СКВАЖИННЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК G01V1/40 

Изобретение относится к геофизическим методам разведки месторождений полезных ископаемых и может быть использовано в качестве источника упругих колебаний при выполнении межскважного сейсмоакустического прозвучивания, для восстановления производительности действующих скважин, а также в устройствах по исследованию океана и в различных технологических процессах.

Известен скважинный источник сейсмоакустических сигналов [1] содержащий верхний цилиндр с отверстиями, в котором смонтирован компенсатор давления, средний цилиндр, в котором смонтирован витой магнитострикционный преобразователь, помещенный в электроизоляционную жидкость, нижний цилиндр с окнами, в котором смонтирована излучающая насадка и отражающий конус.

Недостатком этого скважинного источника сейсмоакустических сигналов является низкий коэффициент полезного действия при генерировании низких частот из-за малых амплитуд колебания излучающей накладки.

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является скважинный акустический преобразователь [2] содержащий стержневой вибропривод, накладки, гибкую излучающую оболочку и регулировочный элемент, установленный с возможностью регулирования усилия продольного сжатия стержневого вибропривода.

Недостатками этого преобразователя являются следующие:
1. Резьбовым соединением не эффективно или почти невозможно обеспечить передачу усилий (колебаний) от стержневого вибропривода через накладку и регулировочный элемент на гибкую излучающую оболочку, т.к. резьбовое соединение для микронных амплитуд колебаний является эластичным соединением.

2. При осевом воздействии на гибкую излучающую оболочку, выполненную по форме вращения, не все точки ее излучающей поверхности имеют максимальные радиальные амплитуды колебаний.

3. При работе в такой излучающей оболочке возникают не только продольные, но и поперечные напряжения, заведомо, в такой конструкции больше, чем продольные. Из этого следует, что амплитуда колебаний оболочки в радиальном направлении незначительна, т.к. она определяется поперечными напряжениями, а не продольными. Усилия вибропривода уходят на растяжения, сжатия кольцевых сечений оболочки, и критическим сечением, определяющим амплитуду радиальных колебаний оболочки, является сечение наименьшего радиуса.

Коэффициент полезного действия такого преобразователя ничтожно низкий.

Цель изобретения повышение коэффициента полезного действия и улучшение конструкции.

Цель достигается тем, что известный скважинный акустический преобразователь, включающий стержневой вибропривод, накладки и излучающий элемент, снабжен цилиндрическим корпусом со средней опорой, изгибными пружинами, обжимными кольцами, демпферными прокладками и кордовой оболочкой. Цилиндрический корпус размещен внутри и по оси вибропривода и накладок, а его средняя опора разделяет вибропривод на две части, внутренние торцы которого прилегают к средней опоре корпуса, а внешние упираются в накладки, которые между собой соединены изгибными пружинами.

Для увеличения амплитуды радиальных колебаний изгибные пружины имеют только продольную прогибь во внутрь излучателя, а между изгибными пружинами выполнены продольные зазоры.

Для обеспечения передачи усилий вибропривода на изгибные пружины, их концы и соответствующие пазы в накладках, выполнены по форме "ласточкиного хвоста". Концы изгибных пружин впрессованы в пазы накладок, а на их поверхность напрессована обжимная обойма.

Для обеспечения водонепроницаемости в продольные зазоры между изгибными пружинами укладывают демпфирующие прокладки и покрывают кордовой оболочкой. К средней части изгибных пружин в точках с наибольшими радиальными амплитудами закрепляют излучающие элементы.

На фиг. 1 изображена схема скважинного излучателя с пьезокерамическим виброприводом; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 скважинный излучатель с магнитостракционным виброприводом; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 3; на фиг. 6 узел 1 на фиг. 5; на фиг. 7 - вариант.

Скважинный излучатель состоит из цилиндрического корпуса 1 со средней опорой 2, которая разделяет вибропривод, например, пьезокерамический (фиг. 1) или магнитострикционный (фиг.2) на две части 3 и 4. Внутренние торцы виброприводов 3 и 4 прилегают к поверхности средней опоры 2, а их внешние торцы упираются в накладки 5 и 6. Цилиндрический корпус 1 размещен внутри и по оси виброприводов 3 и 4 и накладок 5 и 6. Накладки 5 и 6 между собой соединены изгибными пружинами 7, которые имеют только одну прогибь, выполненную во внутрь излучателя. Между пружинами 7 имеются продольные зазоры, в которые вложены демпферные прокладки 8. Пружины 7 и прокладки 8 оплетневаны кордовой оболочкой 9, обеспечивающие водонепроницаемость к виброприводам 3 и 4. К средней части каждой изгибной пружины 7 в точках с максимальными радиальными амплитудами закреплено соответствующее количество излучающих элементов 10, у которых амплитуды колебаний всех точек излучающей поверхности максимальны. За цилиндрические части корпуса 1, выходящие за пределы накладок 5 и 6, излучатель можно закрепить к другому несущему устройству или смонтировать их в линейную антенну. Для обеспечения герметичности между корпусом 1 и накладками 5 и 6 в последние вложены уплотнительные кольца 11.

Скважинный излучатель с магнитострикционным приводом изображен на фиг. 2 и 3.

Способ (технология) изготовления излучателя состоит в том, что концы изгибных пружин 7 и соответствующие им пазы (гнезда) в накладках 5 и 6 обрабатывают по форме "ласточкиного хвоста" с целью обеспечения передачи усилий от виброприводов 3 и 4 на изгибные пружины 7. Одетые на концы цилиндрического корпуса 1 виброприводы 3 и 4 и накладки 5 и 6 обжимаются к средней опоре 2 технологической оснасткой (например, гайками 12 и 13). Обжатые и отцентрованные между собой накладки 5 и 6 соединяют изгибными пружинами 7, укладывая обработанные концы пружин в соответствующие им пазы, выполненные в накладках 5 и 6. Поочередно концы пружин 7 впрессовывают в накладки 5 и 6 и фиксируют их заклепкой 14. Причем изгибную пружину 7, перед этим помещают в оснастку и уменьшают ей стрелку прогиба, с целью обеспечения обжатия пружинами 7 виброприводов 3 и 4 к средней опоре 2 после снятия технологической оснастки (гаек 12 и 13). Для обеспечения надежного крепления концов изгибных пружин 7 в пазах накладок 5 и 6 после обработки их поверхности на них напрессовываются обжимные обоймы 15 и 16 с предварительным их нагревом.

В целях обеспечения водонепроницаемости и свободного колебания в продольные пазы между изгибными пружинами 7, вкладывают демпферные прокладки 8 и всю поверхность оклетневывают кордовой оболочкой 9. На изгибных пружинах 7 закрепляют излучающие элементы 10 и закрывают всю поверхность звукопрозрачной оболочкой 17, применяемой при малых внешних давлениях.

Чтобы кордовая оболочка не была жесткой, процесс полимеризации компаунда производят при работающем виброприводе.

Скважинный излучатель работает следующим образом.

При погружении излучателя в скважину внешняя среда воздействует на излучающий элемент 10 и на кордовую оболочку 9, и через нее на изгибные пружины 7 и на накладки 5 и 6. Осуществляется дополнительное гидростатическое обжатие виброприводов 3 и 4 к средней опоре 2.

Для осуществления работы излучателя подаем согласно импульсы напряжения на виброприводы 3 и 4. Под воздействием импульсов напряжения в виброприводах 3 и 4 возникают продольные механические колебания, обусловленные пьезоэффектом материала, из которого они изготовлены.

Эти колебания передаются от средней опоры 2 к накладкам 5 и 6, удаляя их друг от друга или сближая. Накладки 5 и 6 приводят изгибные пружины 7, размещенные вокруг виброприводов, в продольные и радиальные колебания.

Приведенные в радиальные колебания изгибные пружины 7 передают эти колебания излучающим элементам 10 и вместе с накладками 5 и 6 образуют в окружающей среде волны сжатия и разряжения по форме пульсирующего цилиндра или пульсирующей среды, что является наиболее эффективным способом излучения низкочастотных акустических волн в окружающую среду.

Наличие эластичной герметизации, которой является кордовая оболочка 9 и демпферные прокладки 8, позволяет выдерживать большие гидростатические давления, которые бывают в скважинах, и одновременно обеспечить радиальные колебания изгибным пружинам 7 и излучающим элементам 10.

Создание предлагаемого низкочастотного скважинного излучателя позволит набирать излучатели в линейную антенну, увеличивать акустическую мощность, увеличивать радиус межскважинного просвечивания формации, за счет этого повысить экономическую эффективность геологоразведочных и других работ.

Использование: при сейсмоакустической разведке для эффективного генерирования низких частот при больших гидростатических давлениях. Сущность изобретения: скважинный акустический излучатель содержит цилиндрический корпус, на котором смонтированы вибрационные активные приводы, средняя опора, которая может быть выполнена из постоянного магнита, крайние накладки, соединенные между собой изгибными пружинами, демпферные прокладки и кордовая оболочка. 7 ил.

Скважинный излучатель, содержащий вибропривод, накладки и излучающий элемент, отличающийся тем, что в него введены цилиндрический корпус со средней опорой, изгибные пружины, концы которых выполнены по форме "ласточкина хвоста", обжимные обоймы, демпферные прокладки и кордовая оболочка, причем цилиндрический корпус размещен внутри и по оси вибропривода и накладок, а его средняя опора разделяет вибропривод на две части, внутренние торцы которого прилегают к средней опоре корпуса, а внешние упираются в накладки, при этом накладки прилегают к торцам виброприводов и соединены между собой по периметру изгибными пружинами, на концы которых надеты обжимные обоймы, а к средней части закреплены излучающие элементы, в зазоры между изгибными пружинами размещены демпфирующие прокладки, закрытые кордовой оболочкой.