АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H04R1/44 

Изобретение относится к устройствам для получения механических колебаний ультразвуковой частоты на основе пьезоэффекта и может быть использовано для интенсификации добычи нефти, а также других текучих сред из скважин.

Известен акустический излучатель, содержащий активные модули, установленные внутри жесткого цилиндрического корпуса. Каждый активный модуль представляет собой пакет из нескольких пьезокерамических колец с двумя осевыми коническими наконечниками, соединенный с помощью шпильки. Активные модули разделены между собой упругими опорными элементами и удерживаются согласно корпусу кольцевыми прокладками. В корпусе на уровне промежутков между активными модулями выполнены звукопроницаемые окна. Корпус заключен в герметизирующий резиновый чехол и заполнен электроизоляционной жидкостью.

Недостатками такого излучателя являются малая удельная мощность и, следовательно, малый радиус действия и невысокая эффективность его работы.

Излучатель предложенной конструкции позволяет получить значительно более высокую удельную мощность.

Акустический излучатель содержит активные модули, размещенные на некотором расстоянии один от другого в металлическом корпусе со звукопроницаемыми окнами. Звукопроницаемые окна в корпусе расположены на уровне промежутков между активными модулями. Активные модули выполнены из двух частей в виде пьезопакетов или сплошных пьезоэлементов, между которыми установлен акустический отражатель в виде массивной прокладки. Каждый активный модуль стянут шпилькой. Все отражатели жестко соединены с корпусом излучателя. Корпус герметизирован, заполнен электроизоляционной жидкостью и снабжен компенсатором наружного давления. Герметизация корпуса может быть достигнута, например, путем вулканизирования или заклейки звукопроницаемых окон резиной, преимущественно фторированной, обеспечивающей достаточную кислото- и маслостойкость в рабочих средах, в том числе и при повышенных температурах. Активные модули при необходимости могут иметь различную длину.

На чертеже изображен акустический излучатель, продольный разрез.

Акустический излучатель содержит активные модули в виде пьезопакетов 1. Каждый активный модуль выполнен из двух частей, между которыми установлен акустический отражатель 2 в виде массивной прокладки. Шпилька 3 армирует активный модуль, повышая его механическую прочность, при этом она размещена внутри активного модуля плотно без зазора. Части активных модулей, находящиеся по обе стороны от отражателя 2, могут быть выполнены в виде пьезопакетов (как показано на чертеже) или в виде сплошных пьезоэлементов. Активные модули соосно размещены в металлическом корпусе 4, имеющем звукопроницаемые окна 5. Отражатели 2 жестко соединены с корпусом 4. Корпус 4 герметизирован, заполнен электроизоляционной жидкостью 6 и снабжен компенсатором 7 наружного давления. Конструкционно компенсатор чаше всего представляет собой резиновую мембрану или колпачок в торце излучателя, заполненный электроизоляционной жидкостью 6. Внутренние пространства корпуса 4 и компенсатора 7 сообщаются между собой. Для предотвращения повреждения при погружении и подъеме из скважины компенсатор 7 может быть дополнительно защищен металлическим колпачком (на чертеже не показан). Звукопроницаемые окна 5 в корпусе выполнены на уровне промежутков между активными модулями и завулканизированы или заклеены снаружи резиной 8.

Активные модули могут иметь различную длину, что наиболее просто регулируется при использовании пьезопакетов с разным количеством пьезоэлементов. Общая длина акустического излучателя может превышать его диаметр в 15 20 раз и более, что позволяет при малой диаметре устройства, особенно удобном при работе в скважине, достичь удельной мощности 10 Вт/см² и более.

На чертеже для наглядности изменены пропорции в соотношении размеров отдельных элементов устройства. Электроды, электропровода и токовводы, соединяющие пьезокерамические преобразователи с источником питания, на чертеже не показаны.

Излучатель работает следующим образом.

Акустический излучатель, соединенный электрическим кабелем с источником питания, погружают в скважину. Глубина погружения соответствует глубине залегания нефтеносных пластов. Малый диаметр излучателя позволяет использовать его на действующих скважинах, не поднимая из них трубы. Тем более возможно применение излучателя в скважинах, на которых в данное время добыча не ведется, например находящихся на капитальном ремонте.

По достижении необходимой глубины на излучатель подается напряжение импульсами протяженностью от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Излучатель генерирует механические акустические колебания преимущественно в осевом направлении. При симметричном относительно отражателя 2 расположении пьезокерамических преобразователей 1 и колебании в противофазе их воздействие на отражатель 2 взаимно уравновешивается, что практически исключает вибрацию отражателя. Электроизоляционная жидкость 6, заполняющая корпус 4, воспринимает колебания преобразователей 1 и передает их равномерно по всем направлениям. Акустические колебания в радиальном направлении через звукопроницаемые окна 5 в корпусе 4 распространяются в окружающую среду.

Генерируемые излучателем колебания ультразвуковой частоты воздействуют на окружающий грунт призабойного слоя нефтеносного пласта, улучшая его фильтрационные свойства. При большой толщине пласта обработка ультразвуком проводится на нескольких различных уровнях погружения.

Использование: для интенсификации добычи нефти, а также других текучих сред из скважин. Сущность изобретения: акустический излучатель содержит активные модули, размещенные на некотором расстоянии один от другого в металлическом корпусе со звукопроницаемыми окнами. Корпус герметизирован, заполнен электроизоляционной жидкостью и снабжен компенсатором наружного давления. Звукопроницаемые окна выполнены на уровне промежутков между активными модулями и завулканизированы или заклеены резиной. Активные модули выполнены из двух частей в виде пьезопакетов или сплошных пьезоэлементов, между которыми установлены акустические отражатели в виде массивных прокладок. Каждый активный модуль стянут шпилькой, а каждый отражатель жестко соединен с корпусом излучателя. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ, содержащий металлический герметизированный корпус со звукопроницаемыми окнами, размещенные соосно в корпусе активные модули в виде пьезопакетов, каждый из которых стянут шпилькой, причем корпус заполнен электроизоляционной жидкостью, а звукопроницаемые окна расположены на уровне промежутков между активными модулями, отличающийся тем, что каждый активный модуль выполнен из двух частей, между которыми установлен акустический отражатель в виде массивной прокладки, все отражатели жестко соединены с корпусом, корпус снабжен компенсатором наружного давления, а части активных модулей выполнены в виде пьезопакетов или сплошных пьезоэлементов, причем шпильки помещены внутри активных модулей без зазора. 2. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что активные модули имеют различную длину.