Управляемый электромагнитный динамический излучатель упругих волн низкой частоты в непроводящих средах Российский патент 2023 года по МПК G01V1/04 

Изобретение относится к разделу акустика. Может быть использовано в нефтяной промышленности (акустическое воздействие на нефтяные пласты), в геофизической аппаратуре акустического каротажа, в конструкции акустических расходомеров, в дефектоскопии, и других устройствах. Имеется множество устройств с излучателями упругих волн в жидких средах звуковой и ультразвуковой частоты, с границей 1 Кгц. и выше, это пьезоэлектрические и магнитострикционные излучатели, работающие на эффекте резонанса. Излучателем упругих колебаний в этих устройствах являются поверхности пьезокерамики или магнитострикционных преобразователей колеблющихся с частотой питающего напряжения. Максимальная амплитуда колебаний (десяток микрон) возникает при равенстве собственных частот излучателя и приложенного напряжения (эффект резонанса) т.е. работа излучателя проводится на одной достаточно высокой частоте.

Работа излучателей упругих волн на высоких частотах накладывает ограничения на создания акустических расходомеров широкого применения. Выпускаемые акустические расходомеры используются в трубопроводах с чистой продукцией, где нет примесей и пузырьков газа. что делает невозможным использование акустических расходомеров на нефте-газопроводах, так как размеры включений в движущейся жидкости должны быть на порядок меньше длины акустической волны. Создание акустических расходомеров широкого применения возможно при использовании излучателей упругих волн с частотами до 50Гц.

Известны способ и устройство [1] обработки продуктивного пласта скважины, использующие при воздействии на пласт на ряду с высокочастотными (10-60 кГц) комбинационные низкочастотные акустические колебания (20-4000Гц). Низкочастотные колебания возникают при смешении двух высокочастотных колебаний при смешении колебаний 20кГц и 22кГц (или 20кГц и 20.05кГц) в среде возникают, кроме исходных, и низкочастотные упругие колебания 2кГц (50Гц).

Известны способ и устройство [2] обработки пласта пакетами звуковых и ультрозвуковых упругих колебаний. Период излучения пакетов 20мС или 50мС (частота излучения в пакете 8-25кГц). Длина пакетов половина периода излучения пакетов. Пакетное излучение создает эффект радиальных пульсаций давления акустического поля на низких частотах (50Гц или 20Гц). Изменяя периоды излучения пакетов получаем возможность управлением пульсаций на низких частотах.

Рассматриваем его как прототип.

В предлагаемом динамическом излучателе упругих волн низкой и архинизкой частоты источником колебаний является ось, связанная с постоянными магнитами и электромагнитами, совершающая колебания под действием магнитных сил. Амплитуда колебаний, в зависимости от конструкции излучателя, может достигать десятки миллиметров.

Предлагаемый источник упругих волн является управляемым во всем рабочем диапазоне частот, и изменяемым по мощности и амплитуде.

Управляемый электромагнитный динамический излучатель упругих волн низкой частоты в непроводящих средах может быть изготовлен в вариантах:

Вариант А (рис.1). Состоит из оси (1,1А), связанной с постоянным магнитом (3), гайками (4), демпферами (6) и соленоидами (2), закрепленными на корпусе (5). Ось смонтирована из двух ферромагнитных участков (1), являющихся сердечниками соленоидов, осью демпферов и гаек, и одного участка из диамагнетика (1А), на котором, в центре, между соленоидами, находится постоянный магнит. Гайки фиксируют постоянный магнит в рабочем положении. Подавая на соленоиды попеременно постоянное напряжение, так чтобы магнитные полюса соленоидов притягивали постоянный магнит, а также втягивали сердечник, получим вибрацию оси с закрепленным постоянным магнитом с гайками, с частотой переключения напряжения, т. е. источник упругих волн в размещенной среде. Демпфера, расположенные между постоянным магнитом и соленоидами, гасят удары постоянного магнита о катушки соленоидов.

Вариант В (рис.2). Состоит из оси (1,1А), связанной с постоянными магнитами (3), закрепленными на концах оси гайками (4), демпферами (6) и соленоидами (2), закрепленными на корпусе (5) вплотную друг к другу. Ось смонтирована из двух ферромагнитных участков (1), и трех участков из диамагнетика (1А), один из которых находится в центре, и делит участки из ферромагнетика, так чтобы они являлись сердечниками соленоидов, а на двух других закреплены постоянные магниты. Участок из диамагнетика, находящийся в центре, по длине должен быть больше двух длин демпферов, а участки из ферромагнетика по длине должны быть больше участка из диамагнетика, разделяющего их. Гайки служат для фиксации постоянных магнитов в рабочем положении. Подавая на соленоиды попеременно постоянное напряжение, так чтобы возникающие магнитные полюса соленоидов притягивали постоянный магнит, а также втягивали сердечник, получим вибрацию оси с закрепленными постоянными магнитами и гайками с частотой переключения напряжения, т. е. источник упругих волн. Демпфера, расположенные между постоянными магнитами и соленоидами, гасят удары постоянных магнитов о катушки соленоидов.

Вариант Б1 (рис.3). Состоит из оси (1), соленоидов (2), закрепленных на корпусе (5) вплотную друг к другу, гаек (4), ограничивающих движение оси, и демпферов (6). Ось состоит из ферромагнитного участка с гайками на концах. Подавая на соленоиды попеременно постоянное напряжение. Тем самым втягивая сердечник, получим вибрацию оси с частотой переключения напряжения. Демпфера, расположенные между соленоидами и гайками, гасят удары гаек о катушку соленоида.

Вариант Б2 (рис. 3). Состоит из оси (1,1А), соленоидов (2), закрепленных на корпусе (5) в плотную друг к другу, гаек (4), ограничивающих движение оси, и демпферов (6). Ось смонтирована из двух диамагнитных участков (1А), расположенных на концах оси с гайками, и участка из ферромагнетика (1), расположенного по центру. Подавая на соленоиды попеременно постоянное напряжение, тем самым втягивая сердечник, получим вибрацию оси с частотой переключения напряжения. Демпфера, расположенные между соленоидом и гайками, гасят удары гаек о катушку соленоида.

Вариант Б3 (рис.2). Состоит из оси (1,1А), соленоидов (2), закрепленных на корпусе (5) вплотную друг к другу, гаек (4), ограничивающие движение оси, и демпферов (6). Ось смонтирована из двух ферромагнитных участков (1), и участка из диамагнетика (1А), расположенного в центре, который делит участки из ферромагнетика, так чтобы они являлись сердечниками соленоидов. Подавая на соленоиды попеременно постоянное напряжение, тем самым втягивая сердечник, получим вибрацию оси с частотой переключения напряжения. Демпфера, расположенные между соленоидами и гайками, гасят удары гаек о катушку соленоида.

Когда размещение перечисленных модификаций излучателей не позволяют размеры устройства, либо по другим причинам, возможны следующие варианты конструкции.

Вариант Г (рис.4). Состоит из оси (1,1А), связанной с постоянными магнитами (3), закрепленными на концах оси гайками (4), демпферами (6) и электромагнита (2), закрепленного на корпусе (5). Диаметр электромагнита должен быть больше его высоты. Ось смонтирована из ферромагнитного участка (1), являющимся сердечником электромагнита и демпферов, и двух участков из диамагнетика, на которых закреплены постоянные магниты, расположенные на оси одинаковыми полюсами друг к другу. Подавая переменное напряжение на электромагнит получим вибрацию оси с постоянными магнитами и гайками с частотой питающего напряжения. Демпфера, расположенные между постоянными магнитами и электромагнитом гасят удары постоянных магнитов о катушку электромагнита.

Вариант Д (рис.4). Состоит из оси (1,1А), связанной с постоянным магнитом (3), электромагнита (2) закрепленным на корпусе (5), гайками (4), и демпферов (6). Ось смонтирована из ферромагнитного участка, являющимся сердечником электромагнита, демпферов и гайки, и участка из диамагнетика, являющимся осью постоянного магнита и гайки, на котором закреплен постоянный магнит. Гайки служит для фиксации постоянного магнита в рабочем положении. Подавая на электромагнит переменное напряжение получим вибрацию оси с гайками с частотой питающего напряжения. Демпфера, расположенные на боковых стенках катушки электромагнита, гасят удары постоянного магнита и гайки о катушку электромагнита.

Литература:

1. Патент N 2162519. Способ акустической обработки продуктивной скважины.

Приоритет от 27.01.2001 г. кл. Е 21В 43/25, 28/00.

2. Патент N 2456442. Способ акустического воздействия на нефтяные пласты и устройство для осуществления.

Приоритет от 20.07.2012 г. кл. Е 21В 43/25,28/00.

3. Увеличение нефтеотдачи нефтяных пластов ультразвуковым воздействием.

Автор: Федорова Татьяна Александрова.

Опубликовано в «Молодой ученый» №20(310) май 2020 г.

Группа изобретений относится к области акустики. Управляемый электромагнитный динамический излучатель упругих волн низкой частоты в непроводящих средах состоит из оси, смонтированной из двух ферромагнитных участков, являющихся сердечниками двух соленоидов, а также осью двух демпферов и гаек, фиксирующих постоянный магнит, расположенный между соленоидами, закрепленными на корпусе излучателя, и участка из диамагнетика, являющегося осью постоянного магнита. Технический результат – возможность управления излучателем во всем диапазоне рабочих частот, изменяемым по мощности и амплитуде. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Управляемый электромагнитный динамический излучатель упругих волн низкой частоты в непроводящих средах, состоящий из оси, смонтированной из двух ферромагнитных участков, являющихся сердечниками двух соленоидов, а также осью двух демпферов и гаек, фиксирующих постоянный магнит, расположенный между соленоидами, закрепленными на корпусе излучателя, и участка из диамагнетика, являющегося осью постоянного магнита, и подают попеременно постоянное напряжение на катушку одного из соленоидов так, чтобы сердечник соленоида втягивался, а постоянный магнит притягивался к возникающим магнитным полюсам соленоида, генерируя вибрацию оси, с закрепленным постоянным магнитом, с частотой включения напряжения на катушки соленоидов.

2. Управляемый электромагнитный динамический излучатель упругих волн низкой частоты в непроводящих средах, состоящий из оси, смонтированной из двух ферромагнитных участков, являющихся сердечниками двух соленоидов, закрепленных на корпусе излучателя, и расположенных вплотную друг к другу, а также осью двух демпферов, расположенных между соленоидами и постоянными магнитами, и трех участков из диамагнетика, два из которых являются осью двух постоянных магнитов, и фиксирующих гаек, расположенных на концах оси, а третий участок, расположенный по центру, делит участки из ферромагнетика так, чтобы они являлись сердечниками соленоидов, и подают попеременно постоянное напряжение на катушку одного из соленоидов так, чтобы сердечник соленоида втягивался, а постоянный магнит притягивался к возникающим магнитным полюсам соленоида, генерируя вибрацию оси, с закрепленными постоянными магнитами, с частотой включения напряжения на катушки соленоидов.

3. Управляемый электромагнитный излучатель по п. 2, отличающийся тем, что длина участка из диамагнетика, расположенного по центру, должна быть не менее двух длин демпфера.

4. Управляемый электродинамический излучатель по п. 3, отличающийся тем, что длина ферромагнитных участков должна быть больше длины центрального участка из диамагнетика.

5. Управляемый электромагнитный динамический излучатель упругих волн низкой частоты в непроводящих средах, состоящий из оси, смонтированной из ферромагнитного участка, являющегося сердечником электромагнита, закрепленного на корпусе излучателя, а также осью двух демпферов, расположенных между постоянными магнитами и электромагнитом, и двух участков из диамагнетика, являющихся осью двух постоянных магнитов, расположенных одинаковыми магнитными полюсами друг к другу, и фиксирующих гаек, на концах оси, и подают переменное напряжение на катушку электромагнита, генерируя вибрацию оси, с закрепленными постоянными магнитами, с частотой питающего напряжения электромагнита.

6. Управляемый электромагнитный излучатель по п. 5, отличающийся тем, что высота электромагнита должна быть меньше его диаметра.