корпус и катушка имеют центральный канал 11 для прокладки электрических проводов 12 от пьезопреобразователей к электрическому разъему. В целях предохранения изоляции проводов от повреждения в условиях вибрации о кромки корпуса и катушки провода пропущены внутри разрезных ступенчатых втулок 13, установленных с торцев пьезопреобразователя. Втулки, вьшолненные из прочного 3 5 10 15 20 25 30 электроизоляционного материала, например, пластмассы, своим меньшим диаметром установлены в гнезда корпуса и катушки, обеспечивая тем самым центрирование пьезопреобразователя внутри корпуса. С целью зашиты внутренней полости излучателя от возможного проникновения скважинной жидкости со стороны кабельного наконечника в верхней головке установлено донышко 14 с электрическими гермовводами 15. На наружной поверхности донышка выполнены канавки под радиальные уплотнения (резиновые кольца). В средней части корпуса, симметрично относительно его центра, выполнена кольцевая проточка 16 в виде направленных к центру двух конических поверхностей с углом при вершине конуса 50°-130°, соединенных цилиндрическим участком. Аналогичная кольцевая проточка выполнена на катушке. Кольцевая проточка может быть также выполнена в виде сферической, параболической, гиперболической или иной поверхности тела вращения, у которого ось врашения совпадает с продольной осью корпуса. Кольцевые проточки на корпусе и катушке обеспечивают дисковидную характеристику направленности акустического излучения. В целях увеличения продольной податливости корпуса на его наружной поверхности выполнены кольцевые канавки 17 глубиной не более 1/5 толшины стенки корпуса. Между верхней головкой и верхней катушкой установлен блок электроники (скважинный генератор) 18, выполненный в самостоятельном герметичном корпусе и герметично соединенный с излучателем. 4. Осуществление полезной модели. Детали скважинного акустического излучателя выполнены из сталей различных марок и легких (алюминиевые и титановые) сплавов. Шайбы пьезопреобразователей выполнены из керамики ПКР-78. Блок электроники вьшолнен на общепромышленных элементах. Для соединения с наземной аппаратурой используется геофизический кабель, например, марки КГЗ-60-180-1 с наконечником типа НКБЗ-36. Использование несущих корпусов позволяет упростить конструкцию излучателя 4 5 10 15 20 25 30 размещения элементов конструкции, например, для прокладки коммуникапий. Соединение корпусов с катушками и нижним наконечником па резьбе обеспечивает необходимое осевое поджатие пьезопреобразователей (армирование) при сборке и настройке излучателя. Применение уплотняющих элементов радиального типа позволяет падежно обеспечить герметичность внутреннего объема излучателя независимо от усилия осевого поджатия при сборке излучателя и в условиях высокочастотных колебаний конструкции, которые могут привести к некоторому ослаблению осевого сжатия элементов излучателя за счет развинчивания резьбы в случае ненадежной контровки. Полная электрическая изоляция пьезопреобразователей от корпуса повыщает надежность работы излучателя, поскольку даже при попадании внутрь скважинной жидкости вероятность короткого замыкания невысока. Снижению риска короткого замыкания в условиях высокочастотных вибраций способствует также применение электроизоляционных втулок, установленных с торцев пьезопреобразователей. Соединения проводов выполнены на пайке в целях обеспечения надежного контакта в условиях мощного высокочастотного акустического излучения. Соединение на пайке позволяет также осуществить различные варианты соединения пьезопреобразователей (параллельпое, последовательное, смешанное) при сборке излучателя с целью согласования активного сопротивления излучателя с сопротивлением геофизического кабеля для повышепия эффективности работы излучателя. Излучатель работает следующим образом. Напряжение промышлепной электросети после преобразований в наземной аппаратуре (не показана) через геофизический кабель с пакопечником (не показаны) подается на излучатель, опущепный в скважину. Напряжепие питания поступает в блок электроники, где происходит формирование сигналов с рабочими параметрами (напряжение, частота), которые далее подаются по липиям связи на пьезопреобразователи. Благодаря пьезоэффекту, электрическая энергия преобразуется в пьезопреобразователях в механическую с возникновением продольной акустической волны, которая, изменяя вектор своего направления на кольцевых проточках корпуса и катушек, поступает непосредственно в окружающзю излучатель среду. Под действием вибрации в изолированных от остальной поверхности пьезокерамических шайб сегментах (датчиках контроля) возникает высокочастотный электрический сигнал, поступающий в блок 5 электроники, в результате обработки которого происходит корректировка параметров

(частота, напряжение, фазовый сдвиг) электрических сигналов, подаваемых на пьезонреобразователи, в сторону максимизации акустического воздействия на скважину, призабойную зону, пласт.

Скважинный акустический излучатель прошел промышленное опробование на Ватьеганском месторождении Западной Сибири в 2003г.

6

Claims (6)

1. Излучатель акустический скважинный, содержащий пьезопреобразователи из пьезокерамических шайб, расположенные в металлических герметичных корпусах, отличающийся тем, что пьезопреобразователи попарно размещены в нескольких, не менее двух, несущих корпусах, выдерживающих внешнее скважинное давление, корпуса соединены в единую герметичную конструкцию с помощью металлических катушек, имеющих на концах резьбу и не менее двух уплотняющих элементов радиального типа, при этом пьезопреобразователи имеют на концах изолирующие накладки, причем накладки выполнены из того же материала, что и пьезокерамические шайбы, пьезопреобразователи размещены в тонкостенной трубке из электроизоляционного материала и имеют внутренний центральный канал для прокладки электрических проводов, проходящих сквозь полые электроизоляционные разрезные втулки, установленные с торцев пьезопреобразователей, которые одновременно служат для центрирования пьезопреобразователей в корпусах, причем корпуса и катушки имеют внешнюю кольцевую проточку, расположенную симметрично относительно их центра и обеспечивающую дисковидную форму характеристики направленности акустического излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешняя кольцевая проточка на корпусах и катушках выполнена в виде направленных навстречу друг другу двух конических поверхностей с углом при вершине конуса 50-130°, соединенных цилиндрическим участком.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что внешняя кольцевая проточка на корпусах и катушках выполнена в виде поверхности тела вращения, у которого ось вращения совпадает с продольной осью корпуса и катушки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на наружной поверхности корпуса выполнены кольцевые канавки глубиной не более 1/5 толщины стенки корпуса.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пьезопреобразователи состоят из набора не менее чем четырех продольно-поляризованных электрически соединенных параллельно пьезокерамических шайб, причем не менее двух шайб имеют встроенные датчики контроля, выполненные непосредственно на шайбе в виде электрически изолированных от остальной поверхности шайбы сегментов.

6. Устройство по пп.1 и 4, отличающееся тем, что в качестве уплотняющих элементов использованы резиновые кольца круглого сечения.